物聯網技術在農業氣象服務中的運用

河南工業貿易職業學院汽車工程學院 路新惠

農業生產與發展對氣象服務的依賴程度很高，為適應農業發展對氣象服務提出的高要求，在農業氣象服務中引入物聯網技術已經得到業內人士的廣泛認可，而如何有效應用物聯網技術，最大限度發揮出物聯網技術的各項功能，使其與農業氣象服務良好融合，還需要在明確物聯網技術特征的基礎上，對其具體應用開展深入研究和分析。

1 物聯網概述

物聯網（Internet of Things，簡稱IoT）是指通過各種信息傳感器、射頻識別技術、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網絡接入，實現物與物、物與人的泛在連接，實現對物品和過程的智能化感知、識別和管理。物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網等的信息承載體，它讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象形成互聯互通的網絡[1]。

對物聯網而言，物和物之間以及物和人之間實現信息交互是它的主要特征及核心所在，其基本特征包含三個方面：其一，整體感知，即在智能傳感器、射頻識別及二維碼等的支持下對物體所有信息進行感知獲取。其二，可靠傳輸，即對無線網絡及互聯網進行融合，以此對物體信息進行準確與實時發送，為信息的分享及交流創造良好條件。其三，智能處理，即借助不同的智能技術分析處理感知獲取到的所有數據信息，進而使監測及控制過程均實現高度智能化[2]。

基于上述物聯網的基本特征，根據信息科學理念，針對信息具體流動過程，可得到物聯網在信息處理方面具備的功能：首先是信息獲取，包括信息感知與識別，其中，信息感知指的是對不同事物的基本屬性與變化方式有較高的敏感度，而信息識別指的是可以將感受到的不同事物的所處狀態采用指定方式進行表達；其次是信息傳送，具體包含發送、傳輸與接收，能將獲取的不同事物的實際狀態信息與變化方式等傳輸至另外一點，即所謂的通信；再次是信息處理，還可稱之為信息加工，充分利用現有信息或感知到的信息來產生一系列新信息，為決策的制定提供依據；最后則是信息施效，即使信息發揮出應有的效用，有不同的表現形式，主要為通過對事物所處狀態與變換方式的適當調節，確保對象一直處在要求的狀態。當然，要想實現以上各項功能，需要得到一些關鍵技術的支持，包括射頻識別技術、傳感網、M2M系統框架及云計算等[3]。

2 基于物聯網的農業氣象服務

2.1 應用方向

在農業氣象服務領域，物聯網技術的主要應用方向包含以下三個方面。

（1）根據準確的氣象信息能使農產品實現定量。引入物聯網前，我國農業部門主要依靠站點預報完成氣象預測及評估，而引入物聯網后，使氣象監測發生巨變，通過格點排布獲取大量數據，使氣象預測結果準確度得到大幅提升，為氣象預警提供更真實的數據參考。基于此，與農產品發展有關的部門可據此完成定量分析，以此從整體上評估不同農產品的數量。這樣一來，可減少由于氣象預測不準確造成的損失，降低損失率。

（2）物聯網的引入可以為農業氣象服務實現定制化。基于物聯網的氣象服務能為農業生產定制方案，比如在柑橘種植中引入智能化灌溉，在不同生產時期中，農作物對水的需求有很大差別，通過對物聯網的引入，能針對不同生產時期建立需水模型，然后根據以物聯網為基礎得出的降水預測結果，結合土壤松濕程度，確定具體的灌溉方案[4]。

（3）促進農業服務向智能化方向邁進。智能化是當前農業服務的一個重要方向，以大棚農業為例，在引入物聯網技術后，能對包含二氧化碳氣體濃度、土壤基本信息及光照條件等在內的各項數據進行自動采集，然后通過數據分析，根據數據分析結果對大棚溫度及土壤濕度等開展自動控制，以此使大棚種植達到智能化的目標。在物聯網技術積極推動下，農業產品質量將得到很大程度的提高，為農業的后續發展提供了可靠技術支撐[5]。

2.2 應用途徑

在當前的農業發展進程中，尤其是現代化農業，物聯網具有不可替代的重要作用，但要想實現預期的目標，需要經歷十分復雜且漫長的過程。在農業生產及發展過程中，氣象監測作為一項基本工作，其監測水平與質量決定了農業生產及發展能否取得理想的成效，要想走上現代化農業道路，必須依靠以物聯網為基礎的氣象監測。基于物聯網的氣象服務，具體有以下兩條路徑：其一，氣象實時觀測；其二，氣象保障服務。為便于理解，可將前者理解成售前，而后者則可理解為售后，這兩條路徑共同組成了完善的服務系統，雖然這兩者相互獨立，但缺一不可，否則必然影響物聯網技術實際應用效果[6]。

2.2.1 氣象觀測系統

該系統主要目的在于實時觀測氣象條件，對農業物聯網而言，也包含感知、傳輸與應用三個部分。起初在建立該系統的過程中，在山區先進行控制中心的創建，將其作為服務平臺[7]。此時農戶可利用手機等終端設備和服務平臺之間實現互聯，然后通過對感知技術的使用，對當地包含風速、用量及氣壓等在內的氣象數據實施動態采集和傳輸，采集到的數據集中傳輸至控制中心，由控制中心對收獲的各類數據進行分析處理，然后根據當地主要氣象情況加以篩分，最終將分析得到的成果采用網絡進行傳輸，使與平臺相鄰的所有終端都能實時接收氣象信息，此時農戶可根據接收到的氣象信息做出正確決策，以保證生產進度和產量，將惡劣天氣情況可能對作物生長造成的影響降至最低。控制中心采用方程式計算的方法對收集到的所有數據進行分析處理，并根據當地實際天氣情況篩選相應的數據，這種復雜且對準確度要求很高的工作在現代化技術支持下可以順利完成，但需要建立相應的交換程序、數據庫與服務器。其具體工作流程能分成以下環節：對動態氣象數據進行獲取；對收集到的所有氣象數據進行量化分析，并根據歷史數據及其分析結果，在服務器的支持下，使其存儲至數據庫當中。通過智能化監測，可節省很多人力物力，使當前的農業發展走向更高的臺階。

