物聯網在智慧農業領域的應用

摘 要：隨著農業產業的快速發展，傳統的養殖方式存在著成本高、管控難、效率低等問題，已無法滿足人們日益增長的需求。在物聯網技術飛速發展的大背景下，通過向傳統農業行業引入物聯網技術，構建基于物聯網技術的智慧農業管理系統，能夠幫助養殖人員更高效地進行農作物、家禽、水產的種養殖，提高農產品質量，降低生產成本，從而滿足市場需要。

關鍵詞：智慧農業；物聯網；人工智能；遠程監測；循環節水灌溉控制；管理系統

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）10-0-03

0 引 言

隨著農業產業的不斷發展，傳統養殖方式的弊端逐漸顯現，存在的一系列問題制約著農業產業的發展，具體表現為種植技術落后、生產效率低下、綜合監管困難等，亟需以物聯網、人工智能等數字化手段為抓手，進行全產業鏈的智能化、數字化改造，為農業從業者提供更加便捷的管理手段，推動農業產業的發展。相對于物聯網在其他產業中的應用，農業物聯網更加基礎，也更貼近生活[1]，所以引入物聯網技術更加實用和迫切。

1 農作物種植物聯網

1.1 高效管理

傳統農業種植方式下，需要種植人員不斷前往種植地勘察種植情況。對于現場發生的土壤pH值失衡、氣象災害、病蟲害入侵等相關問題，無法在第一時間做出準確判斷和處理。通過物聯網技術，將相應的軟件及硬件結合，打造物聯網云平臺，即可解決上述痛點。

物聯網云平臺是基于設備在線采集、數據實時傳輸、大規模數據處理以及遠程控制等技術高度融合開發的，是智慧農業中實現云端數據可視化的核心技術[2]。可實現24小時監控現場，如圖1所示，監控系統通過有線與無線網絡相結合的方式，在關鍵區域和位置安置高清紅外攝像頭和球形攝像機[3]，出現問題及時告警，幫助種植人員在問題發生的第一時間采取行動，改變以往人工巡檢和經驗判斷的處理

方式。

1.2 精準種植

現階段種植業面臨的另一個痛點是在灌溉、施肥、殺蟲、除菌等環節均需要種植人員前往現場，根據經驗進行操作。而在引入物聯網后，效率得到了大幅度提升。例如在灌溉環節，利用物聯網技術及時監測農作物的生長狀態，結合對土壤含水量的監測，借助濕度傳感器收集、反饋數據信息，連接中央處理器系統、控制室、水泵以及電氣裝置，完成循環節水灌溉控制，使得節水灌溉的精度得到有效提升，可在灌溉過程中對局部區域灌溉不均衡的情況進行有效改善，從而提高灌溉水平[4]，且無需種植人員到現場定時、定點、定量操作，均由計算機完成，將獲取的數據傳輸到計算機系統后臺，經過計算與分析后給出相應的控制指令[5]，更加高效地助力農作物健康成長。

物聯網技術給種植人員帶來了極大的便利，從整體上提高了農作物產量，大大減少了農村農作物種植人員的勞動量，節約了勞動成本[6]，并保障了農作物的質量。

2 畜禽養殖物聯網

2.1 畜禽養殖物聯網的必要性

我國每年消耗的肉類產品中，平均含有5 500萬噸豬肉、2 380萬噸禽肉（雞、鴨、鵝）、980萬噸牛肉、500萬噸羊肉，占比如圖2所示。同時蛋類、奶制品、動物內臟的消費更加數不勝數。

傳統的畜牧養殖方式是通過工作人員每天不斷前往養殖基地進行人工投喂，觀察家禽的健康情況、活躍程度，并維持生長環境的干凈衛生，從而保障家禽的正常飼養。這對于人力、物力都是一種巨大的浪費，且已無法滿足消費者對產品產量和質量與日俱增的需求，故建立物聯網感知平臺對于畜禽養殖業的發展有非常重要的影響。

