物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

摘 要：隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式存在著成本高、管控難、效率低等問題，已無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的大背景下，通過向傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)行業(yè)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)，能夠幫助養(yǎng)殖人員更高效地進行農(nóng)作物、家禽、水產(chǎn)的種養(yǎng)殖，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，從而滿足市場需要。

關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)；人工智能；遠程監(jiān)測；循環(huán)節(jié)水灌溉控制；管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）10-0-03

0 引 言

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式的弊端逐漸顯現(xiàn)，存在的一系列問題制約著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具體表現(xiàn)為種植技術(shù)落后、生產(chǎn)效率低下、綜合監(jiān)管困難等，亟需以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等數(shù)字化手段為抓手，進行全產(chǎn)業(yè)鏈的智能化、數(shù)字化改造，為農(nóng)業(yè)從業(yè)者提供更加便捷的管理手段，推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。相對于物聯(lián)網(wǎng)在其他產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)更加基礎(chǔ)，也更貼近生活[1]，所以引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加實用和迫切。

1 農(nóng)作物種植物聯(lián)網(wǎng)

1.1 高效管理

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植方式下，需要種植人員不斷前往種植地勘察種植情況。對于現(xiàn)場發(fā)生的土壤pH值失衡、氣象災(zāi)害、病蟲害入侵等相關(guān)問題，無法在第一時間做出準確判斷和處理。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將相應(yīng)的軟件及硬件結(jié)合，打造物聯(lián)網(wǎng)云平臺，即可解決上述痛點。

物聯(lián)網(wǎng)云平臺是基于設(shè)備在線采集、數(shù)據(jù)實時傳輸、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理以及遠程控制等技術(shù)高度融合開發(fā)的，是智慧農(nóng)業(yè)中實現(xiàn)云端數(shù)據(jù)可視化的核心技術(shù)[2]?？蓪崿F(xiàn)24小時監(jiān)控現(xiàn)場，如圖1所示，監(jiān)控系統(tǒng)通過有線與無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，在關(guān)鍵區(qū)域和位置安置高清紅外攝像頭和球形攝像機[3]，出現(xiàn)問題及時告警，幫助種植人員在問題發(fā)生的第一時間采取行動，改變以往人工巡檢和經(jīng)驗判斷的處理

方式。

1.2 精準種植

現(xiàn)階段種植業(yè)面臨的另一個痛點是在灌溉、施肥、殺蟲、除菌等環(huán)節(jié)均需要種植人員前往現(xiàn)場，根據(jù)經(jīng)驗進行操作。而在引入物聯(lián)網(wǎng)后，效率得到了大幅度提升。例如在灌溉環(huán)節(jié)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及時監(jiān)測農(nóng)作物的生長狀態(tài)，結(jié)合對土壤含水量的監(jiān)測，借助濕度傳感器收集、反饋數(shù)據(jù)信息，連接中央處理器系統(tǒng)、控制室、水泵以及電氣裝置，完成循環(huán)節(jié)水灌溉控制，使得節(jié)水灌溉的精度得到有效提升，可在灌溉過程中對局部區(qū)域灌溉不均衡的情況進行有效改善，從而提高灌溉水平[4]，且無需種植人員到現(xiàn)場定時、定點、定量操作，均由計算機完成，將獲取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)后臺，經(jīng)過計算與分析后給出相應(yīng)的控制指令[5]，更加高效地助力農(nóng)作物健康成長。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給種植人員帶來了極大的便利，從整體上提高了農(nóng)作物產(chǎn)量，大大減少了農(nóng)村農(nóng)作物種植人員的勞動量，節(jié)約了勞動成本[6]，并保障了農(nóng)作物的質(zhì)量。

2 畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)

2.1 畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)的必要性

我國每年消耗的肉類產(chǎn)品中，平均含有5 500萬噸豬肉、2 380萬噸禽肉（雞、鴨、鵝）、980萬噸牛肉、500萬噸羊肉，占比如圖2所示。同時蛋類、奶制品、動物內(nèi)臟的消費更加數(shù)不勝數(shù)。

傳統(tǒng)的畜牧養(yǎng)殖方式是通過工作人員每天不斷前往養(yǎng)殖基地進行人工投喂，觀察家禽的健康情況、活躍程度，并維持生長環(huán)境的干凈衛(wèi)生，從而保障家禽的正常飼養(yǎng)。這對于人力、物力都是一種巨大的浪費，且已無法滿足消費者對產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量與日俱增的需求，故建立物聯(lián)網(wǎng)感知平臺對于畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展有非常重要的影響。

