基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)研究

馬瑞麗

（內(nèi)蒙古自治區(qū)錫盟多倫縣氣象局，內(nèi)蒙古自治區(qū) 錫林郭勒盟 027300）

氣象預(yù)報(bào)作為中國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)具有重要的意義，是加大農(nóng)業(yè)氣象信息現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在快速地融入到人們的生活當(dāng)中，通過將其應(yīng)用到農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)上，可以針對(duì)性地對(duì)不同區(qū)域的農(nóng)業(yè)氣象參數(shù)進(jìn)行收集和監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)及時(shí)且準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，對(duì)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要的促進(jìn)性作用。

1 物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)

所謂物聯(lián)網(wǎng)，就是將更多的物體連接在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，讓數(shù)據(jù)的獲取和控制變得更加簡(jiǎn)單和方便，從而實(shí)現(xiàn)物體和網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來說，其最終目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)所有物品與網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系，讓人類可以達(dá)到智能生活的目的。簡(jiǎn)單來說，就是利用網(wǎng)絡(luò)，對(duì)物體進(jìn)行控制，或是對(duì)物體中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行獲取。物體一般具有比較多的類別，不同的物體處在相同的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，就需要對(duì)物體身份進(jìn)行識(shí)別。因此，需要根據(jù)不同類別來進(jìn)行區(qū)分和使用。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用包括計(jì)算機(jī)的IP地址、收集的SIM卡等，它的主要目的就是對(duì)身份進(jìn)行識(shí)別，從而為后續(xù)的相關(guān)工作打好基礎(chǔ)，但是因?yàn)槭艿娇萍妓降挠绊懀覈奈锫?lián)網(wǎng)發(fā)展依舊局限在小型的、獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，具有多樣性的特點(diǎn)，不利于全局性監(jiān)控工作的開展。農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)工作范圍比較廣闊，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)有著比較高的要求，因此需要與新技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化打下更好的基礎(chǔ)。

2 物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)氣象結(jié)合的可行性

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和優(yōu)點(diǎn)

對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行利用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有多級(jí)節(jié)點(diǎn)光纖技術(shù)的控制，使用這種方式進(jìn)行組網(wǎng)可以獲得更多的優(yōu)勢(shì)，具有更強(qiáng)的便利性。再加上5G通訊技術(shù)的高速發(fā)展，將其進(jìn)行有效的利用，能夠讓組網(wǎng)跨越時(shí)間和地域，使其具有更為廣泛的適應(yīng)性。除此之外，電力載波通信技術(shù)也具有重要的作用，利用這種方式來進(jìn)行智能組網(wǎng)，能夠降低物聯(lián)網(wǎng)的組建成本。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來說，它與互聯(lián)網(wǎng)相同，都需要為網(wǎng)中的每個(gè)對(duì)象進(jìn)行標(biāo)注，讓其可以擁有能夠辨識(shí)的標(biāo)記。在互聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行標(biāo)記，主要是采用獨(dú)立IP的方式來進(jìn)行組網(wǎng)計(jì)算機(jī)的標(biāo)記，每個(gè)IP地址中包含著計(jì)算機(jī)獨(dú)有的MAC網(wǎng)卡地址，通過兩者配合的方式，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上每臺(tái)計(jì)算機(jī)的位置進(jìn)行精確定位。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用可行性

氣象監(jiān)測(cè)工作涉及范圍比較廣，并且涉及到的內(nèi)容也較多，具有數(shù)據(jù)量大的突出性特點(diǎn)。在對(duì)農(nóng)業(yè)氣象進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)候，需要在系統(tǒng)平臺(tái)中接入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有效解決復(fù)雜的地理環(huán)境問題。同時(shí)還要合理解決其強(qiáng)度和工作時(shí)間的問題，讓農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)更具有可行性。引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠降低人工成本，同時(shí)對(duì)工作人員的工作強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)督，也能有效保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。在農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)雖然有較多的優(yōu)勢(shì)，但是因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)在組網(wǎng)的過程中涉及到內(nèi)容很多，整體基建工作極其復(fù)雜，因此需要大量的成本作為支撐，需要結(jié)合實(shí)際的地理環(huán)境和資金投入情況，設(shè)計(jì)出科學(xué)的執(zhí)行方案（如圖1所示）。

