物聯(lián)網技術在智能農業(yè)中的應用

摘要：物聯(lián)網技術是傳感技術、互聯(lián)網技術、通信技術等綜合的產物。把物聯(lián)網技術引入溫室大棚，實現(xiàn)遠程監(jiān)控與管理，改變傳統(tǒng)的農業(yè)管理經營方式，降低成本，提升農業(yè)生產效率。

Abstract： The Internet of Things technology is a comprehensive product of sensor technology， Internet technology， communication technology and so on. The Internet of things technology is introduced into greenhouse to realize remote monitoring and management， change the traditional agricultural management and operation mode， reduce costs and improve agricultural production efficiency.

關鍵詞：物聯(lián)網技術;傳感技術;互聯(lián)網技術;通信技術;智能農業(yè)

Key words： the Internet of Things technology;sensor technology;internet technology;communication technology;the intelligent agriculture

中圖分類號：TP391;TN929.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0209-02

0? 引言

隨著網絡和通信技術的迅速發(fā)展，物聯(lián)網技術的發(fā)展也不斷升華，國家工業(yè)和信息化部在2012年2月14日發(fā)布了《物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，從此，物聯(lián)網技術被提升到了國家戰(zhàn)略性高度。同時，為智能農業(yè)的發(fā)展提供了機遇。

中國是世界上的農業(yè)大國，農業(yè)在國民經濟中占據著重要地位。為了改進傳統(tǒng)農業(yè)的生產方式，提高生產效率，應用新技術滿足農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的需要。所以，在農業(yè)生產中引入物聯(lián)網關鍵技術，加快農業(yè)現(xiàn)代化、信息化建設的進程尤為重要?；谖锫?lián)網關鍵技術的智能農業(yè)通過RFID技術、M2M技術、傳感技術、數(shù)據挖掘與處理技術等的應用，利用公共互聯(lián)網（Internet）和無線網絡（GPRS、3G等），將農業(yè)現(xiàn)場底層的感知設備如各種傳感器、監(jiān)控設備、農機設備等入網關聯(lián)。感知層檢測的各種信息通過網絡傳輸?shù)阶罡邔蛹聪到y(tǒng)的應用層供用戶查看和管理。這樣，用戶通過監(jiān)控可實時查詢農業(yè)大棚或田間的狀況以及所有的設備信息，并且可以遠程遙控相關的農業(yè)機械設備。此外，當農業(yè)大棚或田間有突發(fā)情況發(fā)生時，系統(tǒng)會自動啟動報警裝置及時通知用戶。

目前，物聯(lián)網技術在農業(yè)領域的應用得到了快速的發(fā)展，并且前景廣闊。物聯(lián)網技術是加快農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要途徑，更是農業(yè)領域研究的熱點。

1? 物聯(lián)網技術

物聯(lián)網即“物物相連的互聯(lián)網”，物聯(lián)網技術是指通過傳感器技術、RFID技術、GPS技術、無線傳感技術等將信息傳感設備與互聯(lián)網相連接，按約定的協(xié)議，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡技術。通過物聯(lián)網技術對各種設備進行識別、管理以及信息的交換和傳輸。將物聯(lián)網技術應用于農業(yè)，其最大的優(yōu)點就是降低成本、提高經濟效益。當前，物聯(lián)網技術一直處于不斷探索、升級的狀態(tài)，一般將物聯(lián)網分為3個層次：感知層、網絡層、應用層。

2? 基于物聯(lián)網的智能農業(yè)

現(xiàn)代農業(yè)正在朝著智能化的方向發(fā)展，物聯(lián)網技術起了關鍵作用。通過將物聯(lián)網技術應用于農業(yè)生產的全過程，實現(xiàn)優(yōu)化農作物的生長環(huán)境參數(shù)，提升農產品的品質與質量，改變傳統(tǒng)農業(yè)的弊端及粗放的生產方式，高效利用各種農業(yè)資源，真正實現(xiàn)農業(yè)現(xiàn)代化。

2.1 智能農業(yè)中的物聯(lián)網技術

基于物聯(lián)網的智能農業(yè)系統(tǒng)包括智能農業(yè)感知層、智能農業(yè)網絡層和智能農業(yè)應用層三個層面，其中智能農業(yè)感知層是智能農業(yè)系統(tǒng)的核心層，該層主要包括了農業(yè)大棚中安裝的各種各樣的傳感器，以此來實現(xiàn)對各種環(huán)境參數(shù)如光照度、溫度、二氧化碳含量、濕度的檢測與監(jiān)測。感知層所采集的各種參數(shù)實時傳送到信息監(jiān)控平臺，大棚管理人員通過信息監(jiān)控平臺隨時查看大棚內農作物的各種環(huán)境生長信息，根據當前信息和歷史信息對農作物的生產環(huán)境進行優(yōu)化、控制和管理。計算機通過對采集到的環(huán)境信息進行整合、分析、處理，尋找一種最有效的處理算法，將多傳感器采集到的數(shù)據最終進行融合，從而提高數(shù)據的傳輸可靠性，有效解決數(shù)據傳輸中擁堵化及能耗等問題。

通過智能農業(yè)系統(tǒng)科學的、合理的指導整個農業(yè)生產過程，可以大大的提高產量和工作效率，實現(xiàn)對農業(yè)種植大棚的自動化、智能化的管理。

