智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

武裝

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 山東省泰安市 271008）

智慧農(nóng)業(yè)屬于農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)的產(chǎn)物，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之間建立聯(lián)系，可使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)水平得到提升。在技術(shù)的發(fā)展下，為了使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求得到滿足，需要對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行創(chuàng)新，采取相應(yīng)的技術(shù)來提高信息化農(nóng)業(yè)水平，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)得到有效的支持，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供良好的條件。因此，應(yīng)結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進行分析，使農(nóng)業(yè)發(fā)展速度加快。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涵義

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，使互聯(lián)網(wǎng)得到拓展，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及電子通信技術(shù)等將傳感器接收的信號傳給控制器，可對機器進行智能化控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)資源的應(yīng)用，自身具有獨立性，可借助RFID、二維碼區(qū)分不同的對象，獲得相應(yīng)的信息，完成分析及決策。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括了傳感器、RFID、M2M三種應(yīng)用。傳感器可對對象進行信息收集及傳輸，RFID可借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)將標簽嵌入到對象身上，建立物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，M2M可實現(xiàn)機器之間的交互。

2 智慧農(nóng)業(yè)概述

智慧農(nóng)業(yè)是社會發(fā)展中產(chǎn)生的一種新型農(nóng)業(yè)形式，運用信息技術(shù)可實現(xiàn)更多的功能，例如網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，這些技術(shù)對農(nóng)業(yè)建設(shè)有著積極的影響，可使農(nóng)業(yè)建設(shè)過程中獲得有效的支持，包括當(dāng)前的遠程診斷及控制等?？稍谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)，使流程得到全面的控制，可實現(xiàn)精細化管理的目標，保證管控的效果。智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)堅持人文創(chuàng)新理念，在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)環(huán)保、以人為本的基本理念，而智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要技術(shù)的支持，管理人員需要對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)的特點等進行分析，使其中的要素得到合理地調(diào)整，使農(nóng)業(yè)能夠向著智能化方向發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)可使智能技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)出來，還可使人類發(fā)展智慧得到直接展現(xiàn)，使人與人、人與物之間的信息交流效率得到提升，使農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到有效的優(yōu)化，可使農(nóng)業(yè)發(fā)展具備生態(tài)化的特點。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的重要性

在當(dāng)前的時代背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用發(fā)揮了有效的作用，可實現(xiàn)物與物之間的聯(lián)系，為不同領(lǐng)域提供了信息傳播支持。在應(yīng)用中，需要借助射頻識別技術(shù)及定位技術(shù)等來實現(xiàn)其功能，根據(jù)協(xié)議將物體與網(wǎng)絡(luò)之間建立一定的聯(lián)系，可實現(xiàn)信息共享，還可發(fā)揮出更多的作用，例如定位、監(jiān)控等。通過對物聯(lián)網(wǎng)特點的分析，其與互聯(lián)網(wǎng)之間存在著區(qū)別，兩者之間相互聯(lián)系。在設(shè)施農(nóng)業(yè)中運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下可利用二維碼、射頻識別技術(shù)來達到區(qū)分個體獲取數(shù)據(jù)的目的，還可經(jīng)過對數(shù)據(jù)信息的分析進行決策及控制，達到智能管理的目的。但是由于物聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)之間的差別比較大，物聯(lián)網(wǎng)中包括了傳感器、M2M以及RFID，其中RFID是利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)將RFID標簽嵌入對象身體的目的，可形成一個物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的傳感器應(yīng)用是通過監(jiān)管對象周圍，安裝相應(yīng)的傳感器節(jié)點來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的收集及整理等，可完成對數(shù)據(jù)的控制及運輸，而物聯(lián)網(wǎng)M2M技術(shù)可實現(xiàn)機器之間以及機器與人間的交互及控制作用。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的主要內(nèi)容