2.2.2 氣象保障服務

該系統的主要目的在于為農業生產提供可靠的氣象服務保障。傳統的氣象服務因數據準確度低，且服務形式過多，無法實現統一，加之服務對象單一，僅為氣象信息，所以無法為農業生產及發展提供全面且優質的服務。而該系統的產生與應用則能為農業生產及發展提供定制化服務。對大塊農田進行分割，形成一定數量小農田，然后對其氣候觀測網開展實時觀測，由多個小型觀測網構成一個完整的觀測大網，之后通過對逐個網格的數據連續觀測，形成完整的觀測體系。在這種情況下，所有農戶都可將自己的農田基本信息和相關資料實時上傳至該體系中，以此實現高質量用戶管理。以上兩個服務體系是該系統重要的組成部分，可推動氣象指標更新，將所有氣象信息均存儲至數據庫當中，進而為農作物種植創造良好的環境條件，提供可靠的數據支持[8]。

通過以上分析可知，上述兩種系統在實際建設層次存在一些共同點，但由于這兩個系統的根本目標并不相同，需要在傳感器等方面予以適當的區分，在氣象觀測領域，傳感器的主要作用在于對氣象數據做系統觀測，這在保障系統中表現得更加顯著，基于此可為設備選型創造更大的便利，進而從根本上解決硬件方面的影響與限制。

2.3 基于物聯網的農業智能測控

（1）采用無線網絡對植物生長過程中的各類環境信息進行監測，包括土壤中水分含量、土壤溫度、空氣溫濕度、光照與養分含量，對于其他間接參數，如土壤的電導率和pH 值，也可按照實際需求進行選配。在信息采集的同時，還能對從傳感器發出的各類數據進行接收、存儲與動態顯示，最終采用圖表形式展示給管理人員，同時以上述信息為依據自動完成灌溉、降溫、卷模、施肥與噴藥。

（2）使整個農業園區進行自動信息檢測及控制，采用配置傳感節點的方式，對于條件相對良好的園區，配備電動卷簾與排風機等一系列機電設備，以此進行遠程控制。農戶采用手機或PC 登錄到系統中后，對溫室中各類機電設備進行控制。此外，也可通過對控制邏輯的自定義設置，使系統根據室內外實際情況對各類機電設備進行自動控制。

（3）農戶借助手機或PC 登錄到系統中后，可對溫室所有環境參數等狀態信息進行查詢，如歷史溫濕度、機電設備操作等，此外還能對當地農業政策進行查詢，以掌握實際的市場行情與供求信息，從而提供良好的信息服務。

（4）該系統還能提供警告功能，先對適宜條件對應的上下限進行設定，具體的設定值可針對不同農作物類型及其生長周期與季節發生的變化適當修改。如果某個數值超過設定的限值，則系統立刻發出警告，農戶在受到警告信息后，可根據信息采取針對性措施加以解決。

2.4 栽培監控體系

（1）借助各類傳感器對各項地上氣候信息進行收集，如溫濕度傳感器、光照傳感器、雨量傳感器、風速傳感器、風向傳感器和氣壓傳感器。如果采集到的氣候信息大于正常值，則應立即采取有效的方法減少帶來的不利影響與損失。對于地下信息，通過對土壤信息的實時檢測，保證灌溉的合理性，在避免浪費的同時，防止因灌溉過度造成的營養流失，需監測的內容一般包括土壤溫度監測、水分監測、水位監測、氮磷鉀等營養物質含量監測、溶解氧監測與pH 值監測。

（2）通過對物聯網和云核算，以及與水肥一體化之間的結合，可根據可視化數據對一體化設備進行操控，以此保證農業操控的精準性。

（3）對農業物聯網而言，其軟件渠道并非簡單的操作渠道，而是一個復雜的辦理體系，基于此，應采用GPRS 技術將田間數據實施傳輸至監控和預警平臺，以此解決時間和空間上的難題。采用這種軟件渠道能將所有節點采集到的數據集合到一起，并采用柱狀圖、表格或曲線圖等方式進行展現與存儲，為用戶隨時對田間信息的檢查提供方便。

2.5 條件保障

首先要切實加強組織領導。為了使農業物聯網得以高效且有序地推進，應建立良好的組織保障。其次要明確工作分工。最后則要保證穩定投入，構建并嚴格實行投入機制，保證農業物聯網得以穩步與整體推進。對于農業農村部，應對中央補助資金的適用情況進行監督。

3 結語

綜上所述，農業生產與發展氣象條件息息相關，尤其是在現代化農業實際發展進程中，對氣象服務提出了更高要求，在這種情況下如果依然沿用傳統氣象服務方式，將無法適應農業發展需求，造成負面影響及損失。而物聯網技術能為農業領域的氣象服務提供新的方式，其強大的信息處理功能可針對農業氣象服務建立相應的觀測及保障系統，幫助所有與系統實現互聯的農戶都能在第一時間了解準確、可靠的氣象信息，進而為生產及管理決策的制定提供可靠依據，實現促進農業進一步發展的根本目標。