物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中的運用

河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學院汽車工程學院 路新惠

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展對氣象服務(wù)的依賴程度很高，為適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展對氣象服務(wù)提出的高要求，在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)人士的廣泛認可，而如何有效應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，最大限度發(fā)揮出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各項功能，使其與農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)良好融合，還需要在明確物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特征的基礎(chǔ)上，對其具體應(yīng)用開展深入研究和分析。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，簡稱IoT）是指通過各種信息傳感器、射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接，實現(xiàn)對物品和過程的智能化感知、識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等的信息承載體，它讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象形成互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)[1]。

對物聯(lián)網(wǎng)而言，物和物之間以及物和人之間實現(xiàn)信息交互是它的主要特征及核心所在，其基本特征包含三個方面：其一，整體感知，即在智能傳感器、射頻識別及二維碼等的支持下對物體所有信息進行感知獲取。其二，可靠傳輸，即對無線網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)進行融合，以此對物體信息進行準確與實時發(fā)送，為信息的分享及交流創(chuàng)造良好條件。其三，智能處理，即借助不同的智能技術(shù)分析處理感知獲取到的所有數(shù)據(jù)信息，進而使監(jiān)測及控制過程均實現(xiàn)高度智能化[2]。

基于上述物聯(lián)網(wǎng)的基本特征，根據(jù)信息科學理念，針對信息具體流動過程，可得到物聯(lián)網(wǎng)在信息處理方面具備的功能：首先是信息獲取，包括信息感知與識別，其中，信息感知指的是對不同事物的基本屬性與變化方式有較高的敏感度，而信息識別指的是可以將感受到的不同事物的所處狀態(tài)采用指定方式進行表達；其次是信息傳送，具體包含發(fā)送、傳輸與接收，能將獲取的不同事物的實際狀態(tài)信息與變化方式等傳輸至另外一點，即所謂的通信；再次是信息處理，還可稱之為信息加工，充分利用現(xiàn)有信息或感知到的信息來產(chǎn)生一系列新信息，為決策的制定提供依據(jù)；最后則是信息施效，即使信息發(fā)揮出應(yīng)有的效用，有不同的表現(xiàn)形式，主要為通過對事物所處狀態(tài)與變換方式的適當調(diào)節(jié)，確保對象一直處在要求的狀態(tài)。當然，要想實現(xiàn)以上各項功能，需要得到一些關(guān)鍵技術(shù)的支持，包括射頻識別技術(shù)、傳感網(wǎng)、M2M系統(tǒng)框架及云計算等[3]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)

2.1 應(yīng)用方向

在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要應(yīng)用方向包含以下三個方面。

（1）根據(jù)準確的氣象信息能使農(nóng)產(chǎn)品實現(xiàn)定量。引入物聯(lián)網(wǎng)前，我國農(nóng)業(yè)部門主要依靠站點預(yù)報完成氣象預(yù)測及評估，而引入物聯(lián)網(wǎng)后，使氣象監(jiān)測發(fā)生巨變，通過格點排布獲取大量數(shù)據(jù)，使氣象預(yù)測結(jié)果準確度得到大幅提升，為氣象預(yù)警提供更真實的數(shù)據(jù)參考?；诖?，與農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展有關(guān)的部門可據(jù)此完成定量分析，以此從整體上評估不同農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量。這樣一來，可減少由于氣象預(yù)測不準確造成的損失，降低損失率。

（2）物聯(lián)網(wǎng)的引入可以為農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)實現(xiàn)定制化?；谖锫?lián)網(wǎng)的氣象服務(wù)能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)定制方案，比如在柑橘種植中引入智能化灌溉，在不同生產(chǎn)時期中，農(nóng)作物對水的需求有很大差別，通過對物聯(lián)網(wǎng)的引入，能針對不同生產(chǎn)時期建立需水模型，然后根據(jù)以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)得出的降水預(yù)測結(jié)果，結(jié)合土壤松濕程度，確定具體的灌溉方案[4]。

（3）促進農(nóng)業(yè)服務(wù)向智能化方向邁進。智能化是當前農(nóng)業(yè)服務(wù)的一個重要方向，以大棚農(nóng)業(yè)為例，在引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，能對包含二氧化碳氣體濃度、土壤基本信息及光照條件等在內(nèi)的各項數(shù)據(jù)進行自動采集，然后通過數(shù)據(jù)分析，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果對大棚溫度及土壤濕度等開展自動控制，以此使大棚種植達到智能化的目標。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)積極推動下，農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量將得到很大程度的提高，為農(nóng)業(yè)的后續(xù)發(fā)展提供了可靠技術(shù)支撐[5]。

