大數據技術在農業物聯網中的實踐應用

梁敏

【摘 要】近年來，物聯網技術在很多領域得到了廣泛運用。物聯網的快速發展與大數據技術的發展密不可分，大數據技術為物聯網發展提供了活力。大數據技術在物聯網中的運用，不僅提高了物聯網的智慧程度，實現了自動化發展，而且提高了工作效率。農業發展是實現鄉村振興的重要手段，互聯網技術的普及產生了智慧農業，農業的發展走進了數字化新階段。物聯網技術在農業中的運用，打破了傳統農業發展的格局，在大數據技術的加持下，農業物聯網系統得到了逐步完善，實現了農業信息的互通、過濾、篩選及農業數據的分析與查詢。文章分析大數據技術在農業物聯網中的優勢，提出基于大數據的農業物聯網應用系統，并提出一些發展策略。

【關鍵詞】大數據;物聯網;農業

【中圖分類號】TP311.13 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）04-0079-03

我國是農業大國。科技的進步促使傳統農業的發展模式發生變革，互聯網技術的運用產生了智慧農業[1]。智慧農業是現代化農業發展的新方向，也是實現農業現代化進程的重要途徑。智慧農業基于大數據和信息技術[2]，實現農業自動化，在物與物之間、物與人之間構建一個新的網絡交互體系。物聯網以互聯網技術為基礎，但又區別于互聯網計劃。當前，物聯網技術在農業中得到廣泛應用，實現土壤肥力監測、大田灌溉、設施農業滴灌、智能大棚等[3]。大數據技術可以進一步激發農業物聯網的優勢、實現農業物聯網的升級，發揮農業物聯網更大的作用。

1 大數據在農業物聯網發展中應用現狀

1.1 農業物聯網的概念

農業物聯網是指將信息技術融入農業生產的整個過程中，從而實現智能灌溉、智能施肥、智能噴藥、無線采集、無線和異地監控等，達到增產增效的目的[4-5]，其基本的原理是利用計算機技術實現物與物之間交流互助而無需人的參與，本質上就是利用射頻自動識別技術，通過互聯網實現物與物、物與人之間的自動識別與共享。近年來，物聯網技術在農業上得到廣泛應用。伴隨著信息技術的發展，互聯網技術、大數據、物聯網、AI云計算等技術都在農業領域內得到了發展，智慧農業的產生是對傳統農業的改革，使得傳統農業逐步由粗放型發展向自動化、精準化、智慧化發展轉變。物聯網技術在農業的多個領域都得以應用，包括農業播種、土壤肥力監測、農田灌溉、智能收割、農產品加工與運輸等。大數據技術不僅可以應用在農業的生產環節，而且可以應用在農產品銷售環節。面對突如其來的新冠肺炎疫情，大數據技術在農業物聯網中的應用，改變了農產品滯銷的現象。因此，從整個農業物聯網的模式架構來看，從數據采集運用到種植生產、到產品產銷信息處理分析，大數據技術在農業物聯網中起著關鍵作用。

1.2 農業物聯網的特點

農業物聯網是將大數據技術及方法應用在農業當中，在耕種、灌溉、施肥、收割、加工環節都發揮重要作用。利用互聯網技術實現農業領域內商品與商品之間的自動識別，其主要特點如下。

一是省時省力。依靠物聯網技術，農民在家只要可以上網，就可以監測溫室內外的溫度、光照、空氣濕度、土壤肥力等，可以通過自動化設備控制溫室風機、灌溉設施，還可以進行蚊蟲監測。

二是精準種植。傳統的種植大多依靠農民的經驗，而農業物聯網技術的應用，可以幫助農民采集土壤信息，并將土壤信息上傳到后臺中心，利用大數據技術，系統會根據土壤的干旱程度、土壤肥力等分析適合種植的作物類型及適合種植的實踐，從而實現精準種植。

三是節本增效。農業物聯網技術打破了傳統的農業方式，從粗放式到精準式，不僅節省人力、物力，還節省肥料農藥。物聯網技術的應用使得每年每畝溫室平均節約5 000多元成本，長期發展將會實現增效的成果。

1.3 農業物聯網的應用

農業物聯網的應用主要是通過價格低廉、高集成式的傳感器節點收集環境數據[6]，其主要應用分為3個方面：？譹？訛實施監測。通過傳感器設備采集溫室大棚內的溫度、濕度、風向、二氧化碳濃度、光照程度、土壤濕度、酸堿度等數據，通過移動通信網絡將數據傳輸至服務平臺進行數據分析與處理。？譺？訛遠程控制。農民可以通過手機或者設備終端進行設備操作，控制溫室的水閘、排風機等開關，還可以通過設計程序，系統自動實現開啟或關閉溫室內的電機設備。？譻？訛查詢功能。農戶使用手機或者終端設備可以查詢溫室內的各種數據，并可以利用系統查詢溫室數據、機電設備運行數據參數、農業政策、市場信息等，從而運用到農業生產的整個環節。？譼？訛警告功能。利用農業物聯網技術，可以設置監測系統，將農作物的種類適應條件、生產周期、環境溫度作為系統參數監測溫室大棚的情況，一旦數據出現偏差，立即將警示信息發送給農戶，以便農戶采取措施。

