淺談物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程的應(yīng)用

趙巖 李玉 趙楠 馬賽

物聯(lián)網(wǎng)被稱為世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次革命浪潮，隨著科技發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已在工業(yè)檢測、智能建筑、城市管理等諸多領(lǐng)域存在應(yīng)用。針對(duì)目前傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)落后生產(chǎn)模式存在的問題，優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，將農(nóng)業(yè)工程中的生產(chǎn)、管理、系統(tǒng)等要素進(jìn)行整合，需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)工程的融合。通過傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、云端服務(wù)器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中動(dòng)植物生命體征的信息采集、信息處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能控制、支持決策的功能。提高了農(nóng)業(yè)工程的智能化水平，加快了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變。

1. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡介

1.1 物聯(lián)網(wǎng)含義

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）顧名思義，即為物物相連接的網(wǎng)絡(luò)，是對(duì)以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)的拓展與延伸，將各種終端設(shè)備通過有線或無線的網(wǎng)絡(luò)相連接，按照約定協(xié)議，實(shí)現(xiàn)物與物，人與物的信息交換與信息通信，提供對(duì)物體的智能化識(shí)別、追蹤、監(jiān)測、控制，獲得實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)的功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)萬物智能化管理、控制、經(jīng)營一體化的目的。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)結(jié)構(gòu)上可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。主要應(yīng)用的技術(shù)包括三個(gè)方面：傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)及與計(jì)算技術(shù)。在感知層，主要運(yùn)用傳感器技術(shù)，通過物品內(nèi)置的傳感器如GPS、射頻識(shí)別器、二維碼、溫濕度傳感器等設(shè)備，像人體神經(jīng)一樣對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別、監(jiān)測、信息采集。在網(wǎng)絡(luò)層，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)包括互聯(lián)網(wǎng)、私有網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)、WiFi技術(shù)等，將感知層采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與信息及時(shí)的進(jìn)行接受與傳輸，并且通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、云計(jì)算平臺(tái)等技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與用戶進(jìn)行交互的接口，必須要集合行業(yè)需求，根據(jù)業(yè)務(wù)需求對(duì)信息進(jìn)行處理、整合、挖掘，提升用戶體驗(yàn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用原則

2.1重注農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的可靠性

由于進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的場地多在野外，其溫度、濕度及禽畜活動(dòng)較為復(fù)雜。為保障物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性，在感知層應(yīng)選用質(zhì)量優(yōu)良的傳感器及硬件下位機(jī)，例如選用以ARM架構(gòu)為內(nèi)核的32位單片機(jī)，具有運(yùn)行穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。并做好野外設(shè)備的防雷擊，防電磁干擾、抵御極端天氣的保護(hù)措施。在降低后期維護(hù)成本的同時(shí)確保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的實(shí)用性。

2.2 注重物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)工程中的經(jīng)濟(jì)適用性

任何項(xiàng)目的實(shí)施都要考慮其工程造價(jià)，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用也不例外。由于目前物聯(lián)網(wǎng)的核心裝置如無線通信、RFID、嵌入式系統(tǒng)等設(shè)備造價(jià)較高，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)存在額外費(fèi)用，目前難以在全國各地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用?？紤]到經(jīng)濟(jì)性原則，可以率先在高端花卉、智能溫室、禽畜精細(xì)化養(yǎng)殖等經(jīng)濟(jì)效益較高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。逐步推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在其他農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用。

3 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)工程中的具體應(yīng)用方向

3.1 物聯(lián)網(wǎng)在溫室大棚中的應(yīng)用

基于ZigBee以及GPS的無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可顯著提高溫室大棚的智能化水平，通過預(yù)先設(shè)置好相關(guān)參數(shù)的閾值，由傳感器如溫濕度傳感器、PH傳感器、氣體濃度傳感器對(duì)溫室內(nèi)CO2濃度、溫度、土壤濕度等信息進(jìn)行采集，由下位機(jī)進(jìn)行分析并上傳至CPU，通過與設(shè)定好的閾值相比較，進(jìn)而控制溫室中通風(fēng)機(jī)、加熱設(shè)備的工作狀態(tài)。保障溫室內(nèi)作物最適宜的生長環(huán)境。實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室內(nèi)作物生長環(huán)境的自動(dòng)控制。節(jié)省人力成本。并將感知層采集的數(shù)據(jù)經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)傳至用戶的人機(jī)交互界面當(dāng)中。使用戶獲得作物生長的一手資料。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源中的應(yīng)用

隨著人們生活水平的提高，食品安全問題越來越受到更多人的重視。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。可以加快建設(shè)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督服務(wù)體系。例如對(duì)肉、蛋、奶等農(nóng)產(chǎn)品添加RFID電子標(biāo)簽、EPC編碼，并通過激光掃描器、GPS等感應(yīng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)相關(guān)農(nóng)牧產(chǎn)品從養(yǎng)殖、運(yùn)輸、銷售全程跟蹤。通過擬定統(tǒng)一的通信協(xié)議，將數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。方便市場從業(yè)人員的交易過程及相關(guān)食品監(jiān)管部門的監(jiān)督管理。更為消費(fèi)者打造出一條安全可查的食品來源通道。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)資源管理與服務(wù)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在著市場信息不對(duì)稱、盲目種植等缺點(diǎn)。浪費(fèi)了寶貴的農(nóng)業(yè)資源與人力物力。通過GPS、GIS及遙感技術(shù)的結(jié)合，借助云計(jì)算的優(yōu)勢，建立匯集了市場、政策、氣象、專家數(shù)據(jù)庫的跨行業(yè)、跨專業(yè)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，將海量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)直觀的呈現(xiàn)給農(nóng)業(yè)從業(yè)人員。使農(nóng)民的種植、養(yǎng)殖更為科學(xué)；對(duì)市場信息把握更為具體。降低了農(nóng)業(yè)資源浪費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)。為防治病蟲害以及惡劣天氣提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

總之，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)工程中擁有廣闊的發(fā)展前景，而我國應(yīng)積極推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，落實(shí)相關(guān)政策。加快相關(guān)科技人員的培養(yǎng)，促進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變。向農(nóng)業(yè)強(qiáng)國邁進(jìn)。

（作者單位：071000 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院）