大數(shù)據(jù)環(huán)境下的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研究

魏曉夢(mèng)

摘? ?要：首先，文章對(duì)智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要概述;其次，對(duì)智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行分析。最后，闡述了大數(shù)據(jù)環(huán)境下智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè);物聯(lián)網(wǎng);傳感器;數(shù)據(jù)信息

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的發(fā)展時(shí)期，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要向現(xiàn)代化和信息化方向發(fā)展，以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化管理提供了有力的技術(shù)支撐。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上催生了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)而言是一個(gè)全新的概念，是對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的升級(jí)。通過(guò)傳感器以及多種軟件的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)有效連接起來(lái)，通過(guò)數(shù)據(jù)的采集和整理，在大數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)測(cè)和控制[1]。智慧農(nóng)業(yè)不僅是理念和技術(shù)上的改革，也是對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)方式的改革，通過(guò)各種智能技術(shù)的應(yīng)用，可有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的方向發(fā)展，這也將是我國(guó)未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向。

1? ? 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心在于互聯(lián)網(wǎng)，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上將物品與物品之間的信息連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和管理的智能化網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，不僅充分利用了互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，而且還兼容了通信、電子信息等多種技術(shù)，形成物聯(lián)網(wǎng)的新特性。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，利用現(xiàn)代智能感知技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、收集、整理，然后利用操作終端對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化。

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要是憑借農(nóng)民長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，農(nóng)作物的生長(zhǎng)受自然因素影響較高，農(nóng)作物產(chǎn)量不穩(wěn)定，質(zhì)量無(wú)法保證。智慧農(nóng)業(yè)充分利用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化管理。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，通過(guò)安裝各種傳感器，比如溫度傳感器、濕度傳感器等，可以及時(shí)獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)信息，然后結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，為農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供有利的環(huán)境[2]。智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)除了對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行控制和管理外，還涵蓋了更加寬泛的范圍。通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)還可以對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行追蹤和溯源，保證農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和鏈條管理。在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，還可以實(shí)現(xiàn)電子商務(wù)、農(nóng)業(yè)旅游等多種項(xiàng)目，這些都是在大數(shù)據(jù)的支撐下得以實(shí)現(xiàn)的。智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)、高效、集約發(fā)展的重要途徑。

2? ? 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

在大數(shù)據(jù)環(huán)境下智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)可以分為3個(gè)部分，信息感知層、信息傳輸層和信息應(yīng)用層，通過(guò)這3個(gè)部分的系統(tǒng)架構(gòu)能夠?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化。（1）信息感知層主要是通過(guò)各種傳感器來(lái)獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)信息，比如溫度、濕度、光照、營(yíng)養(yǎng)液質(zhì)量濃度等信息，通過(guò)這些信息對(duì)植物的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行基本的判斷，為智能控制和管理提供有利的參考依據(jù)。（2）信息傳輸層是智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的中樞環(huán)節(jié)，主要是將感知層獲取的信息以通信協(xié)議向局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)發(fā)布，傳輸層包括互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算平臺(tái)、移動(dòng)通信網(wǎng)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。（3）信息應(yīng)用層主要包括手機(jī)、PC、便攜電腦等終端設(shè)備，通過(guò)對(duì)信息感知層獲取的農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境信息進(jìn)行科學(xué)的分析，制定出相應(yīng)的管理決策，再將這些決策信息傳遞給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)行自動(dòng)灌溉、施肥、加溫、控光等操作，同時(shí)，還可以對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境中的異常信息進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，為農(nóng)作物生長(zhǎng)創(chuàng)造健康的環(huán)境。

3? ? 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)分析

3.1? 信息感知技術(shù)

信息感知技術(shù)是智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)，只有通過(guò)各種傳感器獲取信息數(shù)據(jù)，才能夠?yàn)楹罄m(xù)各種操作提供信息依據(jù)，主要包括射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)、農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)和遙感技術(shù)等。視頻識(shí)別技術(shù)主要通過(guò)射頻通信對(duì)物體進(jìn)行非接觸式的自動(dòng)識(shí)別，對(duì)物品進(jìn)行跟蹤與信息共享。射頻技術(shù)與傳感技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)κ称芳庸ず蛢?chǔ)藏過(guò)程中的環(huán)境信息進(jìn)行感知，為食品質(zhì)量提供穩(wěn)定的環(huán)境保障。射頻識(shí)別還能夠?qū)κ称愤M(jìn)行追蹤溯源，對(duì)食品的質(zhì)量監(jiān)控和溯源提供有力依據(jù)。全球定位系統(tǒng)技術(shù)可為農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)提供精準(zhǔn)的位置信息，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的精準(zhǔn)操作，提高生產(chǎn)效率。傳感器技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心，主要是采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各種農(nóng)業(yè)信息。比如農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的光照、溫度、濕度、肥料等，畜禽養(yǎng)殖中空氣中有害氣體的含量，水產(chǎn)養(yǎng)殖中酸堿度、氨氮、溶解度以及濁度等信息。這些都是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的基本信息，只有通過(guò)對(duì)這些信息的獲取和分析，才能夠明確了解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的詳細(xì)信息，為管理決策的制定提供依據(jù)[3]。遙感技術(shù)主要通過(guò)地面不同物體反射的電磁波來(lái)獲取目標(biāo)的幾何信息和物理屬性，在智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的遙感技術(shù)主要是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各種物理形態(tài)和幾何形狀的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，應(yīng)用層通過(guò)對(duì)時(shí)空變化信息的對(duì)比與監(jiān)控，可以及時(shí)獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的動(dòng)態(tài)信息，為管理決策的制定提供技術(shù)支撐。