畜禽智能感知平臺如圖3所示，可通過現場物聯網傳感器等設備采集養殖場的環境數據，例如溫濕度、氣體濃度等相應指標，并進行遠程監測，實現了養殖環境、動物健康狀況、生產環節等方面的全方位和智能化管理，幫助養殖人員精準調節養殖環境，提升動物健康水平和生產效率。

2.2 畜禽物聯網的衍生優點

（1）追根溯源：食品安全是我們國家目前較為關注的社會熱點話題，很多時候因家禽生長環境惡劣、人工養殖不當，造成家禽體弱多病、健康狀況不良，甚至攜帶病毒，人類食用后也會產生一定的健康問題，故引入物聯網技術，實現在家禽的養殖、生產、加工、運輸、儲存等環節實時記錄相關數據，為消費者提供可靠的溯源信息，提高食品安全性。

（2）節約成本：傳統畜牧人員往往根據經驗判斷動物需要的飼料量，若配置過少，動物不夠吃，容易造成營養不良；若配置過多，則容易造成浪費。通過安裝物聯網智能投喂器，可以實現飼料的精準配送，從而節約成本。

（3）預防疾病：進入21世紀后，禽流感等動物病毒不斷產生，這會對經常攝入家禽的人的身體健康造成不良影響。通過給家禽佩戴可穿戴物聯網設備，能夠實時監測動物的呼吸、心跳，并捕捉其行為數據，判斷其健康狀況，預測其是否患病，為管理者提供預警信息，起到一定的預防作用。

（4）減少經濟損失：養殖過程中，經常會發生家禽被偷、走失等情況，給養殖戶造成一定的經濟損失。基于此，可為每個家禽佩戴物聯網電子標識，例如RFID家禽電子耳標，通過物聯網平臺實時進行定位，確保家禽都處于安全養殖范圍內，保障養殖戶的利益。

依托于物聯網技術，能夠高效地將整個智慧農業系統下的所有信息加以集成，并利用傳感器系統將數據穩定地傳輸到大數據體系中，從而進行大數據系統的集成化管理[7]，更好地管理家禽，促進家禽的健康生長。

3 水產養殖物聯網

3.1 我國水產產業現狀

我國作為水產品的消費大國，每年消耗近1 900萬噸海鮮。在過去十年間，我國水產品的總產量都在逐年攀升，如圖4所示。隨著人們生活水平的提高，傳統的水產養殖模式已無法滿足現階段人們日益增加的需求；并且水產養殖對水體質量等都有較高要求。而智慧農業物聯網平臺能幫助實現智能化、自動化水產養殖[8]，以及保證水產品的高質量、高產量生產。

3.2 水產養殖的影響因素

溫度、光照、pH值、含氧量等都會對水生生物的生長產生極大的影響，若此類指標超出正常范圍，則水中會產生大量的微生物，影響魚的繁殖周期，輕則干擾魚的健康狀況，重則導致魚死亡，進而導致產量下降、供給不足。

3.3 解決方案

基于物聯網、流量計、超聲波液位采集器、投入式液位傳感器、水溫傳感器、光照傳感器、pH傳感器、亞硝酸鹽傳感器等，可實時監測水質、魚類健康狀況。

以物聯網技術為核心，引入深度學習算法[9]，發生異常狀況如pH值超過正常范圍時，閥門自動打開進行換水；魚池光照不足時，自動打開天窗，為魚池提供充足光照；水中氧氣和食物不足時，通過設備自動補充氧氣和食物，如圖5、圖6所示。

利用以太網、WiFi、移動網絡、LoRa等多種傳輸媒介，將采集到的數據上傳到物聯網云平臺，物聯網云平臺負責存儲、處理、轉發底層上傳的數據[10-11]，更好地幫助魚類生長。

4 結 語

通過物聯網技術對農業產業的持續賦能，我國農業產業的發展突飛猛進。這對于滿足人們對農產品的旺盛需求有著非常重要的作用，為我國的農業發展提供了新的動力增長引擎。

參考文獻

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