物聯網下的大田作物視頻監測系統分析

楊勇 樊剛強

摘 要：大田生產是我國農業現代化的一種必然趨勢，能夠為農業生產的自動化和智能化奠定良好基礎，而在大田生產中，需要考慮的因素眾多，必須做好作物生長狀況的跟蹤管理，為水肥管控和病蟲害防治提供可靠依據，以此來保證作物的質量和產量。將物聯網技術應用到大田作物生產中，構建相應的視頻監測系統，能夠實現對于作物的實時監測，保證田間管理的有效性。本文從農業物聯網的內涵及構成出發，就基于物聯網的大田作物視頻監測系統設計進行了分析，希望能夠為智慧農業的發展提供一些參考。

關鍵詞：物聯網;大田作物;視頻監測;系統設計

中圖分類號：S-33

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190630005

前言

物聯網本身屬于第3代網絡，集成了新一代的網絡信息技術，強調以電子信息作為基礎和前提，通過對傳統網絡的優化創新來保證數據信息傳輸的效果，在很多行業和領域中都得到了有效應用。最近幾年，伴隨著氣候的異常變化以及化肥、農藥的濫用，農作物的產量和質量都受到了一定影響，想要推動大田農業的健康發展，需要構建起更加智能化的管理體系，借助相應的視頻檢測系統來實現對大田作物生產情況的監督管理，推動農業的生態化、智能化和安全化發展。

1 物聯網概述

物聯網是互聯網的一種特殊表現形式，主要是以互聯網為基礎，結合物品本身配套的射頻識別或者條形碼等傳感設別，進行信息的收集，實現智能識別的同時，也可以為管理決策的制定提供參考依據，屬于一種智能化的網絡系統，集成了傳感技術、跟蹤識別技術、智能優化技術以及通信協議等。物聯網能夠推動現實世界的數字化，其本身有著極其廣泛的應用范圍，能夠對物與物的數字信息進行統合整理，于工業制造、農業生產、物流運輸、智能環境等方面發揮著積極作用。物聯網的相關技術包括了地址資源、人工智能、通信協議、M2M等，其本身的核心和基礎依然是互聯網，不過互聯網想要滿足物聯網的發展需求，必須進行相應的技術升級，如IPV6、Web3.0等[1]。

2 農業物聯網的內涵及體系構成

最近幾年，互聯網+概念的提出，使得農業成為了物聯網應用的主要領域，物聯網的應用為現代農業提供了更加廣闊的發展平臺，能夠通過視頻監測的方式來實現對于農業資源的合理調度，而農業現代化的發展也推動了物聯網的持續創新，2者的相互滲透催生出了農業物聯網的概念。物聯網在農業領域的應用存在難度大、復雜性強、集成化特征明顯等特點，而農業物聯網實際上并沒有確立統一的概念和定義，有研究人員提出，農業物聯網主要是基于各類傳感器設備實現對農業生產中物流等相關信息的全面感知、識別和采集，然后借助互聯網、移動通信等對數據進行高效傳輸，為遠程監控、即時管理以及智能處理提供良好保障，通過現實世界與數字世界的可靠連接，促進農業生產中優質、高產、生態、安全目標的順利實現[2]。

農業物聯網的體系構成大致可以分為3層，感知層，其核心技術是各類傳感器技術，如UID、RFID、IPSO等，配合相應的GPS、GIS技術，能夠進一步提高對象的可視性，完成信息的感知和識別，能夠對大田作物的個體情況、群體數據以及生態環境信息等進行全面采集;傳輸層，其核心技術包括了WISP、ZigBee、WSN以及NFC等，配合局域網、廣域網、移動網絡以及無線網絡等，可以將感知層采集到的數據信息傳輸到應用層，也可以將來自應用層的控制命令傳遞給感知層，以此來保證農業生產的順利進行;應用層，能夠提供豐富的應用服務，如歷史數據、數據挖掘、語義庫、直接控制等，其支撐系統包含了GIS、智能控制系統、云計算等。農業物聯網本身具備高度自治的數據捕捉能力和可靠的數據傳輸能力，依照應用領域的不同，應用層的核心技術也會有所不同[3]。

3 基于物聯網的大田作物視頻監測系統設計

3.1 總體設計

基于物聯網的大田作物視頻監測系統主要是針對大田作物的生長情況以及大田環境進行相應的監測管理，其基本原理，是借助相應的傳感器節點，就作物生長環境中的溫度、濕度光照、酸堿度等信息進行采集，然后將采集到的數據信息傳輸到服務器，為大田管理提供參考依據，也能夠作為自動化水肥管理的決策支持，在保證作物產量和質量的同時，減少人力物力的消耗。用戶可以借助相應的網頁或者移動客戶端，實現對大田環境的遠程實時查看，也可以借助遠程操作對一些突發狀況進行解決。

