智慧農業發展中物聯網技術在設施農業中的應用

武裝

（山東農業大學信息科學與工程學院 山東省泰安市 271008）

智慧農業屬于農業信息化建設的產物，以物聯網為基礎，與農業生產之間建立聯系，可使農業生產服務水平得到提升。在技術的發展下，為了使農業生產需求得到滿足，需要對農業生產進行創新，采取相應的技術來提高信息化農業水平，使農業生產各環節得到有效的支持，為農業發展提供良好的條件。因此，應結合智慧農業對物聯網技術在農業中的應用進行分析，使農業發展速度加快。

1 物聯網技術涵義

物聯網技術是以互聯網為基礎，使互聯網得到拓展，借助互聯網技術及電子通信技術等將傳感器接收的信號傳給控制器，可對機器進行智能化控制。物聯網技術可實現互聯網資源的應用，自身具有獨立性，可借助RFID、二維碼區分不同的對象，獲得相應的信息，完成分析及決策。物聯網技術包括了傳感器、RFID、M2M三種應用。傳感器可對對象進行信息收集及傳輸，RFID可借助網絡技術及數據庫技術將標簽嵌入到對象身上，建立物聯網結構，M2M可實現機器之間的交互。

2 智慧農業概述

智慧農業是社會發展中產生的一種新型農業形式，運用信息技術可實現更多的功能，例如網絡、物聯網技術等，這些技術對農業建設有著積極的影響，可使農業建設過程中獲得有效的支持，包括當前的遠程診斷及控制等。可在農業生產中應用現代化技術，使流程得到全面的控制，可實現精細化管理的目標，保證管控的效果。智慧農業應堅持人文創新理念，在生產過程中實現環保、以人為本的基本理念，而智慧農業的發展需要技術的支持，管理人員需要對農業結構及生產的特點等進行分析，使其中的要素得到合理地調整，使農業能夠向著智能化方向發展。智慧農業可使智能技術的優勢體現出來，還可使人類發展智慧得到直接展現，使人與人、人與物之間的信息交流效率得到提升，使農業產業結構得到有效的優化，可使農業發展具備生態化的特點。

3 物聯網技術在設施農業中應用的重要性

在當前的時代背景下，物聯網技術的運用發揮了有效的作用，可實現物與物之間的聯系，為不同領域提供了信息傳播支持。在應用中，需要借助射頻識別技術及定位技術等來實現其功能，根據協議將物體與網絡之間建立一定的聯系，可實現信息共享，還可發揮出更多的作用，例如定位、監控等。通過對物聯網特點的分析，其與互聯網之間存在著區別，兩者之間相互聯系。在設施農業中運用物聯網技術可實現農業的發展，在互聯網技術支持下可利用二維碼、射頻識別技術來達到區分個體獲取數據的目的，還可經過對數據信息的分析進行決策及控制，達到智能管理的目的。但是由于物聯網及互聯網之間的差別比較大，物聯網中包括了傳感器、M2M以及RFID，其中RFID是利用數據庫技術、網絡技術，實現將RFID標簽嵌入對象身體的目的，可形成一個物聯網。物聯網的傳感器應用是通過監管對象周圍，安裝相應的傳感器節點來實現對數據信息的收集及整理等，可完成對數據的控制及運輸，而物聯網M2M技術可實現機器之間以及機器與人間的交互及控制作用。

4 物聯網技術應用的主要內容

4.1 Wi-Fi技術

Wi-Fi是將電子設備連接局域網，應用范圍比較廣，可實現電子設備的無線上網，可實現無線網絡傳輸的目的。Wi-Fi理論上可在封閉的環境中達到100m的影響范圍，在室外條件下更大。在當前的農業建設中，使用該技術可感知信息，實現對信息的快速傳播，可將傳感器與其結合，對信息進行高效收集，之后可使用該技術來進行信息交換。因此，應用Wi-Fi技術可為智慧農業建設帶來幫助，使其具備完善的基礎。

4.2 RFID技術

RFID指的是射頻識別技術，通過無線電訊號感知監測目標，記錄監測數據，適合用于短距離的信息傳輸中，RFID技術中包括了應答器、閱讀其以及軟件處理系統部分，有著比較強大的數據記憶容量，同時該技術的性能優越，可在物聯網技術中發揮有效的作用。通過閱讀器進行目標檢測后可借助天線發出信號，系統接收信號后完成對其處理，并且將信息反饋，閱讀器在收到了反饋之后可開始進行數據分析，有效完成對數據的控制，保證了技術應用效果。