2 大數據技術對農業物聯網的影響

隨著科技的進步和發展，物聯網技術和大數據技術在農業中得到廣泛應用。傳感器應用技術、應用觀測技術、無限通信技術的應用使得現代農業更加趨于智能化、專業化發展。傳感器應用技術就是將周圍的環境或者特殊物質的感知信號轉化成數字或數據，傳遞給服務器，最后形成數據進行處理;應用觀測技術是在農業領域內對農業生產、銷售環節的觀察與記錄;無線通信技術是傳感器應用技術和應用觀測技術的基礎，農業物聯網系統也是基于無線通信技術展開，無線通信技術不僅可以完善傳感器網絡系統，還可以進行數據采集與分析。大數據技術為實現完整的智慧農業體系提供基礎，從智能大棚構建到智能施肥、智能灌溉、智能噴藥、無人監控，涵蓋農業生產的各個環節，形成一個智能閉環系統，進而提高了智能農業的有效性和精準性。大數據系統融入的閉環系統，不僅可以提高農業的質量標準，還可以達到農業增產增效的目的。

3 大數據技術在農業物聯網中的應用模式

3.1 農業物聯網應用系統介紹

物聯網具有多場景應用的特點，可以用于多個不同的情況，因此物聯網系統分為感知層、網絡層和應用層3個部分。感知層為智能終端設備，以傳感器技術和射頻技術為基礎，是實現物物聯通的基礎。網絡層包括網絡接入入口（蜂窩數據、LPWAN、MAN等）和應用開發平臺（API接口、數據庫管理、安全體系等），網絡層是支撐物物信息傳遞與分享的連接系統，缺少網絡層就無法進行數據分享和傳遞。應用層直接面向農業生產的各個環節，是物聯網的公共開放式平臺。目前，不少農業生產處于初級階段，雖然通過信息化建設實現了農業自動化生產，但是應用層的智能程度還不夠高。大數據的運用可以優化網絡層和應用層。應用大數據技術，不但可以提高對農業數據的分析能力，而且可以增強應用平臺的技術能力。例如，通過物聯網技術控制蔬菜大棚溫度，一方面大數據技術提高了應用層的感溫設備的功能，另一方面基于大數據可以對系統中氣溫、空氣濕度、農作物生產周期等數據進行分析利用從而做出預測，提供優化方案，設置合理的溫度控制區間，從而智能地調節大棚溫度，使得大棚溫度更符合農作物的生長規律。因此，農業生產利用物聯網系統時更加注重大數據技術，將大數據技術融入物聯網的3個層面范圍內，進一步優化物聯網的功能，發揮農業物聯網在建設智能農業方面的優勢。

3.2 基于大數據技術的農業物聯網應用系統構建

農業物聯網技術是現代農業發展的重要手段，大數據技術可以優化農業物聯網的功能[7-8]。大數據在農業物聯網中的應用是基于物聯網的系統層次，因此需要清楚地認知大數據如何應用于農業物聯網系統的構建。

3.2.1 合理規劃農業物聯網系統

農業物聯網系統的整體系統架構分為3個層次，分別為感知層、網絡層和應用層。因此，對農業物聯網的應用要先對這3個層級進行合理的規劃，建立起完善的系統結構。感知層需要規劃傳感器、攝像頭、語音設備等信息采集工具，對農業信息進行采集。網絡層主要是對無線網絡系統進行規劃，建立起信息傳遞渠道。應用層主要是規劃面向客戶的終端，包括手機終端和電腦終端，也可以通過無線遙控進行控制。目前，智能手機的控制終端是主要模式。農戶可以直接利用手機對農業物聯網系統進行操作，實現遠程控制智能大棚。在此基礎上，更需要關注數據庫網絡的建設，數據庫是大數據技術應用的基礎，基于數據庫的云平臺，利用大數據進行數據分析分析和利用，從而實現農業物聯網的技術支撐。目前，使用較為廣泛的是Hadoop大數據技術。該技術需要開發人員利用簡單的模型對計算機集群進行分布式處理，可以增加服務器的數量，每臺服務器都可以接受本地計算機儲存的資源和數據。與傳統數據庫只讀取單一字段掃描整個表結構不同，這種方式讀取的效率更高，而且該數據庫擴展容量簡單便捷，容量儲存能力很大，系統采集的數據可以依靠傳感器上傳到數據庫轉換成可識別的信息儲存起來。

3.2.2 設計系統功能

農業物聯網有了基本的系統結構之后，就需要根據具體的農業生產設計所需的系統功能。農業物聯網既要涵蓋物聯網的基本功能，又要體現大數據在農業方面的優勢。一般來說，系統設計有以下功能。

