基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)研究

【摘要】本文分析了中國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀，以及物聯(lián)網(wǎng)對當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的推進(jìn)作用，并以農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖大棚為例，說明了物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖大棚中實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)管理的過程。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)Zigbee傳感器

農(nóng)業(yè)種植中，為了防治病蟲害和追求產(chǎn)量，過量使用、濫用農(nóng)藥和化肥已成為不爭的事實，同時隨著全球變暖，各種極端氣象條件頻發(fā)，使脆弱的農(nóng)業(yè)更加雪上加霜。中國農(nóng)業(yè)需要變革，變革要從源頭抓起。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中，可以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理，是智慧農(nóng)業(yè)和精細(xì)化生產(chǎn)、管理、決策的技術(shù)支撐，是發(fā)展“智慧農(nóng)業(yè)”的核心。

一、中國農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國人均耕地面積和人均水資源只有世界平均水平的30%和25%，且現(xiàn)有耕地中2/3是中低產(chǎn)田，農(nóng)田灌溉水的有效利用率只有30%～40%（發(fā)達(dá)國家已達(dá)50%～70%）。化肥、農(nóng)藥等生產(chǎn)資料投入水平高且利用率低，并導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染和破壞，土壤沙化、堿化、鹽漬化嚴(yán)重，耕地單位面積產(chǎn)量與世界糧食高產(chǎn)國家相比甚至要低一半以上，21世紀(jì)我國人口增長和土地資源減少的矛盾不可逆轉(zhuǎn)。我國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)經(jīng)過多年的研究，有一定基礎(chǔ)，但與目前應(yīng)用需求差距很大，在生產(chǎn)過程科學(xué)管理、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與溯源、農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程技術(shù)服務(wù)，農(nóng)民遠(yuǎn)程培訓(xùn)等方面的研究剛剛起步；農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，養(yǎng)殖業(yè)以及其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，用于優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖的智能管理信息系統(tǒng)剛開始起步；面向農(nóng)村快捷的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)和低成本智能化信息接入終端問題仍未取得重要突破。

二、中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涵蓋范圍極廣，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端、智能電網(wǎng)、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等、和“外在使能”（Enabled）的，如貼上RFID、條形碼標(biāo)簽的各種資產(chǎn)、攜帶無線終端的個人與車輛等等“智能化物件或動物”或“智能塵埃”，通過各種無線和/或有線的長距離和/或短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M）、應(yīng)用大集成（Grand Integration）、以及基于云計算的SaaS營運等模式，在內(nèi)網(wǎng)（Intranet）、專網(wǎng)（Extranet）、和/或互聯(lián)網(wǎng)（Internet）環(huán)境下，采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C(jī)制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面等管理和服務(wù)功能，實現(xiàn)對“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的“管、控、營”一體化。

物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)在中國已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通、物流、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、衛(wèi)生、安防、家居、旅游、軍事等二十多個領(lǐng)域，在未來3年內(nèi)中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將在智能電網(wǎng)、智能家居、智慧城市、智慧醫(yī)療、車用傳感器等領(lǐng)域率先普及，預(yù)計將實現(xiàn)三萬億的總產(chǎn)值。

三、物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

在大棚控制系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、PH值傳感器、光傳感器、離子傳感器、生物傳感器、CO2傳感器等設(shè)備，監(jiān)測環(huán)境中的溫度、相對濕度、PH值、光照強(qiáng)度、土壤養(yǎng)分、CO2濃度等物理量參數(shù)，并通過基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的無線設(shè)備將參數(shù)傳送到標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)關(guān)通過GSM、CDMA或者以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器中進(jìn)行分析控制，通過各種儀器儀表實時顯示或作為自動控制的參變量參與到自動控制中，保證農(nóng)作物有一個良好的、適宜的生長環(huán)境。遠(yuǎn)程控制的實現(xiàn)使技術(shù)人員在辦公室就能對多個大棚的環(huán)境進(jìn)行檢測控制。采用無線網(wǎng)絡(luò)傳遞測量得到的農(nóng)作物的各種參數(shù)，可以為精準(zhǔn)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)，達(dá)到增產(chǎn)、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長周期、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

下一步的目標(biāo)是一方面加入更多不同種類的傳感器采集數(shù)據(jù)并加大采集頻率，另一方面在云平臺側(cè)建立更多的數(shù)學(xué)模型，摸清不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同農(nóng)作物的最佳養(yǎng)殖規(guī)律，達(dá)到最優(yōu)化品質(zhì)、最優(yōu)化質(zhì)量的產(chǎn)品，并建立突然預(yù)案應(yīng)對突發(fā)天氣情況和其他一些突然情況對農(nóng)作物生長的影響。

四、小結(jié)

與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的需要相比，智慧農(nóng)業(yè)可以實現(xiàn)高效利用各類農(nóng)業(yè)資源和改善環(huán)境這一可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，不但可以最大限度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，而且是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。

參考文獻(xiàn)

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