4.1 Wi-Fi技術(shù)

Wi-Fi是將電子設(shè)備連接局域網(wǎng)，應(yīng)用范圍比較廣，可實現(xiàn)電子設(shè)備的無線上網(wǎng)，可實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪康?。Wi-Fi理論上可在封閉的環(huán)境中達到100m的影響范圍，在室外條件下更大。在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)建設(shè)中，使用該技術(shù)可感知信息，實現(xiàn)對信息的快速傳播，可將傳感器與其結(jié)合，對信息進行高效收集，之后可使用該技術(shù)來進行信息交換。因此，應(yīng)用Wi-Fi技術(shù)可為智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)帶來幫助，使其具備完善的基礎(chǔ)。

4.2 RFID技術(shù)

RFID指的是射頻識別技術(shù)，通過無線電訊號感知監(jiān)測目標，記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，適合用于短距離的信息傳輸中，RFID技術(shù)中包括了應(yīng)答器、閱讀其以及軟件處理系統(tǒng)部分，有著比較強大的數(shù)據(jù)記憶容量，同時該技術(shù)的性能優(yōu)越，可在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中發(fā)揮有效的作用。通過閱讀器進行目標檢測后可借助天線發(fā)出信號，系統(tǒng)接收信號后完成對其處理，并且將信息反饋，閱讀器在收到了反饋之后可開始進行數(shù)據(jù)分析，有效完成對數(shù)據(jù)的控制，保證了技術(shù)應(yīng)用效果。

4.3 傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

傳感網(wǎng)絡(luò)是由傳感器所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，其中包括了傳感器以及數(shù)據(jù)處理部件等，可便捷地進行信息采集，通過對信息的傳輸來建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于傳感器中有著較多的節(jié)點，在實際應(yīng)用過程中具有比較強的環(huán)境適應(yīng)性，傳感器中節(jié)點比較密集，分布具有隨機性，需要具備一定的能力存儲能力，使其發(fā)揮出相應(yīng)的作用。在實際應(yīng)用中，傳感器可作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心，物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)不同的功能需要傳感器的支持，例如信息感知及傳輸?shù)龋軌驅(qū)崿F(xiàn)物之間的連接，還能夠加強信息傳輸?shù)男Ч嵘苏麄€過程的效率，達到相應(yīng)的目的。

5 智慧設(shè)施農(nóng)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

在智慧農(nóng)業(yè)背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可使農(nóng)作物種植環(huán)境的管理獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，通過信息采集來為管理提供支持，以種植專家知識系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對農(nóng)作物種植的灌溉、施肥以及病蟲害防治等自動控制，在實際應(yīng)用中，包括了以下幾方面內(nèi)容。

5.1 系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容

智慧大棚對大氣以及土壤等環(huán)境管控具有良好的應(yīng)用效果，可實現(xiàn)對人員的有效監(jiān)控，在應(yīng)用中借助寬帶網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)對大棚的全覆蓋，為監(jiān)控功能的實現(xiàn)帶來保障。設(shè)計過程中，需要包括感知、傳輸以及應(yīng)用三個方面，其中感知層可獲取感知信息，對大棚的各項信息進行監(jiān)測，傳輸層可實現(xiàn)信息的傳輸，而應(yīng)用層可進行信息的處理，經(jīng)過處理之后將其存儲起來，還可設(shè)置相應(yīng)的標準值來實現(xiàn)預(yù)警功能。在系統(tǒng)設(shè)計中，需要包含環(huán)境感知系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，各部分系統(tǒng)的運行影響著整體的使用效果。其中，感知系統(tǒng)需要借助傳感器來獲取溫度、二氧化碳等參數(shù)信息，還可對溫度及濕度等進行全面監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可借助無線高清視頻監(jiān)控技術(shù)來實現(xiàn)對大棚中的情況的全面了解，便于工作人員了解各項情況，采取有效措施進行管控，避免大棚管理出現(xiàn)漏洞。同時，各大棚都屬于系統(tǒng)子單元，可運用無線寬帶網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，之后中心可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理、顯示，有效保證了管控的效果，并且完成相應(yīng)的程序。