一是環境實時監測。農業物聯網的基本功能設計就是通過傳感器設備對溫室中的空氣溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照、土壤肥力、水分等環境進行實時監測，將其數據通過無線網絡的形式，以圖片或者表格等形式呈現出來，并傳輸給服務平臺進行數據分析和處理。

二是遠程控制。農業物聯網除了具有實時監測功能，還可以滿足農戶遠程監測。農戶只要利用手機或電腦登錄系統，利用移動互聯網，根據設定好的系統參數實現智能化遠程控制溫室內的設備，實時查閱監控畫面和溫室的具體情況。

三是預測分析。農業物聯網打破了過去農戶依靠經驗進行農業種植的現象。農業物聯網可以依托大數據技術分析農作物的生長特性、生長周期、土壤肥力、土壤干旱程度，進而決定農作物的種植范圍，同時可以根據大數據預測天氣情況等信息是否會影響農作物種植生長，根據這些預測信息及時做出調整。同時，農業物聯網還應具備警告功能，預先設定農作物所需最適條件的范圍區間，一旦超出范圍，系統就會發送警告信息，提示做出相應措施進行調整。

農業物聯網的功能設計，不僅要保證實際的應用，還應該在一定程度上提高物聯網的功能性特征。

4 保障大數據技術在農業物聯網中應用的改善策略

4.1 優化農業基礎信息化建設

農業物聯網的運用是以上文提出的基礎框架結構展開的，而基本的框架層次需要依托信息化建設。農業信息化建設為農業經營者聯同網絡與大數據提供了條件。因此，為了實現物聯網技術在農業中的運用，就需要在農村地區積極發展農村農業信息化功能建設及配備相應的網絡硬件設備基礎，滿足大數據實現的條件，進而解決農村農業因基礎建設不足而導致發展緩慢的問題。

4.2 積極推進農業物聯網大數據共享

為了將大數據技術更好地融入農業物聯網中，實現對農業物聯網的利用和開發，就需要積極推進大數據資源的共享。因此，可以在以政府為主導的情況下，建立大數據共享云平臺，將各種農業物聯網相關數據在云平臺進行分析和管理，并在網絡平臺進行共享。同時，可以編制統計報告、統計年鑒等大數據資源開放項目共享在網絡平臺，供所需用戶查閱。網站平臺還可以利用用戶搜索的關鍵詞，了解用戶所需的數據資料，對一些用戶經常查閱但是尚未開放分享的數據，制訂逐步開發計劃，逐步實踐數據開放，從而更好地實現大數據在農業物聯網中的價值。

4.3 培養專業人才

大數據在農業物聯網領域內的應用離不開專業人才的支持。無論是滿足物聯網所需的層次結構所需要開發的硬件、軟件設備，還是大數據技術的融入，都需要專業的人才作為支撐。但是，目前在農業物聯網領域內人才嚴重缺失，因此需要從多方面改善這一情況。一方面，學校應該開設相關的農業物聯網專業課程，加強對農業物聯網基礎信息的培養和學習。同時，將農業物聯網作為研究課題建立校企合作項目，實現“產教學”融合，為學生提供更多實踐平臺和就業機會。另一方面，國家和企業要提高對農業和農業物聯網的支持，加大在這一領域內的人才補助政策扶持或者資金投入力度，吸引更多的高素質人才參與這一領域研究，從而打造強有力的人才隊伍。

5 結束語

在大數據時代，物聯網技術已經運用在各行各業當中。農業物聯網成為改變農業生產模式的重要方式之一。因此，為了實現大數據技術在農業物聯網中的應用，就需要設計合理的農業物聯網系統，了解農業物聯網的構建和所具備的功能，將農業物聯網實實在在地應用于農業生產中，進而實現農業智能化的發展。

參 考 文 獻

[1]李道亮，楊昊.農業物聯網技術研究進展與發展趨勢分析[J].農業機械學報，2018，49（1）：1-20.

[2]楊亞飛，湯軍，宋樹華，等.基于大數據技術的農業物聯網應用系統[J].電腦知識與技術，2017，13（34）：232-234.

[3]李道亮，楊昊.農業物聯網技術研究進展與發展趨勢分析[J].中國農業文摘-農業工程，2018，30（2）：3-12.

[4]李春輝.大數據在農業物聯網中的應用研究[D].齊齊哈爾：齊齊哈爾大學，2015.

[5]苗德偉.大數據在農業物聯網中的應用現狀和改善策略[J].新農業，2019（5）：73-74.

[6]梁桂福.大數據在農業物聯網中的應用[J].電子技術與軟件工程，2019（9）：156.

[7]韓洋.基于大數據技術的農業物聯網應用系統分析[J].計算機產品與流通，2019（8）：118.

[8]張震.大數據在農業物聯網的應用[J].農村經濟與科技，2020，31（17）：339-340.