2.2 應(yīng)用途徑

在當前的農(nóng)業(yè)發(fā)展進程中，尤其是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)具有不可替代的重要作用，但要想實現(xiàn)預(yù)期的目標，需要經(jīng)歷十分復(fù)雜且漫長的過程。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展過程中，氣象監(jiān)測作為一項基本工作，其監(jiān)測水平與質(zhì)量決定了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展能否取得理想的成效，要想走上現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)道路，必須依靠以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的氣象監(jiān)測?；谖锫?lián)網(wǎng)的氣象服務(wù)，具體有以下兩條路徑：其一，氣象實時觀測；其二，氣象保障服務(wù)。為便于理解，可將前者理解成售前，而后者則可理解為售后，這兩條路徑共同組成了完善的服務(wù)系統(tǒng)，雖然這兩者相互獨立，但缺一不可，否則必然影響物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實際應(yīng)用效果[6]。

2.2.1 氣象觀測系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要目的在于實時觀測氣象條件，對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)而言，也包含感知、傳輸與應(yīng)用三個部分。起初在建立該系統(tǒng)的過程中，在山區(qū)先進行控制中心的創(chuàng)建，將其作為服務(wù)平臺[7]。此時農(nóng)戶可利用手機等終端設(shè)備和服務(wù)平臺之間實現(xiàn)互聯(lián)，然后通過對感知技術(shù)的使用，對當?shù)匕L速、用量及氣壓等在內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)實施動態(tài)采集和傳輸，采集到的數(shù)據(jù)集中傳輸至控制中心，由控制中心對收獲的各類數(shù)據(jù)進行分析處理，然后根據(jù)當?shù)刂饕獨庀笄闆r加以篩分，最終將分析得到的成果采用網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，使與平臺相鄰的所有終端都能實時接收氣象信息，此時農(nóng)戶可根據(jù)接收到的氣象信息做出正確決策，以保證生產(chǎn)進度和產(chǎn)量，將惡劣天氣情況可能對作物生長造成的影響降至最低。控制中心采用方程式計算的方法對收集到的所有數(shù)據(jù)進行分析處理，并根據(jù)當?shù)貙嶋H天氣情況篩選相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這種復(fù)雜且對準確度要求很高的工作在現(xiàn)代化技術(shù)支持下可以順利完成，但需要建立相應(yīng)的交換程序、數(shù)據(jù)庫與服務(wù)器。其具體工作流程能分成以下環(huán)節(jié)：對動態(tài)氣象數(shù)據(jù)進行獲??；對收集到的所有氣象數(shù)據(jù)進行量化分析，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)及其分析結(jié)果，在服務(wù)器的支持下，使其存儲至數(shù)據(jù)庫當中。通過智能化監(jiān)測，可節(jié)省很多人力物力，使當前的農(nóng)業(yè)發(fā)展走向更高的臺階。

2.2.2 氣象保障服務(wù)

該系統(tǒng)的主要目的在于為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供可靠的氣象服務(wù)保障。傳統(tǒng)的氣象服務(wù)因數(shù)據(jù)準確度低，且服務(wù)形式過多，無法實現(xiàn)統(tǒng)一，加之服務(wù)對象單一，僅為氣象信息，所以無法為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展提供全面且優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。而該系統(tǒng)的產(chǎn)生與應(yīng)用則能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展提供定制化服務(wù)。對大塊農(nóng)田進行分割，形成一定數(shù)量小農(nóng)田，然后對其氣候觀測網(wǎng)開展實時觀測，由多個小型觀測網(wǎng)構(gòu)成一個完整的觀測大網(wǎng)，之后通過對逐個網(wǎng)格的數(shù)據(jù)連續(xù)觀測，形成完整的觀測體系。在這種情況下，所有農(nóng)戶都可將自己的農(nóng)田基本信息和相關(guān)資料實時上傳至該體系中，以此實現(xiàn)高質(zhì)量用戶管理。以上兩個服務(wù)體系是該系統(tǒng)重要的組成部分，可推動氣象指標更新，將所有氣象信息均存儲至數(shù)據(jù)庫當中，進而為農(nóng)作物種植創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，提供可靠的數(shù)據(jù)支持[8]。

通過以上分析可知，上述兩種系統(tǒng)在實際建設(shè)層次存在一些共同點，但由于這兩個系統(tǒng)的根本目標并不相同，需要在傳感器等方面予以適當?shù)膮^(qū)分，在氣象觀測領(lǐng)域，傳感器的主要作用在于對氣象數(shù)據(jù)做系統(tǒng)觀測，這在保障系統(tǒng)中表現(xiàn)得更加顯著，基于此可為設(shè)備選型創(chuàng)造更大的便利，進而從根本上解決硬件方面的影響與限制。

