基于物聯網的農業生態監測系統的研究

彭 磊

黑龍江科技大學計算機與信息工程學院

本文提出了基于物聯網的農業生態監測系統的總體思路與技術框架，即利用無線傳感器網絡技術實現農業生態系統的多要素數據的采集，利用ZigBee、藍牙、3G，無線微波等無線通信技術實現監測數據的傳輸，利用互聯網技術發布監測結果，最終實現農業生態系統的智能監測。

目前，中國正處于從傳統農業迅速走向現代農業的轉化過程，從現代農業生產，經營，管理和服務的發展，信息技術的各個方面，以支持緊急呼叫。現代農業的發展創造了前所未有的機遇改造傳統農業和現代農業，迫切需要使用網絡技術領域的種植，園藝，畜牧，水產養殖，農業和其他農產品物聯網的發展要素數字化設計，智能化控制，精準運作和科學管理各種農業領域，使“全面感知，可靠傳輸和智能處理”的各種農業要素，從而實現高產，高效，優質，生態的實施安全目標。

目前，中國正處于從傳統農業迅速走向現代農業的轉化過程，從現代農業生產，經營，管理和服務的發展，信息技術的各個方面，以支持緊急呼叫。現代農業的發展創造了前所未有的機遇改造傳統農業和現代農業，迫切需要使用網絡技術領域的種植，園藝，畜牧，水產養殖，農業和其他農產品物聯網的發展要素數字化設計，智能化控制，精準運作和科學管理各種農業領域，使“全面感知，可靠傳輸和智能處理”的各種農業要素，從而實現高產，高效，優質，生態的實施安全目標。

1 農業物聯網

農業物聯網屬于交叉學科，是物聯網技術在農業領域廣泛應用的產物，農業物聯網體系劃分可以參照物聯網體系劃分的標準。農業領域的信息、要經過產生、傳輸、處理和應用四個過程。感知層利用傳感器、RFID，GPS，RS 和條碼技術等各種感知技術，借助各種設備和手段，對自然界中存在并且對農業生產有意義的各類數據信息進行獲取，實現“物”的識別。傳輸層具有完成大范圍內信息傳輸與廣泛互聯功能，能夠將現有的廣域網技術與感知層的傳感網技術相融合，把感知到的農業信息無障礙、快速、安全、可靠的傳送到需要信息的地方，使物品在全球范圍能實現遠距離大范圍通信。處理層通過云計算、數據挖掘、模式識別、預測預警等信息處理技術，實現最終的信息技術與行業的深度融合，完成物品的信息匯總、共享、預測和分析決策等功能。應用層是農業物聯網體系結構的最高層，是面向終端用戶的，可以根據用戶的不同需求搭建不同的操作平臺，農業物聯網的應用主要實現了大田種植、設施園藝、畜禽養殖、水產養殖、農產品交付過程中管理者的直接參與，通過農業物聯網，管理者可以更快的獲取各類信息，對于突發情況，管理者可以做出更及時的反應，通過遠程控制，管理者可以實現對整個農業生產線更精細的管理，管理者可以從物聯網多個應用角度出發對農業進行管理，達到農業生產高產、優質、高效、生態和安全的目標。

隨著農業信息網絡化的高級階段顯示出旺盛的生命力，主要的網絡技術和應用的不斷成熟，農業物聯網從嬰兒期逐步進入到成熟期。總體而言，事情會朝著農業更透徹的感知，更全面的互聯互通，情報服務和更深入更優化的整合方向發展。

2 農業生態監測系統的傳感器技術

傳感器的定義與分類

傳感器，是感覺或知覺等。傳感器通常被定義為能夠按照一定的規則來感知外部信息，并且可以將這些信息信號轉換成該裝置可以被使用。主要由敏感元件的傳感器（傳感元件）和兩部分組成的轉換器，一些半導體敏感元件可以直接輸出信號，本身就構成傳感器。

（1）根據傳感器的轉換原理，可將其分為物理和化學兩類傳感器。

（2）按照用途劃分，傳感器可以分為壓敏和力敏傳感器、加速度傳感器、位置傳感器、速度傳感器、輻射傳感器、液面傳感器、熱敏傳感器、能耗傳感器等。

（3）按照工作原理分類，傳感器可以分為真空度傳感器、磁敏傳感器、生物傳感器、濕敏傳感器、氣敏傳感器、振動傳感器等。

（4）按輸出的信號類型可將傳感器分為模擬傳感器、數字傳感器、數字傳感器、開關傳感器。

傳感器的應用

傳感器在工農業生產上使用，在傳感器學科領域更加突出的位置的基礎上。隨著現代科學技術的發展促進很多新領域的發展。在基礎科學研究上存在許多障礙，首先是信息很難獲得，但機制和全新的高靈敏度傳感器的出現，將導致該領域的突破。某些傳感器的發展往往是一些跨學科發展的先驅。

3 農業生態監測系統的通信技術

3G 通信技術

3G 是第三代移動通信技術。相對第一代模擬手機和第二代GSM，TDMA 數字移動電話，例如第三代移動電話通常來說，是下一代移動通信系統中，諸如無線通信和多媒體通信與因特網。它可以處理多種形式的媒體圖像，音樂，視頻流等多種服務，包括網頁瀏覽，電話會議，電子商務等多種信息服務的。

CDMA 是碼分多址的縮寫，用CDMA 調制的第三代移動通信系統。具有CDMA 通信系統中的良好品質，系統容量，抗多徑性能，頻率復用因子，軟容量，軟切換等，相對于第三代移動通信系統中，第一代移動通信系統的的使用頻分多址（FDMA）的模擬調制，其主要缺點是頻譜干擾的低利用率帶信號的語音服務的移動通信系統。使用時分多址（TDMA）調制，盡管第二代移動通信系統，提高了系統容量，具有獨立信道信令，系統性能得到顯著改善，但相對于CDMA，第二代移動系統容量通信系統仍是有限，越區切換性能仍不充分。

表1 ZigBee 與其他無線通信技術性能參數比較

ZigBee 通信技術

ZigBee 采用DSSS 技術，與藍牙等無線通信技術相比較，它具有低復雜度、低成本、低功耗、低速率的短距離雙向無線通信特點。ZigBee 屬于個人區域網絡（PAN：Personal Area Network），其與GSM，GPRS 等無線通信技術的參數與性能比較如表1 所示。

4 結語

智能環境監測系統的水，氣，聲，土壤，通過全方位的監管生態等環境要素，通過充分提供大量科學、環保和準確的決策和環境管理，監測和及時的信息功能的業務流程系統的監控和及時的信息發布系統，環境質量評估系統，環境監測和預警系統，充分體現地位和環境質量的趨勢，各類突發環境事件的準確預警。為了改善環境質量，防范環境風險提供有效的技術支持。