畜禽智能感知平臺如圖3所示，可通過現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)傳感器等設(shè)備采集養(yǎng)殖場的環(huán)境數(shù)據(jù)，例如溫濕度、氣體濃度等相應(yīng)指標，并進行遠程監(jiān)測，實現(xiàn)了養(yǎng)殖環(huán)境、動物健康狀況、生產(chǎn)環(huán)節(jié)等方面的全方位和智能化管理，幫助養(yǎng)殖人員精準調(diào)節(jié)養(yǎng)殖環(huán)境，提升動物健康水平和生產(chǎn)效率。

2.2 畜禽物聯(lián)網(wǎng)的衍生優(yōu)點

（1）追根溯源：食品安全是我們國家目前較為關(guān)注的社會熱點話題，很多時候因家禽生長環(huán)境惡劣、人工養(yǎng)殖不當，造成家禽體弱多病、健康狀況不良，甚至攜帶病毒，人類食用后也會產(chǎn)生一定的健康問題，故引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)在家禽的養(yǎng)殖、生產(chǎn)、加工、運輸、儲存等環(huán)節(jié)實時記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，為消費者提供可靠的溯源信息，提高食品安全性。

（2）節(jié)約成本：傳統(tǒng)畜牧人員往往根據(jù)經(jīng)驗判斷動物需要的飼料量，若配置過少，動物不夠吃，容易造成營養(yǎng)不良；若配置過多，則容易造成浪費。通過安裝物聯(lián)網(wǎng)智能投喂器，可以實現(xiàn)飼料的精準配送，從而節(jié)約成本。

（3）預(yù)防疾?。哼M入21世紀后，禽流感等動物病毒不斷產(chǎn)生，這會對經(jīng)常攝入家禽的人的身體健康造成不良影響。通過給家禽佩戴可穿戴物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，能夠?qū)崟r監(jiān)測動物的呼吸、心跳，并捕捉其行為數(shù)據(jù)，判斷其健康狀況，預(yù)測其是否患病，為管理者提供預(yù)警信息，起到一定的預(yù)防作用。

（4）減少經(jīng)濟損失：養(yǎng)殖過程中，經(jīng)常會發(fā)生家禽被偷、走失等情況，給養(yǎng)殖戶造成一定的經(jīng)濟損失?；诖耍蔀槊總€家禽佩戴物聯(lián)網(wǎng)電子標識，例如RFID家禽電子耳標，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺實時進行定位，確保家禽都處于安全養(yǎng)殖范圍內(nèi)，保障養(yǎng)殖戶的利益。

依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠高效地將整個智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)下的所有信息加以集成，并利用傳感器系統(tǒng)將數(shù)據(jù)穩(wěn)定地傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)體系中，從而進行大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的集成化管理[7]，更好地管理家禽，促進家禽的健康生長。

3 水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)

3.1 我國水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

我國作為水產(chǎn)品的消費大國，每年消耗近1 900萬噸海鮮。在過去十年間，我國水產(chǎn)品的總產(chǎn)量都在逐年攀升，如圖4所示。隨著人們生活水平的提高，傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式已無法滿足現(xiàn)階段人們?nèi)找嬖黾拥男枨?；并且水產(chǎn)養(yǎng)殖對水體質(zhì)量等都有較高要求。而智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺能幫助實現(xiàn)智能化、自動化水產(chǎn)養(yǎng)殖[8]，以及保證水產(chǎn)品的高質(zhì)量、高產(chǎn)量生產(chǎn)。

3.2 水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響因素

溫度、光照、pH值、含氧量等都會對水生生物的生長產(chǎn)生極大的影響，若此類指標超出正常范圍，則水中會產(chǎn)生大量的微生物，影響魚的繁殖周期，輕則干擾魚的健康狀況，重則導(dǎo)致魚死亡，進而導(dǎo)致產(chǎn)量下降、供給不足。

3.3 解決方案

基于物聯(lián)網(wǎng)、流量計、超聲波液位采集器、投入式液位傳感器、水溫傳感器、光照傳感器、pH傳感器、亞硝酸鹽傳感器等，可實時監(jiān)測水質(zhì)、魚類健康狀況。

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，引入深度學(xué)習(xí)算法[9]，發(fā)生異常狀況如pH值超過正常范圍時，閥門自動打開進行換水；魚池光照不足時，自動打開天窗，為魚池提供充足光照；水中氧氣和食物不足時，通過設(shè)備自動補充氧氣和食物，如圖5、圖6所示。

利用以太網(wǎng)、WiFi、移動網(wǎng)絡(luò)、LoRa等多種傳輸媒介，將采集到的數(shù)據(jù)上傳到物聯(lián)網(wǎng)云平臺，物聯(lián)網(wǎng)云平臺負責存儲、處理、轉(zhuǎn)發(fā)底層上傳的數(shù)據(jù)[10-11]，更好地幫助魚類生長。

4 結(jié) 語

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)賦能，我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展突飛猛進。這對于滿足人們對農(nóng)產(chǎn)品的旺盛需求有著非常重要的作用，為我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了新的動力增長引擎。

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