基于4G技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)小氣候監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展及創(chuàng)新，其在各行各業(yè)中有著不可或缺的地位，尤其在農(nóng)業(yè)發(fā)展方面有重要指導(dǎo)作用。近年來，4G技術(shù)廣泛普及，使得農(nóng)業(yè)中小氣候監(jiān)測成為現(xiàn)實(shí)，并高效率地促進(jìn)我國農(nóng)田、果園、林地、大棚種植業(yè)發(fā)展。本文就4G技術(shù)對農(nóng)業(yè)氣候監(jiān)測的特點(diǎn)及應(yīng)用情況進(jìn)行有效分析。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)；氣候；4G技術(shù)；監(jiān)測

中圖分類號(hào)： S714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.04.035

農(nóng)業(yè)小氣候指的是果園林地、大棚、農(nóng)田中貼近地表的環(huán)境參數(shù)。4G技術(shù)傳感器在農(nóng)業(yè)發(fā)展小氣候監(jiān)控中的普遍應(yīng)用，為農(nóng)作物種植優(yōu)良發(fā)育和生長提供重要保障。4G技術(shù)監(jiān)控可分為感知、傳輸和應(yīng)用三個(gè)階段，其中，感知是指土壤溫度、濃度等環(huán)境具體信息數(shù)據(jù)的采集；傳輸是將所有采集的數(shù)據(jù)經(jīng)由傳感器輸入分析系統(tǒng)的階段，在其輸送過程中，受采集數(shù)據(jù)復(fù)雜性、海量性影響，容易造成傳輸信道擁堵，影響數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確性。因此，4G技術(shù)的高效、合理運(yùn)用對小氣候監(jiān)控有著重要意義。

1 小氣候中4G技術(shù)監(jiān)控的特點(diǎn)分析

1.1 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集

農(nóng)作物種植環(huán)境中對外部環(huán)境有著嚴(yán)格的要求，尤其對氣候因素的要求最為顯著。適宜的光照強(qiáng)度、空氣和土壤溫濕度、二氧化碳濃度能有效提高作物生長效率，因此準(zhǔn)確采集和分析農(nóng)作物中小氣候情況，可利于研究人員及時(shí)改善氣候環(huán)境的不適宜性，以促進(jìn)作物生長，提高農(nóng)業(yè)發(fā)展效率。

1.2 動(dòng)態(tài)監(jiān)控信息管理

數(shù)據(jù)采集具有海量性、復(fù)雜性的監(jiān)測特點(diǎn)，因此數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理極為重要。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控，可在一天內(nèi)多時(shí)態(tài)的查看農(nóng)業(yè)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不良情況并予以調(diào)整。同時(shí)，可在數(shù)據(jù)不符合作物實(shí)際需求時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，提醒農(nóng)業(yè)人員給予有效預(yù)防措施，保障生長效率。例如土壤濕度下降時(shí)可提醒水源灌溉，濕度過高時(shí)則停止水源灌溉[1]。

1.3 視屏監(jiān)控的可視化

為確保農(nóng)作物生長順利，則需定期親自前往查看作物長勢、風(fēng)害、水害、病蟲害情況，這無形中加大了物力、財(cái)力和人力的浪費(fèi)。人為檢查并不能完全發(fā)現(xiàn)不良情況，可能出現(xiàn)檢查遺漏，影響判定準(zhǔn)確度[2]。而可視化監(jiān)控能夠利用攝像頭多方位、多角度旋轉(zhuǎn)掃描的特點(diǎn)，以有效并全面的查看視頻信息，提高作物長勢的分析效率。

1.4 定位服務(wù)

農(nóng)業(yè)管理存在分布廣泛、數(shù)量多的特點(diǎn)，通過4G定位能夠準(zhǔn)確判斷某一農(nóng)田、大棚或果園林地小氣候情況，以便工作人員能及時(shí)對作物生長情況做出管理和改善，以促進(jìn)農(nóng)作物快速生長。

2 4G技術(shù)在小氣候監(jiān)控中的應(yīng)用

智能農(nóng)業(yè)是集傳感器、監(jiān)控、視頻傳輸和計(jì)算機(jī)操作為一體的發(fā)展模式，其很好的應(yīng)用了4G技術(shù)的各種特點(diǎn)。通過智能軟件的有效監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，使得農(nóng)作物生長環(huán)境、生長局勢得到正常及合理發(fā)展，為智能農(nóng)業(yè)管理提供重要指導(dǎo)。

2.1 感知階段中傳感器排布設(shè)計(jì)

