物聯網技術在智能農業中的應用

摘要：物聯網技術是傳感技術、互聯網技術、通信技術等綜合的產物。把物聯網技術引入溫室大棚，實現遠程監控與管理，改變傳統的農業管理經營方式，降低成本，提升農業生產效率。

Abstract： The Internet of Things technology is a comprehensive product of sensor technology， Internet technology， communication technology and so on. The Internet of things technology is introduced into greenhouse to realize remote monitoring and management， change the traditional agricultural management and operation mode， reduce costs and improve agricultural production efficiency.

關鍵詞：物聯網技術;傳感技術;互聯網技術;通信技術;智能農業

Key words： the Internet of Things technology;sensor technology;internet technology;communication technology;the intelligent agriculture

中圖分類號：TP391;TN929.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0209-02

0? 引言

隨著網絡和通信技術的迅速發展，物聯網技術的發展也不斷升華，國家工業和信息化部在2012年2月14日發布了《物聯網“十二五”發展規劃》，從此，物聯網技術被提升到了國家戰略性高度。同時，為智能農業的發展提供了機遇。

中國是世界上的農業大國，農業在國民經濟中占據著重要地位。為了改進傳統農業的生產方式，提高生產效率，應用新技術滿足農業現代化發展的需要。所以，在農業生產中引入物聯網關鍵技術，加快農業現代化、信息化建設的進程尤為重要?；谖锫摼W關鍵技術的智能農業通過RFID技術、M2M技術、傳感技術、數據挖掘與處理技術等的應用，利用公共互聯網（Internet）和無線網絡（GPRS、3G等），將農業現場底層的感知設備如各種傳感器、監控設備、農機設備等入網關聯。感知層檢測的各種信息通過網絡傳輸到最高層即系統的應用層供用戶查看和管理。這樣，用戶通過監控可實時查詢農業大棚或田間的狀況以及所有的設備信息，并且可以遠程遙控相關的農業機械設備。此外，當農業大棚或田間有突發情況發生時，系統會自動啟動報警裝置及時通知用戶。

目前，物聯網技術在農業領域的應用得到了快速的發展，并且前景廣闊。物聯網技術是加快農業現代化發展的重要途徑，更是農業領域研究的熱點。

1? 物聯網技術

物聯網即“物物相連的互聯網”，物聯網技術是指通過傳感器技術、RFID技術、GPS技術、無線傳感技術等將信息傳感設備與互聯網相連接，按約定的協議，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術。通過物聯網技術對各種設備進行識別、管理以及信息的交換和傳輸。將物聯網技術應用于農業，其最大的優點就是降低成本、提高經濟效益。當前，物聯網技術一直處于不斷探索、升級的狀態，一般將物聯網分為3個層次：感知層、網絡層、應用層。

2? 基于物聯網的智能農業

現代農業正在朝著智能化的方向發展，物聯網技術起了關鍵作用。通過將物聯網技術應用于農業生產的全過程，實現優化農作物的生長環境參數，提升農產品的品質與質量，改變傳統農業的弊端及粗放的生產方式，高效利用各種農業資源，真正實現農業現代化。

2.1 智能農業中的物聯網技術

基于物聯網的智能農業系統包括智能農業感知層、智能農業網絡層和智能農業應用層三個層面，其中智能農業感知層是智能農業系統的核心層，該層主要包括了農業大棚中安裝的各種各樣的傳感器，以此來實現對各種環境參數如光照度、溫度、二氧化碳含量、濕度的檢測與監測。感知層所采集的各種參數實時傳送到信息監控平臺，大棚管理人員通過信息監控平臺隨時查看大棚內農作物的各種環境生長信息，根據當前信息和歷史信息對農作物的生產環境進行優化、控制和管理。計算機通過對采集到的環境信息進行整合、分析、處理，尋找一種最有效的處理算法，將多傳感器采集到的數據最終進行融合，從而提高數據的傳輸可靠性，有效解決數據傳輸中擁堵化及能耗等問題。

