物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

蘭紅宇

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院，黑龍江齊齊哈爾 161006）

信息時(shí)代背景下，農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向是實(shí)現(xiàn)信息化。為此，要合理應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，充分發(fā)揮其智能農(nóng)業(yè)中的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)相關(guān)部門(mén)和工作人員要積極探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用策略，提升我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展水平。

1 物聯(lián)網(wǎng)和智能農(nóng)業(yè)的相關(guān)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概述

1995 年，比爾·蓋茨在《未來(lái)之路》中提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念，物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生掀起了信息化產(chǎn)業(yè)的浪潮［1］。2005 年，國(guó)際電信聯(lián)盟明確了物聯(lián)網(wǎng)的定義：物聯(lián)網(wǎng)是利用二維碼識(shí)別、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議將互聯(lián)網(wǎng)與物品有效連接，實(shí)現(xiàn)信息的通信和交換，實(shí)現(xiàn)管理、定位、監(jiān)控等智能化的一種網(wǎng)絡(luò)。

1.2 智能農(nóng)業(yè)概述

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)于智能農(nóng)業(yè)還沒(méi)有一個(gè)明確的定義。我國(guó)相關(guān)學(xué)者認(rèn)為智能農(nóng)業(yè)是最大程度利用各種農(nóng)業(yè)資源，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)消耗，減少對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的破壞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的整體目標(biāo)［2］。智能農(nóng)業(yè)的特征是農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)、全過(guò)程智能化。

2 智能農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀

在智能農(nóng)業(yè)體系中，需要在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝專(zhuān)業(yè)的物理傳感器，及時(shí)、全面地采集區(qū)域內(nèi)各種信息。物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器是一個(gè)重要信息節(jié)點(diǎn)，它可利用系統(tǒng)有效整合和分析各種信息，然后將整理好的信息上傳到智能設(shè)備中，幫助農(nóng)民及時(shí)了解各種農(nóng)田中的信息。同時(shí)，農(nóng)民也可以利用智能終端設(shè)備遠(yuǎn)程操控農(nóng)田中的各種機(jī)械設(shè)備，利用物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的信息傳輸制度有效協(xié)調(diào)運(yùn)作各種工藝和技術(shù)，促使我國(guó)農(nóng)業(yè)運(yùn)營(yíng)機(jī)制朝著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。

在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各個(gè)地區(qū)環(huán)境信息有效整合在一起，發(fā)揮信息同步監(jiān)控和傳輸功能。我國(guó)農(nóng)業(yè)部門(mén)要根據(jù)生態(tài)環(huán)境信息設(shè)置農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)布局。在農(nóng)業(yè)管理過(guò)程中，要將各種技術(shù)有效融合，積極落實(shí)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)細(xì)節(jié)管理措施，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化管理，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展水平［3］。在食品安全方面，物聯(lián)網(wǎng)可提供高水平的定位服務(wù)，管理農(nóng)產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)和銷(xiāo)售過(guò)程，正確識(shí)別和解釋產(chǎn)品生產(chǎn)信息，并有效監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用策略

3.1 智能農(nóng)業(yè)的系統(tǒng)技術(shù)

3.1.1 構(gòu)建智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)

智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)主要包括4 個(gè)部分內(nèi)容，分別是遠(yuǎn)程控制、智能分析、視頻監(jiān)控及傳感采集，其中遠(yuǎn)程控制分為卷簾控制和微噴控制；智能分析則包含閾值報(bào)警、時(shí)間曲線(xiàn)、空間場(chǎng)圖；視頻監(jiān)控分為人員監(jiān)測(cè)、夜間監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物生長(zhǎng)情況監(jiān)測(cè)；傳感采集包括土壤含水量采集、溫度濕度傳感器、光照傳感器、土壤溫度傳感器。

3.1.2 智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

在網(wǎng)絡(luò)方面，智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)包含著多種制式，它將有線(xiàn)模式、無(wú)線(xiàn)模式、近距離傳輸、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等有效結(jié)合在一起，為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全性提供了重要保障。

3.2 智能農(nóng)業(yè)的功能分類(lèi)

1）數(shù)據(jù)采集功能。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)或者有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將溫室中的土壤含水量、溫度、光照度等數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。一旦上報(bào)的數(shù)據(jù)超出了規(guī)定范圍，將會(huì)發(fā)出警告，并啟動(dòng)自動(dòng)控制設(shè)備進(jìn)行智能化調(diào)整。2）視頻監(jiān)控功能。用戶(hù)可以隨時(shí)隨地觀看溫室中的實(shí)際圖像，并遠(yuǎn)程監(jiān)控溫室中作物的實(shí)際生長(zhǎng)情況。3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。系統(tǒng)可以有效地存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)，為處理和查詢(xún)工作提供方便。4）數(shù)據(jù)分析功能。系統(tǒng)使用折線(xiàn)圖和場(chǎng)圖在用戶(hù)面前更直觀地顯示收集的數(shù)據(jù)，并生成各種歷史報(bào)告，包括每日和每月報(bào)告。5）遠(yuǎn)程控制功能。用戶(hù)可以使用Internet 終端隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程控制溫室中的各種設(shè)備。

3.3 智能農(nóng)業(yè)的社會(huì)效益

農(nóng)場(chǎng)管理人員已經(jīng)高度認(rèn)可并充分肯定了智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的合理應(yīng)用可以提高溫室的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化，提高育種質(zhì)量和水平。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用可以有效彌補(bǔ)我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的弊端，為大規(guī)模推廣農(nóng)業(yè)智能奠定重要基礎(chǔ)。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能農(nóng)業(yè)的有效結(jié)合有利于提高我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平，為科技發(fā)展提供重要支撐，提高農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新水平，加快現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展步伐。

