傳感網技術在智慧農業中的應用淺析

高衛勇

摘? ?要? ?隨著信息及互聯網技術的發展，智慧農業成為我國農業的發展趨勢。傳感器網絡技術作為物聯網的關鍵技術，其應用已經日益成熟與廣泛。結合智慧農業的內涵，介紹了傳感器技術、微處理器技術、有線通信技術、無線通信網絡及云平臺數據管理技術等傳感網的關鍵技術，并綜述了傳感網技術在農業感知、農業生產、農業監管、農產品流通及銷售等方面的應用情況。

關鍵詞? ?智慧農業;傳感網;物聯網;關鍵技術

中圖分類號：TN711.1? ?文獻標志碼：C? ? DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.28.023

國家“十三五”規劃指出要健全現代農業科技創新推廣體系，加快推進農業機械化，加強農業與信息技術融合，發展智慧農業，提高農業生產力水平。智慧農業成為我國農業的發展趨勢，智慧農業的概念是由電腦農業、精準農業（精細農業）、數字農業、智能農業等名詞演化而來，智慧農業與現代生物技術、種植技術等高新技術融合于一體，對建設世界水平農業具有重要意義。具體來講，智慧農業是云計算、傳感網、3S等多種信息技術在農業中綜合、全面的應用，完成了信息支持、大田信息采集、生產數據搜集等各個環節的連接，實現了農業生產智能控制[1]。本文結合物聯網技術中的傳感網技術的發展現狀，闡述分析了傳感網技術在智慧農業中的應用。

1 傳感網的關鍵技術

傳感網技術是物聯網技術的關鍵技術，實現了檢測對象的信息化，并實現物與物之間相互連接，進行信息交換與傳輸[2]。傳感網具有以下特點：通常節點數量多，能夠適應復雜多變的環境;節點部署分部隨機，節點具有能量存儲功能或者能夠自充能功能，節點能耗低;節點組網靈活，形式多樣，可自組網。傳感網技術包含傳感器技術、微處理器技術、設備節點組網通信技術，云平臺數據管理技術等。其中設備節點組網通信一般分為有線與無線兩種方式，可以根據具體應用場景選取。

1.1 傳感器技術

作為現代社會信息技術的三大支柱之一，傳感器技術的普及程度成為信息化、自動化、智能化的重要標志。傳感器數據采集分為模擬量、數字量與開關量數據采集，光照度、氣體濃度傳感器為模擬量采集傳感器，溫濕度傳感器為數字量傳感器[3]，紅外信號及聲音信號傳感器可采用開關量數據采集形式。目前，傳感器通常與微處理器相結合構成自動化節點設備，傳感器的性能與質量對節點設備的優劣有著重要影響，甚至起著決定性作用。

1.2 微處理器技術

微處理器與傳統的中央處理器相比，具有體積小、重量輕和容易模塊化等優點，微處理器一般作為傳感網節點的控制核心，實現特定的應用功能。微處理器大致可以分為3類：通用高性能微處理器、嵌入式微處理器和數字信號處理器、微控制器。目前，可用于傳感網技術開發的微處理器種類較多，有意法半導體的STM32微處理器系列，面向工控和終端類應用的龍芯2號等[4]。

1.3 有線通信方式

通常有RS485總線通信及CAN總線通信網絡，RS485與CAN總線通信均為差分通信，抗干擾能力強，RS485網絡為主從式網絡，CAN網絡為多主式網絡，所有節點不分主次，通信方式靈活。有線通信方式起源于工業工作的現場總線，并不局限于RS485與CAN總線通信，目前工業以太網通信技術已經成熟，正在逐步推廣及應用。有線通信方式通常用于設備位置相對固定的場所，如溫室大棚、檢測站等。

1.4 無線通信網絡

無線通信包含NB-IoT網絡通信、Wi-Fi通信、ZigBee通信、LoRa通信等[5]。NB-IoT網絡通信通?；诂F有中國移動、中國電信等網絡，利用專用模塊如NB-IoT模組NB86-G以及公共云平臺如OneNet進行開發實現。Wi-Fi通信一般基于專用WIFI芯片構建局部環境網絡，通信速率相對較高。ZigBee技術用于節點數量多、隨機部署的環境，LoRa通信用于遠距離，不需要運營商網絡的應用場景，可以部署在NB-IoT網絡通信的未覆蓋到區域。