5.2 系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)成

5.2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

智慧大棚系統(tǒng)中環(huán)境感知模塊監(jiān)測對象有棚中的大氣環(huán)境、土壤環(huán)境，可通過自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，以ZigBee協(xié)議為基礎(chǔ)，具備傳輸能耗低、傳輸速度低以及成本低的特點，其中有感知節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點、感知節(jié)點上所感知的數(shù)據(jù)經(jīng)過多條傳輸途徑匯集到協(xié)調(diào)器節(jié)點，向上層系統(tǒng)傳輸，可實現(xiàn)對環(huán)境的監(jiān)測。在大棚中可設(shè)置多各類型的傳感器，實現(xiàn)對濕度、溫度以及光照度等因素的監(jiān)測。同時，系統(tǒng)中還包括了較多的控制節(jié)點，能實現(xiàn)對不同系統(tǒng)的控制，同時，傳感器模塊中使用了工業(yè)級繼電器開關(guān)控制模塊，可發(fā)揮出其優(yōu)勢，有效對環(huán)境的數(shù)據(jù)進行感知，并且對系統(tǒng)進行控制，以滿足環(huán)境條件的調(diào)節(jié)。

5.2.2 無線寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)

無線寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中應(yīng)用了Mesh網(wǎng)絡(luò)，其中有WiFi技術(shù)、自組網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)無線覆蓋，形成高性能及速度的無線自組織網(wǎng)絡(luò)，具有良好的抗干擾能力，傳輸距離也具有優(yōu)勢，滿足了環(huán)境方面的要求，還可進行無線視頻監(jiān)控，滿足更多的需求。借助無線寬帶網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)不同的功能，其中包括了蓄電池以及太陽能供電系統(tǒng)，在其中發(fā)揮出了重要的作用。在傳感器獲取了信息后，將其進行匯集，并且與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間建立通信，節(jié)點接收數(shù)據(jù)信息之后可傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心之中。數(shù)據(jù)中心可通過該網(wǎng)絡(luò)向不同節(jié)點發(fā)送指令，同時該網(wǎng)絡(luò)的運行不需要建設(shè)大量的基站，同時可簡化其中的過程，應(yīng)用的效果比較顯著，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋具備了靈活的特點，適合用于偏遠地區(qū)以及范圍比較大的農(nóng)業(yè)大棚集群管理。

5.2.3 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

智慧農(nóng)業(yè)體系中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運用發(fā)揮了重要的作用，其中包括了無線智能攝像頭、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分，其中攝像頭的性能良好，可實現(xiàn)全方位的監(jiān)控，還具有一定的自我防護功能，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境條件。在應(yīng)用系統(tǒng)的時候，管理人員可更好地查看各部分的情況，這種管理模式的應(yīng)用可加強管理效果，避免產(chǎn)生問題，便于及時處理各類問題。而傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用過程中，其中有著較多的數(shù)據(jù)有待進一步處理，同時大部分是無用的內(nèi)容，占用了較多的存儲空間，事后的查詢難度比較大。智能視頻監(jiān)控可使食品監(jiān)控的效果加強，并且加強可靠性，還可減少人工監(jiān)控管理工作量，使工作的效果得到有效改善。

5.2.4 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理部分對智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)有著重要的意義，包括數(shù)據(jù)庫、視頻應(yīng)用等不同部分，其中涉及到了較多的軟件。在數(shù)據(jù)處理模塊中，有系統(tǒng)配置管理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及處理模塊等，系統(tǒng)可根據(jù)不同的用戶來設(shè)置管理權(quán)限，并且通過各模塊的運行來實現(xiàn)信息的處理，使智慧大棚的信息處理流程能夠順利進行，該系統(tǒng)可實現(xiàn)對監(jiān)控及寬帶網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的調(diào)整，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，對各項數(shù)據(jù)進行保存及處理，滿足系統(tǒng)的運行需求，發(fā)揮出更好的作用。同時，使用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可結(jié)合分析的結(jié)果來向系統(tǒng)發(fā)生控制信息，包括水泵的啟動停止、溫度及濕度的調(diào)控等，可針對各類感知信息來生成處理圖表，將其打印出來。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有移動終端訪問的作用，用戶可使用智能手機、平板電腦等來隨時獲取大棚中的數(shù)據(jù)信息，使管理控制的靈活性得到有效的提升，進而使系統(tǒng)的使用性能加強。

