基于5G和物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

王恪靖

摘要：改革開放以來，我國科技水平迅速發(fā)展，5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前，我國農(nóng)業(yè)正處在數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展階段，對(duì)智慧農(nóng)業(yè)的需求日趨迫切。5G與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)深度融合，能有效為智慧農(nóng)業(yè)平臺(tái)提供基礎(chǔ)。通過5G和物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)獲取農(nóng)業(yè)各個(gè)層面信息，利用云服務(wù)分布計(jì)算存儲(chǔ)性能對(duì)數(shù)據(jù)分析處理，可提升大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用價(jià)值，為農(nóng)業(yè)園區(qū)提供相應(yīng)的AI能力和定制化管理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)字化。

關(guān)鍵詞：5G;物聯(lián)網(wǎng);智慧農(nóng)業(yè);大數(shù)據(jù);管理平臺(tái)

引言

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是國家現(xiàn)代化的重要標(biāo)識(shí)，智慧農(nóng)業(yè)（即農(nóng)業(yè)信息化）是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要途徑。智慧農(nóng)業(yè)是充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，使之與農(nóng)業(yè)種植深度結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土地、農(nóng)作物的無人化和智能化管理。智慧農(nóng)業(yè)是我國實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化目標(biāo)、加速我國由農(nóng)業(yè)大國向農(nóng)業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的重要選擇，IoT（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)作為一種新型且成熟的現(xiàn)代通信技術(shù)，是農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)的重要手段，可以有效支撐農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展、轉(zhuǎn)型和升級(jí)。通過建設(shè)基于物聯(lián)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)，進(jìn)而不斷促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，對(duì)于促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。如何利用成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)賦能智慧農(nóng)業(yè)，是我們研究的重要內(nèi)容。

1物聯(lián)網(wǎng)含義

物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，簡稱IOT），它是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，通過全球信息定位系統(tǒng)、激光掃描器、紅外線感應(yīng)器等裝置，實(shí)時(shí)采集信息并且通過網(wǎng)絡(luò)接入，將物與人，物與物相互連接，并進(jìn)行交換信息和通信，實(shí)現(xiàn)管理、識(shí)別、定位和監(jiān)控的巨大網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵技術(shù)有射頻識(shí)別技術(shù)、傳感網(wǎng)、Machine-to-Machine/Man（M2M）和云計(jì)算。龐大的數(shù)據(jù)信息來源于物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)通過收集和分析用戶行為來為物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)提供有效的信息和有用的分析結(jié)果，從而獲得實(shí)用價(jià)值，而云計(jì)算則是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，沒有云計(jì)算設(shè)施，無法實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)計(jì)算?；ヂ?lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)事物和事物之間以及人與事物之間的溝通，云計(jì)算是物聯(lián)網(wǎng)的中心神經(jīng)功能。

物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于通信對(duì)象和過程來看分為三層，即整體感知層，利用感知設(shè)備獲取各類信息;可靠傳輸層，利用互聯(lián)網(wǎng)和無線網(wǎng)的融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和時(shí)效性的傳送;智能處理層，利用各種智能技術(shù)，將獲取的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析處理。

2 5G和物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)建設(shè)

2.1農(nóng)作物5G視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)園區(qū)地廣，監(jiān)控覆蓋范圍較大，較偏遠(yuǎn)區(qū)域的視頻監(jiān)控可以結(jié)合5G高帶寬、低延時(shí)的技術(shù)特點(diǎn)，采用5G無線傳輸技術(shù)，通過5G通信模塊連接前端攝像頭，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控快速布設(shè)，實(shí)時(shí)回傳視頻信號(hào)。用戶只需要通過手機(jī)或者電腦就可以對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)園的情況進(jìn)行遠(yuǎn)程查看。管理人員可以做到遠(yuǎn)程輕松監(jiān)控、管理作業(yè)生產(chǎn)。此外，系統(tǒng)利用視頻圖像和防盜周界電子圍欄可對(duì)人員非法闖入進(jìn)行預(yù)警，支持農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測、農(nóng)作物生長情況監(jiān)測等，與病蟲害、災(zāi)情等系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)結(jié)合，對(duì)突發(fā)或蟲害情況進(jìn)行預(yù)警。