1.5 云平臺數據管理技術

云平臺數據管理技術在傳感網中側重于應用配置方面[6-7]。例如，在云平臺上針對特定的傳感網項目建立對應的工程，建立工程時需要配置工程名及行業類別，選擇傳感網項目所對應的傳輸協議如NB-IoT、Wi-Fi或TCP等，設定監測的傳感數據及控制對象等。在云平臺可以檢測傳感網的實時傳感數據，可以進行設備遠程監控[8]。

2 傳感網技術在智慧農業中的應用

2.1 農業感知方面

傳統農業的灌溉、施肥、除草、除蟲等工作一般都是人為根據經驗觀察做出的，存在滯后等問題。智慧農業借助傳感網向少人化、集成化、自動化發展，通過傳感網技術中的傳感器可以檢測各類生產決策相關的信息。如通過土壤溫濕度傳感器可以全面監控土壤的墑情;通過氣體傳感器可以監控空氣中氣體含量;通過光照傳感器可以監控光照情況。利用ZigBee技術發展的農業智能大棚環境監控系統，是傳感網技術在智慧農業中的典型應用，此外還有土壤墑情自動監測站等。智慧農業應向大田監控方向發展，如建立大田視頻監控系統，大田風力及溫濕度、光照度監控站等。目前農業方面傳感器需要在易用性、長壽命、低成本方面加以突破。

2.2 農業生產方面

智慧農業生產要走綠色、高效發展道路，在灌溉環節，傳統灌溉的方式存在效率低，成本高，水資源利用率低等問題。基于LoRa及NB-IoT通信技術無線智能水肥一體化灌溉系統，能實現對灌溉設備的統一管理和遠程控制，可在手機端，電腦端查看灌溉數據和環境信息，具有提高了水資源利用率、避免過度施肥、精準調控、節省人工等特點。在除蟲環節，利用傳感網技術的太陽能滅蟲燈及自動識別蟲情測報燈等方法進行綠色除蟲，其中自動識別蟲情測報燈是一種自動采集蟲情和識別病蟲害的監測系統，能夠實現對病蟲的自動識別、自動計數、自動誘殺，同時可將蟲情上報，可根據蟲情趨勢采用無人機撒藥等方式[9]。此外，基于傳感網技術的農業智能控制系統如自動噴灑系統、自動換氣系統等能適用于不同的農業生產場景如溫室大棚、家庭農場。集成北斗導航模塊或者高精度數字土壤數據開發的高智能傳感網節點設備，可以實現更精確的耕地、灌溉與施肥作業控制[10]。

2.3 農業監管方面

國家推行標準化農田建設，劃定耕地面積紅線的同時還有保證現有耕地的質量，如解決黑土地的退化及土地板結等問題。在傳感網技術中，可利用土壤傳感器監測土壤pH值、氮磷鉀含量、土壤電導率等指標，實現對土壤質量的監控。根據空氣質量傳感器及視頻系統監控農田空氣環境，根據土壤墑情檢測站、植物長勢監測等系統的檢測信息進行產量監控，這些傳感信息還可以作為基礎數據構建局部農田數據庫以指導來年生產，為農業部門的生產決策提供科學依據。另一方面，傳感網技術集成了溫濕度檢測、風速等氣象信息以及視頻監控等信息，有利于三農一體化發展，服務智慧農業的同時，能夠促進農村設施建設、農村文明發展。

2.4 農業流通及銷售方面

智慧農業中對農產品的加工處理有助于農產品的流通與銷售，在傳統加工處理環節較為粗放，人力較多，自動化程度低，利用傳感網技術可以構建自動化加工處理流水線有利于信息化、提高效率及加工處理質量。此外，可對農產品安全生產全過程溯源，通過運用電子標簽或者條形碼等形式，記錄農產品全生命周期，保證質量;通過農業生產視頻系統使過程可視化、信息更加透明化，結合VR實景體驗等進一步刺激消費，增加產品的競爭力。

3 小結

作為人口大國，保障糧食安全一直是我國的重要任務。智慧農業是保障糧食安全重要舉措，是藏糧于地、藏糧于技的重要體現。傳感網技術在農業中的應用，有助力于智慧農業的發展，能夠實現完備的信息化基礎支撐、實時全面的農業信息感知、廣泛全面的互聯互通、高效的遠程智能控制、精準的決策及公眾服務。

參考文獻：

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[9]? 李凱亮，舒磊，黃凱，等.太陽能殺蟲燈物聯網研究現狀與展望[J].智慧農業， 2019（3）：13-28.

[10] 張維理，張認連，徐愛國，等.中國：1∶5萬比例尺數字土壤的構建[J].中國農業科學，2014（16）：3195-3213.

（責任編輯：敬廷桃）