2.2 智能農業(yè)系統(tǒng)整體框架

基于物聯(lián)網的智能農業(yè)系統(tǒng)包括采集數(shù)據層、傳輸數(shù)據層和控制管理終端三個部分，它們分別對應物聯(lián)網的感知層、網絡層和應用層。采集數(shù)據層的功能是采集農業(yè)大棚內的各種自然環(huán)境參數(shù)，通過傳輸數(shù)據層將各種數(shù)據信息傳輸?shù)娇刂乒芾斫K端?？刂乒芾斫K端對接收到數(shù)據進行分析、儲存，并且把最終匯總的數(shù)據結果呈現(xiàn)給用戶。系統(tǒng)總體結構方框圖如圖1所示。

基于物聯(lián)網的智能農業(yè)系統(tǒng)通過各種傳感器自動感知農作物的各種生長環(huán)境信息，不僅節(jié)約人工成本，而且系統(tǒng)所采集的數(shù)據經過科學分析之后更能客觀的反應農作物的真實生產環(huán)境，從而避免了人工感知生長環(huán)境的主觀性以及不確定性。

2.3 智能農業(yè)系統(tǒng)中的數(shù)據處理

2.3.1 數(shù)據采集

本系統(tǒng)采用集中式數(shù)據采集，如圖2所示，數(shù)據采集的過程為：光強傳感器和CO2濃度傳感器分別檢測大棚內光照強度和CO2的濃度，溫度傳感器和濕度傳感器同時檢測溫室溫濕度和土壤溫濕度。所檢測的數(shù)據實時的通過信息采集終端傳輸?shù)綌?shù)據采集器，數(shù)據采集器對數(shù)據信息進行分析、處理之后，存儲到數(shù)據庫中，以備實時查看。

2.3.2 數(shù)據傳輸

智能農業(yè)系統(tǒng)中數(shù)據傳輸在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用，為了高效、準確、及時的傳輸所采集的信息，本系統(tǒng)采用基于Zigbee技術的無線傳輸技術。Zigbee技術實現(xiàn)方便、容易擴展，適合農業(yè)大棚這類工作量小、傳輸距離短的場合，所以，將Zigbee技術嵌入到相關設備中，方便實現(xiàn)定位查找。本系統(tǒng)中用來采集信息的設備主要是各種能耗較低的傳感器，通過Zigbee技術將采集的數(shù)據信息傳輸?shù)綌?shù)據終端。

2.3.3 數(shù)據存儲

數(shù)據存儲器實時的存儲數(shù)據終端上采集到的各種數(shù)據信息，通過對各種信息的實時監(jiān)測了解農作物的生長狀態(tài)，另外，可以根據整個生長期數(shù)據的監(jiān)測與分析去構造農作物生長的數(shù)學模型。

該系統(tǒng)利用SQL Sever數(shù)據庫對采集終端采集的光照度、溫度、濕度、CO2濃度四類數(shù)據進行記錄，每一類數(shù)據都具有一些屬性，比如：數(shù)據值、采集位置、采集日期、采集次數(shù)等等。通過數(shù)據庫對四類數(shù)據按照屬性進行記錄，可以方便的實現(xiàn)數(shù)據的實時檢索、編輯和刪除。

2.3.4 數(shù)據處理

智能農業(yè)系統(tǒng)感知層中的各種傳感器檢測到的數(shù)據可能存在壞值，數(shù)據處理部分要對這些壞值進行檢測和處理，所采用的方法是數(shù)據融合處理技術，有效的檢測并剔除了壞值。數(shù)據融合技術是處理無效數(shù)據的重要方式，本系統(tǒng)通過將多個傳感器測量結果與數(shù)據融合技術有機集合，彌補了單個傳感器檢測參數(shù)可靠性差的缺陷，提高了智能農業(yè)系統(tǒng)感知層的可靠性，增加了測量數(shù)據的整體有效性。

針對單個傳感器檢測數(shù)據的不確定性和局限性，數(shù)據處理過程中采用自適應加權融合技術處理，由此可以得到關于被測對象的重復性描述和解釋，以便檢測數(shù)據的有效性，從而提高測量結果的準確率。通過對數(shù)據一致性的分析，排查數(shù)據之間是否具有較大的差異，因為數(shù)據之間如果存在較大的差異，那么說明有些數(shù)據是無效數(shù)據或者說是壞值，這樣的值應該剔除。檢查的方法是，觀察測量值與假定真值之間是否存在較大的差距，如果差距較大超過一定的范圍就認定其為無效數(shù)據，將數(shù)據從中剔除，有效數(shù)據經過數(shù)據融合算法得到最終大棚環(huán)境的實時信息。

3? 結束語

本系統(tǒng)將Zigbee節(jié)點技術和Zigbee協(xié)議應用于數(shù)據采集與傳輸系統(tǒng)中，應用物聯(lián)網技術、傳感器技術、數(shù)據融合技術等對智能農作物的生長過程進行檢測和監(jiān)測，采集生產環(huán)境的溫度、濕度、光照度、CO2濃度四類主要的參數(shù)，再通過基于自適應加權平均值的數(shù)據融合技術對所采集的數(shù)據信息進行分析與整合，使用SQL Server數(shù)據庫存儲和查詢各種數(shù)據信息，為智能農業(yè)的發(fā)展提供技術保障。

參考文獻：

[1]白彥霞，云彩霞，李珊等.多層的貝葉斯網絡檢索模型[J]. 計算機工程與應用，2009，45（16）：165-168.

[2]白彥霞，莫德舉，程杰.基于語義擴展的復合貝葉斯網絡檢索模型[J].控制工程，2019，26（3）：602-607.

[3]歐文.物聯(lián)網技術及其在農業(yè)生產中的應用研究[D].昆明：昆明理工大學，2015.