4.3 傳感網絡技術

傳感網絡是由傳感器所構成的網絡，其中包括了傳感器以及數據處理部件等，可便捷地進行信息采集，通過對信息的傳輸來建立網絡結構。由于傳感器中有著較多的節點，在實際應用過程中具有比較強的環境適應性，傳感器中節點比較密集，分布具有隨機性，需要具備一定的能力存儲能力，使其發揮出相應的作用。在實際應用中，傳感器可作為物聯網技術的核心，物聯網實現不同的功能需要傳感器的支持，例如信息感知及傳輸等，能夠實現物之間的連接，還能夠加強信息傳輸的效果，提升了整個過程的效率，達到相應的目的。

5 智慧設施農業中物聯網技術的應用

在智慧農業背景下，物聯網技術的應用可使農作物種植環境的管理獲得相應的數據支持，通過信息采集來為管理提供支持，以種植專家知識系統為基礎，實現對農作物種植的灌溉、施肥以及病蟲害防治等自動控制，在實際應用中，包括了以下幾方面內容。

5.1 系統設計內容

智慧大棚對大氣以及土壤等環境管控具有良好的應用效果，可實現對人員的有效監控，在應用中借助寬帶網絡可實現對大棚的全覆蓋，為監控功能的實現帶來保障。設計過程中，需要包括感知、傳輸以及應用三個方面，其中感知層可獲取感知信息，對大棚的各項信息進行監測，傳輸層可實現信息的傳輸，而應用層可進行信息的處理，經過處理之后將其存儲起來，還可設置相應的標準值來實現預警功能。在系統設計中，需要包含環境感知系統、監控系統以及傳輸網絡系統等，各部分系統的運行影響著整體的使用效果。其中，感知系統需要借助傳感器來獲取溫度、二氧化碳等參數信息，還可對溫度及濕度等進行全面監控。視頻監控系統可借助無線高清視頻監控技術來實現對大棚中的情況的全面了解，便于工作人員了解各項情況，采取有效措施進行管控，避免大棚管理出現漏洞。同時，各大棚都屬于系統子單元，可運用無線寬帶網絡使數據傳輸到數據處理中心，之后中心可實現對數據的處理、顯示，有效保證了管控的效果，并且完成相應的程序。

5.2 系統設計構成

5.2.1 無線傳感網絡子系統

智慧大棚系統中環境感知模塊監測對象有棚中的大氣環境、土壤環境，可通過自組織無線傳感網絡來實現，以ZigBee協議為基礎，具備傳輸能耗低、傳輸速度低以及成本低的特點，其中有感知節點、協調器節點、感知節點上所感知的數據經過多條傳輸途徑匯集到協調器節點，向上層系統傳輸，可實現對環境的監測。在大棚中可設置多各類型的傳感器，實現對濕度、溫度以及光照度等因素的監測。同時，系統中還包括了較多的控制節點，能實現對不同系統的控制，同時，傳感器模塊中使用了工業級繼電器開關控制模塊，可發揮出其優勢，有效對環境的數據進行感知，并且對系統進行控制，以滿足環境條件的調節。

5.2.2 無線寬帶網絡傳輸子系統

無線寬帶網絡技術中應用了Mesh網絡，其中有WiFi技術、自組網技術，能夠實現無線覆蓋，形成高性能及速度的無線自組織網絡，具有良好的抗干擾能力，傳輸距離也具有優勢，滿足了環境方面的要求，還可進行無線視頻監控，滿足更多的需求。借助無線寬帶網絡可實現不同的功能，其中包括了蓄電池以及太陽能供電系統，在其中發揮出了重要的作用。在傳感器獲取了信息后，將其進行匯集，并且與網絡節點之間建立通信，節點接收數據信息之后可傳輸到數據中心之中。數據中心可通過該網絡向不同節點發送指令，同時該網絡的運行不需要建設大量的基站，同時可簡化其中的過程，應用的效果比較顯著，網絡的覆蓋具備了靈活的特點，適合用于偏遠地區以及范圍比較大的農業大棚集群管理。