3.1.1 網絡拓撲設計

視頻檢測系統應該包括數據采集傳感器節點、數據采集協調器節點、匯集傳感器節點、數據庫服務器、ZigBee網絡、PC機以及Web服務器等，從保證視頻監測系統智能監測效果的角度，應該做好系統硬件選擇，構建起穩定可靠的物聯通信網絡拓撲結構。在實際操作中，應該借助ZigBee網絡，實現傳感器節點和協調器節點之間的數據傳輸;應該通過相應的串口通信來保證協調器節點與網關PC機的溝通交流;對于網絡PC機和數據庫服務器，數據信息的傳遞可以通過Socket套接字實現;Web服務器應該能夠借助一些特殊的應用程序接口，如ODBC、JDBC等完成對于數據庫的直接訪問;對于移動客戶端，可以結合Web服務器提供的HTTP網絡街接口，進行相應的數據獲取。

在網絡拓撲結構構建的過程中，協調器在完成通道選擇以及PAN ID組網后，能夠發揮出類似路由器的功能，終端節點可以向協調器發送相應的數據信息，協調器則能夠借助對應串口，將接收到的數據信息傳輸到PC端，利用專業的客戶端軟件完成數據處理，并將處理結果顯示在PC端或者移動終端，采集到的原始環境數據需要存儲到數據庫中，為后續的分析和決策制定提供參考。

3.1.2監測流程設計

傳感器節點在對大田作物及環境數據進行采集后，可以利用ZigBee網絡，將數據傳輸到協調器節點，然后再經由串口通信傳輸到PC機進行暫時保存。借助Socket套接字以及數據庫服務器通信，PC機可以將自身保存的數據信息傳輸到數據庫服務器中，使得用戶能夠借助動態Web頁面和移動客戶端來實時查看大田作物的生長情況。

3.2 功能設計

3.2.1 環境監測設計

環境監測系統設計中，需要考慮遙感遙測以及計算機輔助數據處理等相關技術，借助監控器設備，實現對于大田作物及環境的實時監控，也可以查看相應的視頻錄像來了解作物生長狀況。合理的環境監測系統應該具備豐富的監測功能，如長期無人監測、復雜事件監測、大范圍監測以及同步監測等，以此來突破傳統監測方式的局限性，提升監測效果。對比人工巡檢方式，無線傳感器網絡可以在惡劣天氣狀況下實現長期穩定運行，基本不需要進行人工維護，也不依賴任何的基礎設施，采集到的數據信息可以通過無線鏈路直接傳輸到監控中心，這樣能夠保證數據的及時性，為田間管理提供參考依據。

3.2.2 環境數據采集

借助物聯網、大數據、云計算等先進技術，可以實現對于環境數據的高效采集，具體來講，地面數據采集，包括溫度、濕度、光照、風速風向、降水乃至二氧化碳濃度等;地下數據采集，包括地下水位、土壤溫度、土壤酸堿度等。在傳感器完成相應的數據采集工作后，可以借助ZigBee網絡將之傳輸到協調器節點，再由協調器節點通過串口通信來將數據傳遞并暫時存儲在PC端。

3.2.3 系統智能控制

在大田種植中，作物不同、土壤含水量不同，灌溉的方式也會有所不同，而依照傳感器節點傳輸的信息，配合相應的灌溉預報軟件，系統可以自動計算出最佳灌溉量和灌溉時間，保證灌溉合理性的同時，也能夠實現節約用水。同時，借助智能控制系統，農戶還可以通過對作物種植參數庫以及大田信息數據庫的綜合分析，保證施肥以及農藥噴灑的合理性，實現科學種田。

4 ?結語

以物聯網技術為支撐，構建相應的大田作物視頻監測系統，能夠幫助農戶在足不出戶的情況下準確把握大田作物的生長狀況，了解大田環境，為田間管理提供可靠的數據支持。在監測系統中，主要是通過各類傳感器來對大田環境數據進行收集，對作物生長情況進行監測，借助相應的ZigBee網絡，可以將采集到的數據傳輸到PC機，于數據庫中進行存儲，依照數據庫中預先設置的專家意見，采取有效的應對和處理措施，以此來提升大田管理的有效性。新時期，物聯網技術的發展迅速，將其應用到大田作物監測中，可以為智慧農業的發展服務，而在構建視頻監測系統的過程中，應該充分考慮安全問題，因為傳感器節點眾多且部署在無人值守的環境下，如果受到損壞，影響數據采集的全面性，需要技術人員的重視和解決。

參考文獻

[1] 曹俊.基于物聯網的大棚環境監控系統研究[J].農機化研究，2019，41（12）：212-215.

[2] 方露，李斌勇，閻澤誠，等.基于物聯網的大田環境智能監測體系[J].網絡安全技術與應用，2018（11）：99-100，104.

[3] 李小平，王學，孫艷春.基于物聯網的農田環境監測系統設計[J].農業工程，2018，8（10）：19-23.

作者簡介：

楊勇（1984- ），助教，研究方向：農業物聯網方向、智能控制領域的研究。