2.2節(jié)水灌溉系統(tǒng)硬件

硬件設(shè)備屬于節(jié)水灌溉系統(tǒng)完成土壤環(huán)境監(jiān)測、節(jié)水灌溉的重要物質(zhì)條件，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)由電源模塊、處理模塊、土壤環(huán)境監(jiān)測傳感器構(gòu)成。電源模塊主要提供工作電源，處理模塊負(fù)責(zé)土壤信息采集與處理，監(jiān)測傳感器則負(fù)責(zé)實(shí)地采集土壤數(shù)據(jù)。各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)可收集與處理土壤環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，借助通信節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)浇K端設(shè)備。用戶能夠借助客戶端，監(jiān)控土壤環(huán)境，控制灌溉設(shè)備，科學(xué)開展灌溉作業(yè)。

2.3種植基地篩選

有機(jī)農(nóng)作物種植期間，應(yīng)注意種植區(qū)域周圍的環(huán)境生態(tài)，故需在傳感技術(shù)的監(jiān)控下探討水資源、空氣質(zhì)量、環(huán)境生態(tài)等方面的情況，確保種植期間各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到蔬菜的生存需求。因此，有機(jī)農(nóng)作物種植需注意切記不可在該區(qū)域混合種植其他作物，同時(shí)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)該區(qū)域?yàn)椤坝袡C(jī)蔬菜種植區(qū)”。在此過程中，應(yīng)借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行人為隔離，尤其是應(yīng)當(dāng)在不同作物的交界處設(shè)立隔離帶，以此區(qū)分綠色蔬菜和有機(jī)蔬菜的種植狀態(tài)。通過保護(hù)有機(jī)蔬菜的生產(chǎn)基地，及時(shí)監(jiān)控各類有機(jī)物的生長狀態(tài)，可提高有機(jī)植物的品質(zhì)。

2.4農(nóng)作物病蟲害智能識(shí)別子系統(tǒng)

針對(duì)農(nóng)作物病蟲害生態(tài)防控需求，利用遠(yuǎn)程拍照式巡航無人機(jī)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)、手機(jī)App拍照識(shí)別等方式，5G病蟲害識(shí)別模型/智能決策系統(tǒng)可通過終端設(shè)備提取圖像數(shù)據(jù)，基于5G將數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至MEC邊緣云或中心云服務(wù)器。該系統(tǒng)通過云端圖像信息庫及AI分析功能，實(shí)時(shí)分析田間農(nóng)作物的病蟲害情況，自動(dòng)診斷識(shí)別病蟲害，聯(lián)動(dòng)病蟲害知識(shí)庫及專家系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)專家遠(yuǎn)程咨詢?cè)\斷，對(duì)病蟲害、災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防，對(duì)種植進(jìn)行科學(xué)的農(nóng)技指導(dǎo)。

2.5溫室環(huán)境控制單元硬件組成

溫室環(huán)境控制單元由農(nóng)機(jī)裝備和安裝在上面的控制器、繼電器、傳感器組成，通過控制卷膜、卷被、通風(fēng)、加溫、二氧化碳、水肥一體化等農(nóng)機(jī)裝備，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)?？刂破鞑捎肅C2530芯片，通過ZigBee無線傳輸技術(shù)接收溫室智能控制終端發(fā)出的控制指令，驅(qū)動(dòng)繼電器輸出電路，實(shí)現(xiàn)日光溫室農(nóng)機(jī)設(shè)備的開啟關(guān)閉等功能。傳感器可以監(jiān)測農(nóng)機(jī)裝備的執(zhí)行狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋調(diào)節(jié)，使水肥一體化、二氧化碳等設(shè)備實(shí)現(xiàn)定量控制。

結(jié)語

“聯(lián)網(wǎng)農(nóng)場”是農(nóng)業(yè)的未來，物聯(lián)網(wǎng)思維正在改變著日常的農(nóng)業(yè)實(shí)踐。5G和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用有助于增加整個(gè)農(nóng)業(yè)價(jià)值鏈的營業(yè)收入，因而已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向。利用5G和物聯(lián)網(wǎng)提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，農(nóng)場主可以隨時(shí)隨地獲取其資產(chǎn)的最新信息，包括農(nóng)作物、機(jī)械和市場等。當(dāng)前，隨著5G的發(fā)展和普及，網(wǎng)絡(luò)的智能程度和安全性在不斷提高，農(nóng)業(yè)的未來在于5G、NB-IoT等無線連接，MEC邊緣云平臺(tái)近端處理和中心云大數(shù)據(jù)平臺(tái)的深度分析計(jì)算，應(yīng)用層各系統(tǒng)歸集各類農(nóng)機(jī)設(shè)備及終端的海量數(shù)據(jù)，完成大數(shù)據(jù)收集、分析、匯總、呈現(xiàn)，最大限度地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和農(nóng)業(yè)數(shù)字化、智能化水平。

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