5.2.3 視頻監控子系統

智慧農業體系中，視頻監控系統的運用發揮了重要的作用，其中包括了無線智能攝像頭、數據處理系統等部分，其中攝像頭的性能良好，可實現全方位的監控，還具有一定的自我防護功能，能夠適應不同的環境條件。在應用系統的時候，管理人員可更好地查看各部分的情況，這種管理模式的應用可加強管理效果，避免產生問題，便于及時處理各類問題。而傳統的視頻監控系統應用過程中，其中有著較多的數據有待進一步處理，同時大部分是無用的內容，占用了較多的存儲空間，事后的查詢難度比較大。智能視頻監控可使食品監控的效果加強，并且加強可靠性，還可減少人工監控管理工作量，使工作的效果得到有效改善。

5.2.4 數據處理子系統

數據處理部分對智慧農業建設有著重要的意義，包括數據庫、視頻應用等不同部分，其中涉及到了較多的軟件。在數據處理模塊中，有系統配置管理模塊、數據存儲模塊以及處理模塊等，系統可根據不同的用戶來設置管理權限，并且通過各模塊的運行來實現信息的處理，使智慧大棚的信息處理流程能夠順利進行，該系統可實現對監控及寬帶網絡參數的調整，使系統能夠穩定運行，對各項數據進行保存及處理，滿足系統的運行需求，發揮出更好的作用。同時，使用數據處理系統可結合分析的結果來向系統發生控制信息，包括水泵的啟動停止、溫度及濕度的調控等，可針對各類感知信息來生成處理圖表，將其打印出來。數據處理系統具有移動終端訪問的作用，用戶可使用智能手機、平板電腦等來隨時獲取大棚中的數據信息，使管理控制的靈活性得到有效的提升，進而使系統的使用性能加強。

5.3 系統實際應用效果

可結合物聯網技術來進行智慧農業系統進行測試，使用物聯網的無線傳感網絡、無線寬帶網絡等來實現對棚中的大氣環境、土壤環境的監測，便于種植管理人員及時了解大棚的情況，使農業種植的科學化水平得到提升，改系統的擴展性比較顯著，結合中職環境監測需要對感知節點及控制節點進行擴充，使檢測指標的種類得到豐富，可使其發揮出更好的作用。

6 未來農業生產的發展趨勢及展望

隨著技術的發展，物聯網支持下的人工智能技術在農業生產中可發揮出有效的作用，使生產的效益水平提升，使農業發展具備信息化特點可促進農業技術的全面發展。但是人工智能技術的應用還有待完善，與實際的目標之間差異比較大，在研究的深入下，其中還存在著較多的不足，這使其應用產生了問題。人工智能技術需要進一步完善，不能廣泛地應用在其中，例如，計算機模式識別技術丶研究已經獲得了相應的成果，部分投入到了實際生產中，但是其識別的原理方式與智能化識別之間的機制還有一定的差異，參考人的感官機制來看，人的形象思維能力比較高，而當前的技術還達不到相應的水平，因此，無法替代人類完成一些工作。再比如，機器人的智能化水平有待提升，其只能機械地替代人類完成一些工作，而替代人類進行實際生產還需要經歷較長一段時間。同時，農業專家庫的建立具有復雜的特點，生產周期比較長、知識的獲取難度比較大，涉及的因素比較多，農業專家系統研制需要一定的時間。專家系統可使某些專門問題得到解決，但是在實際應用過程中發現，其具有知識獲取難度大、處理問題時間久以及理論體系不完善等問題。同時硬件設施需要全面完善，通過對硬件設備的完善，人工智能技術可發揮出更好的作用，為農業生產提供相應的支持。為了使物聯網及智能化技術的發展帶來更好的效果，需要對農業生產中的技術進行研究，改善技術應用效果，使其發揮更好的效果，能夠為我國的農業生產帶來幫助。通過對相關技術的創新，可使農業生產的效率及效益得到提升，進而促進農業的全面發展，使其在技術上有更多的優勢。通過對智能傳感以及 GPS 等技術的應用來最終實現人與物之間交互傳播信息技術的實現。物聯網技術的實現，在一定層面上是對傳統農業結構的顛覆，使農業發展的向朝向高效、生態的方向發展。

7 結語

隨著農業技術的發展，物聯網技術在其中得到了有效的應用，可通過對物聯網技術及系統的設計來實現高效生產，建立無線傳感網絡子系統、無線寬帶網絡傳輸子系統、視頻監控子系統等系統來實現設計的目的，可使技術的優勢發揮出來，為智慧農業體系的建立帶來幫助，同時可促進農業技術的快速發展，加快農業建設的速度，完成對農業技術的創新任務，提升農業生產水平。