5.3 系統(tǒng)實際應(yīng)用效果

可結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來進行智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)進行測試，使用物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)、無線寬帶網(wǎng)絡(luò)等來實現(xiàn)對棚中的大氣環(huán)境、土壤環(huán)境的監(jiān)測，便于種植管理人員及時了解大棚的情況，使農(nóng)業(yè)種植的科學(xué)化水平得到提升，改系統(tǒng)的擴展性比較顯著，結(jié)合中職環(huán)境監(jiān)測需要對感知節(jié)點及控制節(jié)點進行擴充，使檢測指標的種類得到豐富，可使其發(fā)揮出更好的作用。

6 未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢及展望

隨著技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)支持下的人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可發(fā)揮出有效的作用，使生產(chǎn)的效益水平提升，使農(nóng)業(yè)發(fā)展具備信息化特點可促進農(nóng)業(yè)技術(shù)的全面發(fā)展。但是人工智能技術(shù)的應(yīng)用還有待完善，與實際的目標之間差異比較大，在研究的深入下，其中還存在著較多的不足，這使其應(yīng)用產(chǎn)生了問題。人工智能技術(shù)需要進一步完善，不能廣泛地應(yīng)用在其中，例如，計算機模式識別技術(shù)丶研究已經(jīng)獲得了相應(yīng)的成果，部分投入到了實際生產(chǎn)中，但是其識別的原理方式與智能化識別之間的機制還有一定的差異，參考人的感官機制來看，人的形象思維能力比較高，而當(dāng)前的技術(shù)還達不到相應(yīng)的水平，因此，無法替代人類完成一些工作。再比如，機器人的智能化水平有待提升，其只能機械地替代人類完成一些工作，而替代人類進行實際生產(chǎn)還需要經(jīng)歷較長一段時間。同時，農(nóng)業(yè)專家?guī)斓慕⒕哂袕?fù)雜的特點，生產(chǎn)周期比較長、知識的獲取難度比較大，涉及的因素比較多，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研制需要一定的時間。專家系統(tǒng)可使某些專門問題得到解決，但是在實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，其具有知識獲取難度大、處理問題時間久以及理論體系不完善等問題。同時硬件設(shè)施需要全面完善，通過對硬件設(shè)備的完善，人工智能技術(shù)可發(fā)揮出更好的作用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供相應(yīng)的支持。為了使物聯(lián)網(wǎng)及智能化技術(shù)的發(fā)展帶來更好的效果，需要對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的技術(shù)進行研究，改善技術(shù)應(yīng)用效果，使其發(fā)揮更好的效果，能夠為我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來幫助。通過對相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新，可使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率及效益得到提升，進而促進農(nóng)業(yè)的全面發(fā)展，使其在技術(shù)上有更多的優(yōu)勢。通過對智能傳感以及 GPS 等技術(shù)的應(yīng)用來最終實現(xiàn)人與物之間交互傳播信息技術(shù)的實現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實現(xiàn)，在一定層面上是對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的顛覆，使農(nóng)業(yè)發(fā)展的向朝向高效、生態(tài)的方向發(fā)展。

7 結(jié)語

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在其中得到了有效的應(yīng)用，可通過對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及系統(tǒng)的設(shè)計來實現(xiàn)高效生產(chǎn)，建立無線傳感網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、無線寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等系統(tǒng)來實現(xiàn)設(shè)計的目的，可使技術(shù)的優(yōu)勢發(fā)揮出來，為智慧農(nóng)業(yè)體系的建立帶來幫助，同時可促進農(nóng)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，加快農(nóng)業(yè)建設(shè)的速度，完成對農(nóng)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新任務(wù)，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。