3.2? 信息傳輸技術(shù)

信息傳輸技術(shù)是對(duì)感知層獲取的信息向應(yīng)用層進(jìn)行傳輸?shù)闹虚g環(huán)節(jié)，信息傳輸質(zhì)量和效率直接影響到應(yīng)用層的管理決策，所以作為中樞環(huán)節(jié)的信息傳輸比較關(guān)鍵?，F(xiàn)階段，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，主要是以無(wú)線通信的方式運(yùn)行，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域內(nèi)布置傳感器，大量的傳感器節(jié)點(diǎn)與無(wú)線通信組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。這些傳感器對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的感知對(duì)象進(jìn)行信息的感知、采集和處理，然后通過(guò)無(wú)線通信傳輸給應(yīng)用層。藍(lán)牙是無(wú)線通信技術(shù)中的一種，可實(shí)現(xiàn)短距離的無(wú)線通信，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)和語(yǔ)音的無(wú)線通信。藍(lán)牙無(wú)線通信不需要基站組網(wǎng)，可以由幾個(gè)藍(lán)牙組成通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者點(diǎn)對(duì)多的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)[4]。這種組網(wǎng)方式比較靈活，且投入和運(yùn)營(yíng)成本較低，具有可移動(dòng)性的特點(diǎn)，能夠與有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行很好的整合。但是這種組網(wǎng)方式也存在一定的缺點(diǎn)，其信號(hào)強(qiáng)度會(huì)受到周圍環(huán)境的影響，在開(kāi)放的環(huán)境和封閉的環(huán)境中，通信距離會(huì)有明顯的差異，且容易受到其他電子設(shè)備的電磁干擾，從而影響到無(wú)線通信傳輸?shù)姆€(wěn)定性。隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信傳輸信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量不斷升級(jí)，抗干擾性也不斷增強(qiáng)，為智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)傳輸層的高效運(yùn)行提供有力保障。

3.3? 信息應(yīng)用技術(shù)

信息應(yīng)用層是智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的終端環(huán)節(jié)，可對(duì)智慧農(nóng)業(yè)進(jìn)行信息自動(dòng)化控制，主要包括云計(jì)算、決策支持系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和智能控制技術(shù)等。在云計(jì)算中包括了大量的計(jì)算信息，這些信息會(huì)存儲(chǔ)在云空間中，信息使用者可以根據(jù)自己的需求在云計(jì)算平臺(tái)中進(jìn)行信息的智能搜索，為用戶提供農(nóng)業(yè)市場(chǎng)信息以及實(shí)用技術(shù)等內(nèi)容，還可以對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程管理服務(wù)。決策支持系統(tǒng)主要通過(guò)前期對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中各種信息的收集和整理，來(lái)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行合理分析，進(jìn)而制定出優(yōu)化決策，決策支持系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、農(nóng)業(yè)投資規(guī)模以及產(chǎn)量預(yù)測(cè)方面發(fā)揮了重要的作用[5]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)各種復(fù)雜的問(wèn)題，為了有效解決這些問(wèn)題，在農(nóng)業(yè)專家多年積累的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析判斷，進(jìn)而提供解決問(wèn)題的對(duì)策，為農(nóng)業(yè)問(wèn)題的解決進(jìn)行指導(dǎo)。通過(guò)地理信息系統(tǒng)可對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各種數(shù)據(jù)信息的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行判斷，可為智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)施調(diào)控提供決策依據(jù)。智能控制技術(shù)主要是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、綜合智能控制技術(shù)等，來(lái)處理傳統(tǒng)方法無(wú)法解決的問(wèn)題。比如可將甜瓜的各種質(zhì)量指標(biāo)與人的感官分類建立聯(lián)系，為甜瓜的種植過(guò)程中各種技術(shù)參數(shù)的調(diào)整提供參考依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化管理。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

智慧農(nóng)業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是決定智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程的關(guān)鍵要素。為了促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的長(zhǎng)久發(fā)展，還需要提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自主創(chuàng)新能力，加強(qiáng)對(duì)傳感技術(shù)和無(wú)線傳輸技術(shù)的研發(fā)，以降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)不斷地升級(jí)，對(duì)農(nóng)作物的數(shù)據(jù)監(jiān)控會(huì)更加準(zhǔn)確和精細(xì)，遠(yuǎn)程控制平臺(tái)更加完善，延長(zhǎng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈條，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化水平，推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。

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Abstract：This paper first gives a brief overview of the intelligent agriculture Internet of Things system， then analyzes the architecture of the intelligent agriculture Internet of Things system， and finally expounds the relevant technologies of the intelligent agriculture Internet of Things system under the big data environment， which is of great significance for promoting the modernization of Chinas agricultural production.

Key words：intelligent agriculture; Internet of Things; sensor; data and information