2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)智能測控

（1）采用無線網(wǎng)絡(luò)對植物生長過程中的各類環(huán)境信息進行監(jiān)測，包括土壤中水分含量、土壤溫度、空氣溫濕度、光照與養(yǎng)分含量，對于其他間接參數(shù)，如土壤的電導率和pH 值，也可按照實際需求進行選配。在信息采集的同時，還能對從傳感器發(fā)出的各類數(shù)據(jù)進行接收、存儲與動態(tài)顯示，最終采用圖表形式展示給管理人員，同時以上述信息為依據(jù)自動完成灌溉、降溫、卷模、施肥與噴藥。

（2）使整個農(nóng)業(yè)園區(qū)進行自動信息檢測及控制，采用配置傳感節(jié)點的方式，對于條件相對良好的園區(qū)，配備電動卷簾與排風機等一系列機電設(shè)備，以此進行遠程控制。農(nóng)戶采用手機或PC 登錄到系統(tǒng)中后，對溫室中各類機電設(shè)備進行控制。此外，也可通過對控制邏輯的自定義設(shè)置，使系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)外實際情況對各類機電設(shè)備進行自動控制。

（3）農(nóng)戶借助手機或PC 登錄到系統(tǒng)中后，可對溫室所有環(huán)境參數(shù)等狀態(tài)信息進行查詢，如歷史溫濕度、機電設(shè)備操作等，此外還能對當?shù)剞r(nóng)業(yè)政策進行查詢，以掌握實際的市場行情與供求信息，從而提供良好的信息服務(wù)。

（4）該系統(tǒng)還能提供警告功能，先對適宜條件對應(yīng)的上下限進行設(shè)定，具體的設(shè)定值可針對不同農(nóng)作物類型及其生長周期與季節(jié)發(fā)生的變化適當修改。如果某個數(shù)值超過設(shè)定的限值，則系統(tǒng)立刻發(fā)出警告，農(nóng)戶在受到警告信息后，可根據(jù)信息采取針對性措施加以解決。

2.4 栽培監(jiān)控體系

（1）借助各類傳感器對各項地上氣候信息進行收集，如溫濕度傳感器、光照傳感器、雨量傳感器、風速傳感器、風向傳感器和氣壓傳感器。如果采集到的氣候信息大于正常值，則應(yīng)立即采取有效的方法減少帶來的不利影響與損失。對于地下信息，通過對土壤信息的實時檢測，保證灌溉的合理性，在避免浪費的同時，防止因灌溉過度造成的營養(yǎng)流失，需監(jiān)測的內(nèi)容一般包括土壤溫度監(jiān)測、水分監(jiān)測、水位監(jiān)測、氮磷鉀等營養(yǎng)物質(zhì)含量監(jiān)測、溶解氧監(jiān)測與pH 值監(jiān)測。

（2）通過對物聯(lián)網(wǎng)和云核算，以及與水肥一體化之間的結(jié)合，可根據(jù)可視化數(shù)據(jù)對一體化設(shè)備進行操控，以此保證農(nóng)業(yè)操控的精準性。

（3）對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)而言，其軟件渠道并非簡單的操作渠道，而是一個復(fù)雜的辦理體系，基于此，應(yīng)采用GPRS 技術(shù)將田間數(shù)據(jù)實施傳輸至監(jiān)控和預(yù)警平臺，以此解決時間和空間上的難題。采用這種軟件渠道能將所有節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)集合到一起，并采用柱狀圖、表格或曲線圖等方式進行展現(xiàn)與存儲，為用戶隨時對田間信息的檢查提供方便。

2.5 條件保障

首先要切實加強組織領(lǐng)導。為了使農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)得以高效且有序地推進，應(yīng)建立良好的組織保障。其次要明確工作分工。最后則要保證穩(wěn)定投入，構(gòu)建并嚴格實行投入機制，保證農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)得以穩(wěn)步與整體推進。對于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部，應(yīng)對中央補助資金的適用情況進行監(jiān)督。

3 結(jié)語

綜上所述，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展氣象條件息息相關(guān)，尤其是在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)實際發(fā)展進程中，對氣象服務(wù)提出了更高要求，在這種情況下如果依然沿用傳統(tǒng)氣象服務(wù)方式，將無法適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，造成負面影響及損失。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的氣象服務(wù)提供新的方式，其強大的信息處理功能可針對農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)建立相應(yīng)的觀測及保障系統(tǒng)，幫助所有與系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)的農(nóng)戶都能在第一時間了解準確、可靠的氣象信息，進而為生產(chǎn)及管理決策的制定提供可靠依據(jù)，實現(xiàn)促進農(nóng)業(yè)進一步發(fā)展的根本目標。