物聯網技術與智能精確農業

物聯網技術與智能精確農業

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。物聯網的英文名稱叫“TheInternetofthings”。顧名思義，物聯網就是“物物相連的互聯網”。這有兩層意思：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信（M2M：Machine toMachine）。因此，物聯網的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

基于物聯網技術的精確農業 （Precision Agriculture）是當今世界農業發展的新潮流。傳統農業的模式已遠不能適應農業可持續發展的需要，產品質量問題，資源嚴重不足且普遍浪費，環境污染，產品種類需求多樣化等諸多問題使農業的發展陷入惡性循環，而精確農業為現代農業的發展提供了一條光明之路，精確農業與傳統農業相比最大的特點是以高新技術和科學管理換取對資源的最大節約。它是由信息技術支持的根據空間變異，定位、定時、定量地實施一整套現代化農事操作技術與管理的系統，其基本涵義是根據作物生長的土壤性狀，調節對作物的投入，即一方面查清田塊內部的土壤性狀與生產力空間變異，另一方面確定農作物的生產目標，進行定位的“系統診斷、優化配方、技術組裝、科學管理”，調動土壤生產力，以最少的或最節省的投入達到同等收入或更高的收入，并改善環境，高效地利用各類農業資源，取得經濟效益和環境效益。

在實現精確農業的道路上，現有的基于有線的智能農業系統依然存在著諸多問題，隨著物聯網技術的發展，基于無線傳感網的物聯網精確農業系統將精確農業從概念化轉化為產業化，無線網絡具有較高的傳輸帶寬、抗干擾能力強、安全保密性好，而且功率譜密度低。

智能精確農業取代傳統農業是農業發展的必然，更是符合我國國情的選擇，智能精確農業可以促進農業發展方式的轉變，可以實現高效利用各類農業資源和改善環境這一可持續發展目標，不但可以最大限度提高農業現實生產力，而且是實現優質、高產、低耗和環保的可持續發展農業的有效途徑。

一、建設背景

設施農業是利用現代工程技術和工業化生產方式，為動、植物提供適宜的生長環境，充分發揮土壤、氣候和生物潛能，在有限的土地上使用較少的勞動力，以獲得較高的產量、品質和經濟效益的一種現代高效農業生產方式。其中設施環境控制依托現代工程技術和生物技術，將植物置于人為調控之下，最大程度地滿足和協調植物生長對光、熱、水、氣和營養物質的需要，提高農業生產力，實現綠色生產，保障農業的可持續發展。

在我國耕地資源日益減少、水資源嚴重短缺、人口不斷膨脹、需求快速增加、環境問題日益突出的大背景下，要保障糧食安全和農業可持續發展，使農業產量及品質與農業投入同步匹配增長，實現農業“高產、高效、優質、生態、安全”的協調發展目標，必須依靠科技進步，大力發展現代農業，努力提高農業生產的技術裝備水平，進而大幅度提高農業單產水平、生產效率和資源利用效率，確保我國可持續的農業綜合生產能力。其中物聯網技術的深入應用將會成為設施農業發展的主要推動力。

二、物聯網系統組成及功能

（一）設計原理

1.易用性原則

易用性是指系統使用的方便程度。由于本系統的使用者比較多：上到職能主管部門，下到應用企業的工作人員。使用者的行業知識水平、對農業物聯網系統的了解程度都大不相同。這就要求系統界面需要盡量簡潔易懂，使系統使用者能夠在短期內接受、了解、熟知并應用農業物聯網應用系統。

2.經濟實用性原則

系統使用的經濟實用性是指系統使用成本經濟，并且在使用功能上能夠滿足實際工作要求。在系統開發時，需要對系統進行合理規劃，確保系統在滿足用戶的業務要求的同時，以簡單、方便、快捷、經濟實用為目標，面向具體的工作應用需求。在系統使用技術上，使用成熟、經濟的技術，而不是單純考慮技術的先進性；在系統數據顯示深度上，根據實際需要確定，而不是越深越好，應該注重實用性。

3.穩定性原則

系統穩定性是指系統保持正常運行的能力。由于系統一旦建立，將嵌入到日常農業生產活動中。一旦系統出現不穩定的情況，將會對農業生產管理活動造成很大的影響。因此系統配置的各類硬件設備必須安全、穩定、可靠。系統應該采用容錯性設計，使得系統局部出現問題不會影響到整個系統的使用。

4.安全性原則

系統安全性是指保護系統內重要機密信息不泄露，防御外部惡意攻擊的能力。此系統設計時需要考慮使用多重的安全體系，對于數據的安全和保密應該進行相應的處理，提高系統對于惡意攻擊的防護能力，并保證與其它應用系統或異構系統間數據傳輸的安全可靠和一致性，確保不會有非授權操作和意外的非正常的操作，保證系統數據的安全完整。

5.可擴展升級原則

可擴展升級是指系統在使用過程中、隨著實際的需要進行進一步功能擴展或升級的能力。一是隨著系統覆蓋面的擴大，參與企業數量增加，系統在信息存儲計算能力上的擴展升級；二是隨著農業物聯網技術要求的發展，此工程可能會承擔更多的管理功能，因此在系統功能上需要進一步擴展。數據量的增加和服務功能的擴展，都需要硬件和系統軟件的升級或增加，為了保證用戶的原有系統平臺在系統升級過程中能夠平滑過渡，就要求系統在最初設計時就考慮系統軟硬件的可擴展性。

6.先進性原則

采用先進的設計思想，選用先進的軟硬件設備，保證項目整體在未來一定時期內的技術領先性。

7.開放性原則

所提供的軟硬件提供開放協議。

8.差異化原則

系統硬件選材充分考慮到西北地區的冬夏溫差大的特點以及大棚內濕度高的原因，所選設備都具有良好的耐高溫高濕以及耐低溫性能。

（二）物聯網組成部分

溫室種植智能監控系統由以下子系統組成：

A.環境信息采集子系統（氣象、土壤）

B.環境信息傳輸子系統

C.遠程視頻監控子系統

D.溫室設施智能控制子系統

E.中央控制室（設施農業監控信息平臺）

F.智慧農業手機操控軟件

（三）功能

A.基地氣象信息監測

B.基地土壤墑情監測

C.種植基地土壤養分（氮磷鉀）及有機質的快速監測

D.水肥一體化控制

E.農業專家遠程咨詢

F.基地生產管理

G.農產品質量安全全流程追溯

H.手機查看數據、視頻、遠程調控農業設施

（四）物聯網系統圖

甘肅銀財供稿