4 智能農(nóng)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 M2M（Machine to Machine）技術(shù)

M2M 技術(shù)是2 個(gè)事物間進(jìn)行交流的重要形式，其主要包含2 個(gè)方面內(nèi)容。1）人與機(jī)器間進(jìn)行形式化的信息交流、設(shè)備與設(shè)備間的信息交流，在交流中可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)與信息的同步傳輸，達(dá)到遠(yuǎn)程測(cè)量和報(bào)警的目的。人與機(jī)器間的交互則主要是指機(jī)器設(shè)備將在外界采集的數(shù)據(jù)和信息上傳到操控系統(tǒng)中，使農(nóng)業(yè)人員能夠及時(shí)全面地了解農(nóng)業(yè)信息。農(nóng)業(yè)人員以此為基礎(chǔ)下達(dá)相關(guān)指令遠(yuǎn)程操作農(nóng)業(yè)設(shè)備，提升農(nóng)業(yè)運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定性與先進(jìn)性。2）機(jī)械設(shè)備之間的信息交流。其主要是指利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)統(tǒng)計(jì)采集各種設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的信息，然后科學(xué)地測(cè)定各類(lèi)信息，提升各種機(jī)器設(shè)備運(yùn)行的聯(lián)動(dòng)性，充分展示出農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)人工智能特點(diǎn)。M2M 技術(shù)使用的傳輸方式是短距離無(wú)線(xiàn)傳輸，它通過(guò)有效接入廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼鎸?shí)性與可靠性，這樣一來(lái)即使處于惡劣的環(huán)境下，也會(huì)保持傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。

4.2 套接字通信技術(shù)

套接字通信技術(shù)在保證局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間信息交互質(zhì)量中發(fā)揮著不可替代的作用，它利用協(xié)議接口和IP地址進(jìn)行正確界定，仔細(xì)分析和研究不同設(shè)備傳輸信息存在的差異，并以這些差異為基礎(chǔ)建立科學(xué)的、規(guī)范的轉(zhuǎn)化協(xié)議，進(jìn)而提升組網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)信息交互的有效性。同時(shí)，套接字通信技術(shù)合理鏈接了多個(gè)服務(wù)軟件，且在每個(gè)軟件上留出一個(gè)特定的服務(wù)接口，保證端口的唯一性和服務(wù)的高效性。當(dāng)某一個(gè)設(shè)備執(zhí)行相關(guān)操作指令時(shí)，就會(huì)獲得一定的服務(wù)。通常情況下，套數(shù)字技術(shù)主要分為三大種類(lèi)。1）服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)模塊。該模塊屬于實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化的操作和控制模式，能夠滿(mǎn)足客戶(hù)端的影響和協(xié)議需求。2）客戶(hù)端服務(wù)模塊。其主要的功能是描述服務(wù)器接收的信息，進(jìn)而制定相對(duì)應(yīng)的指令和協(xié)議地址。3）數(shù)據(jù)確認(rèn)模塊。在該模塊運(yùn)行中，以客戶(hù)端和服務(wù)端為基礎(chǔ)，建立一個(gè)完善的數(shù)據(jù)鏈接。當(dāng)客戶(hù)端完成信息確認(rèn)任務(wù)后，將會(huì)立刻響應(yīng)信息，滿(mǎn)足系統(tǒng)鏈接的實(shí)際需求，提升數(shù)據(jù)和信息的傳輸效率。

4.3 射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)充分發(fā)揮了無(wú)線(xiàn)電波的優(yōu)勢(shì)，有效交互和傳輸了數(shù)據(jù)信息，且在具體傳輸過(guò)程中不需要使用通信線(xiàn)路，它利用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為數(shù)據(jù)終端訪(fǎng)問(wèn)工作提供了大力支持，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息非接觸性交互的目標(biāo)。在雙向交互信息數(shù)據(jù)過(guò)程中，識(shí)別系統(tǒng)將會(huì)以數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)有效識(shí)別原有的結(jié)構(gòu)標(biāo)記，利用電子確認(rèn)的方式準(zhǔn)確界定設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的信息，進(jìn)而提升信息定位的準(zhǔn)確性，強(qiáng)化數(shù)據(jù)的預(yù)調(diào)制功能。射頻識(shí)別技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)信息傳輸性質(zhì)、電波實(shí)際的荷載量、信息實(shí)際的傳輸距離正確定位信息的承接載體［4］。射頻識(shí)別技術(shù)的具體流程為：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)接收到無(wú)電線(xiàn)波后，會(huì)正確地讀取線(xiàn)波產(chǎn)生的頻率，然后根據(jù)載波信號(hào)科學(xué)劃分和處理數(shù)據(jù)信息。根據(jù)信息參數(shù)呈現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)性特征下達(dá)相關(guān)的操控命令，進(jìn)而快速、有效地完成系統(tǒng)控制工作。

4.4 WSN 技術(shù)

該技術(shù)由多個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)組成，利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)處理和采集信息。工作人員通過(guò)合理應(yīng)用該技術(shù)，可以全過(guò)程監(jiān)督和管理農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境，其中包括土壤的溫度、濕度，農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的溫度和濕度等［5］。WSN 技術(shù)將農(nóng)業(yè)大棚中傳感器傳輸出的信息傳輸?shù)较到y(tǒng)中，然后以系統(tǒng)參數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行核對(duì)，為各個(gè)設(shè)備下達(dá)操控指令，為農(nóng)作物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平的提升，產(chǎn)品鏈條的不斷完善，智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用程度將會(huì)加大，為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)全新的契機(jī)，同時(shí)有利于促進(jìn)其他行業(yè)的發(fā)展，吸引更多服務(wù)提供商參與，有效利用社會(huì)服務(wù)資源，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)朝著健康良好方向發(fā)展。