田地分布區(qū)域和環(huán)境不同，其傳感器的設(shè)置類型也會(huì)不同。因此，傳感器設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)可依據(jù)農(nóng)田位置和實(shí)際情況設(shè)置特定的匯聚節(jié)點(diǎn)，并依據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)存在的多跳技術(shù)匯總數(shù)據(jù)。傳感器分布陳列中，4G路由匯聚節(jié)點(diǎn)為父節(jié)點(diǎn)，其通信范圍中的路由節(jié)點(diǎn)則定為子節(jié)點(diǎn)，并將路由節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)定為路由節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。其通信特點(diǎn)是子節(jié)點(diǎn)到父節(jié)點(diǎn)通信，相互之間不通信，由此形成了一種簇樹結(jié)構(gòu)，使得信息采集的通信結(jié)構(gòu)更為簡單和明確。但其對樹根部節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息傳送存在反復(fù)性，因而容易造成節(jié)點(diǎn)能量衰竭，致使區(qū)域信息輸送錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)丟失，導(dǎo)致工作人員不能及時(shí)正確查看作物生長狀況。

2.2 4G網(wǎng)絡(luò)專項(xiàng)傳輸

4G網(wǎng)絡(luò)可達(dá)100兆寬帶，可為數(shù)據(jù)、視頻傳輸和云計(jì)算提供通信效率保障。通過4G網(wǎng)，工作人員可以共享云計(jì)算系統(tǒng)中的智能溫濕度監(jiān)控技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)小氣候的遠(yuǎn)程測控。例如大棚溫室監(jiān)控，通過遠(yuǎn)程采集獲取小氣候數(shù)據(jù)，再經(jīng)模型分析后自行監(jiān)控棚內(nèi)溫室度，并自動(dòng)控制內(nèi)外遮陽、噴淋滴灌、頂窗側(cè)窗、加溫補(bǔ)光及濕簾風(fēng)機(jī)設(shè)備，以充分滿足農(nóng)作物生長需求，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化農(nóng)業(yè)管理格局[3]。因此，從信息數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)監(jiān)控后續(xù)性發(fā)展考慮，4G技術(shù)專用通信網(wǎng)絡(luò)具有較高應(yīng)用效果，其具備組網(wǎng)靈活、通信范圍大、信息安全和流量實(shí)際計(jì)費(fèi)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。

2.3干擾信號(hào)分析

4G網(wǎng)絡(luò)傳輸可能會(huì)受多途徑效應(yīng)影響，致使傳輸信號(hào)質(zhì)量及能量下降。同時(shí)，小型區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋會(huì)發(fā)生同頻干擾，從而對監(jiān)控系統(tǒng)的工作效率帶來影響。對此，可通過網(wǎng)絡(luò)路徑的最優(yōu)選擇計(jì)算法以提高頻譜利用效率，保障信號(hào)的傳輸能量，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)化及可持續(xù)發(fā)展。

2.4身份驗(yàn)證系統(tǒng)

4G技術(shù)專有的小氣候監(jiān)控系統(tǒng)中，4G用戶可經(jīng)由臺(tái)式電腦或手機(jī)客戶端，在訪問內(nèi)網(wǎng)時(shí)可直接用IP進(jìn)行登錄。而外網(wǎng)訪問時(shí)，則需進(jìn)行以下兩個(gè)措施：防火墻設(shè)置，可有效攔截非法訪問；身份驗(yàn)證及密碼輸入，以確保用戶使用權(quán)益。同時(shí)，系統(tǒng)訪問時(shí)可對所有訪問信息進(jìn)行跟蹤和記錄，例如用戶名、IP地址、訪問時(shí)間、訪問操作，以便于管理人員對訪問信息予以甄別，提高賬戶安全度。

3 結(jié)語

4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必備手段，也是提高農(nóng)作物生長發(fā)育和高產(chǎn)量的重要保障。為提高我國農(nóng)業(yè)發(fā)展水平，需積極全面推行農(nóng)業(yè)智能化、自動(dòng)化、高科技發(fā)展模式，以將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者從繁重的勞作中解脫，更好地推動(dòng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展，提高生產(chǎn)生活質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]高國昌.農(nóng)業(yè)灌溉智能化系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].河北農(nóng)機(jī)，2016（06）：11-13.

[2]聶強(qiáng).黑龍江墾區(qū)發(fā)展4G物聯(lián)農(nóng)業(yè)的可行性研究及展望[J].北方水稻，2015，45（04）：74-76.

[3]張愛民.利用4G通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)溫室遠(yuǎn)程智能測控[J].山西電子技術(shù)，2014（01）：52-53.

作者簡介：王汝偉，本科學(xué)歷，助理農(nóng)藝師，研究方向：大田作物種植與管理以及農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)技術(shù)。