通過智能農業系統科學的、合理的指導整個農業生產過程，可以大大的提高產量和工作效率，實現對農業種植大棚的自動化、智能化的管理。

2.2 智能農業系統整體框架

基于物聯網的智能農業系統包括采集數據層、傳輸數據層和控制管理終端三個部分，它們分別對應物聯網的感知層、網絡層和應用層。采集數據層的功能是采集農業大棚內的各種自然環境參數，通過傳輸數據層將各種數據信息傳輸到控制管理終端?？刂乒芾斫K端對接收到數據進行分析、儲存，并且把最終匯總的數據結果呈現給用戶。系統總體結構方框圖如圖1所示。

基于物聯網的智能農業系統通過各種傳感器自動感知農作物的各種生長環境信息，不僅節約人工成本，而且系統所采集的數據經過科學分析之后更能客觀的反應農作物的真實生產環境，從而避免了人工感知生長環境的主觀性以及不確定性。

2.3 智能農業系統中的數據處理

2.3.1 數據采集

本系統采用集中式數據采集，如圖2所示，數據采集的過程為：光強傳感器和CO2濃度傳感器分別檢測大棚內光照強度和CO2的濃度，溫度傳感器和濕度傳感器同時檢測溫室溫濕度和土壤溫濕度。所檢測的數據實時的通過信息采集終端傳輸到數據采集器，數據采集器對數據信息進行分析、處理之后，存儲到數據庫中，以備實時查看。

2.3.2 數據傳輸

智能農業系統中數據傳輸在整個系統中起著十分重要的作用，為了高效、準確、及時的傳輸所采集的信息，本系統采用基于Zigbee技術的無線傳輸技術。Zigbee技術實現方便、容易擴展，適合農業大棚這類工作量小、傳輸距離短的場合，所以，將Zigbee技術嵌入到相關設備中，方便實現定位查找。本系統中用來采集信息的設備主要是各種能耗較低的傳感器，通過Zigbee技術將采集的數據信息傳輸到數據終端。

2.3.3 數據存儲

數據存儲器實時的存儲數據終端上采集到的各種數據信息，通過對各種信息的實時監測了解農作物的生長狀態，另外，可以根據整個生長期數據的監測與分析去構造農作物生長的數學模型。

該系統利用SQL Sever數據庫對采集終端采集的光照度、溫度、濕度、CO2濃度四類數據進行記錄，每一類數據都具有一些屬性，比如：數據值、采集位置、采集日期、采集次數等等。通過數據庫對四類數據按照屬性進行記錄，可以方便的實現數據的實時檢索、編輯和刪除。

2.3.4 數據處理

智能農業系統感知層中的各種傳感器檢測到的數據可能存在壞值，數據處理部分要對這些壞值進行檢測和處理，所采用的方法是數據融合處理技術，有效的檢測并剔除了壞值。數據融合技術是處理無效數據的重要方式，本系統通過將多個傳感器測量結果與數據融合技術有機集合，彌補了單個傳感器檢測參數可靠性差的缺陷，提高了智能農業系統感知層的可靠性，增加了測量數據的整體有效性。

針對單個傳感器檢測數據的不確定性和局限性，數據處理過程中采用自適應加權融合技術處理，由此可以得到關于被測對象的重復性描述和解釋，以便檢測數據的有效性，從而提高測量結果的準確率。通過對數據一致性的分析，排查數據之間是否具有較大的差異，因為數據之間如果存在較大的差異，那么說明有些數據是無效數據或者說是壞值，這樣的值應該剔除。檢查的方法是，觀察測量值與假定真值之間是否存在較大的差距，如果差距較大超過一定的范圍就認定其為無效數據，將數據從中剔除，有效數據經過數據融合算法得到最終大棚環境的實時信息。

3? 結束語

本系統將Zigbee節點技術和Zigbee協議應用于數據采集與傳輸系統中，應用物聯網技術、傳感器技術、數據融合技術等對智能農作物的生長過程進行檢測和監測，采集生產環境的溫度、濕度、光照度、CO2濃度四類主要的參數，再通過基于自適應加權平均值的數據融合技術對所采集的數據信息進行分析與整合，使用SQL Server數據庫存儲和查詢各種數據信息，為智能農業的發展提供技術保障。

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