3 農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1 電子標(biāo)簽系統(tǒng)

要對(duì)農(nóng)業(yè)氣象信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范，就需要組建一個(gè)規(guī)范且明確的標(biāo)識(shí)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)督。首先，要得所有的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)視作是物體與現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)的連接，形成標(biāo)簽來實(shí)現(xiàn)對(duì)身份的識(shí)別和區(qū)分，形成一個(gè)有效的物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別系統(tǒng)；其次，要重視農(nóng)業(yè)氣象性質(zhì)的分類，構(gòu)建電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行標(biāo)識(shí)，為后續(xù)的終端數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析做好基礎(chǔ)?？傮w來說，通過組建電子標(biāo)簽系統(tǒng)來識(shí)別每個(gè)節(jié)點(diǎn)的身份，做好農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的細(xì)化處理，從而讓用戶獲得系統(tǒng)內(nèi)部更為精確的信息（如圖2）。

從目前的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來看，還沒有一個(gè)較為統(tǒng)一的身份標(biāo)識(shí)對(duì)其進(jìn)行規(guī)范，因此就需要結(jié)合氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體要求，對(duì)通用的身份信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要重視其要素信息與物聯(lián)網(wǎng)的連入，讓其可以對(duì)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。具體來說，利用RFID電子標(biāo)簽和固定設(shè)備數(shù)據(jù)包頭結(jié)構(gòu)標(biāo)注設(shè)備的信息，有如下幾種情況：一是對(duì)布置在固定區(qū)域的氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備，內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的編寫，并且要在開頭做好設(shè)備編號(hào)的注明，然后通過利用編號(hào)的信息來獲取相應(yīng)的現(xiàn)實(shí)設(shè)備的位置；二是對(duì)可移動(dòng)的氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備，采用RFID+數(shù)據(jù)表單編號(hào)的方式標(biāo)注電子信息，在此過程中利用無人機(jī)和3S遙感、遙測(cè)、遙控技術(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行電子標(biāo)注。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)建的要點(diǎn)

3.2.1 傳感器的布置

只有在不同位置進(jìn)行感知層的設(shè)置，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感數(shù)據(jù)的精確性獲取。在感知層對(duì)農(nóng)業(yè)氣象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以此對(duì)傳感器技術(shù)進(jìn)行利用，通過建立起嵌入式系統(tǒng)與氣象傳感器進(jìn)行配合，然后經(jīng)過智能化的處理，來為物聯(lián)網(wǎng)在感知層的布設(shè)提供足夠的物質(zhì)基礎(chǔ)。感知層工作的質(zhì)量與傳感器的布設(shè)位置、強(qiáng)度以及類型有著重要的影響，需要對(duì)其重點(diǎn)關(guān)注。

3.2.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

在構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要合理地設(shè)置數(shù)據(jù)收集層、交換層、處理終端層。對(duì)于單片區(qū)域的傳感器網(wǎng)絡(luò)，需要充分利用局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集。因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)的內(nèi)容，都需要上傳到終端電腦當(dāng)中，然后才能進(jìn)行氣象物聯(lián)網(wǎng)的管理系統(tǒng)區(qū)域的劃分。在每片區(qū)域都要設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)點(diǎn)，在匯聚層上設(shè)置ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，這樣可以節(jié)約成本，因?yàn)樵诠?jié)點(diǎn)上設(shè)置交換機(jī)，對(duì)大數(shù)據(jù)流進(jìn)行吞吐處理，功能比較強(qiáng)且使用方便，具有較為廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理適應(yīng)性。

3.2.3 傳感器通信協(xié)議的選擇

采用無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，作為節(jié)點(diǎn)之間組網(wǎng)和通信的方式。普遍來說，使用具有廣泛性的無線通信協(xié)議有紅外和藍(lán)牙等，都是根據(jù)其需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用的，沒有實(shí)現(xiàn)低功耗和大規(guī)模的需求，因此在農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)中，可以采用ZigBee協(xié)議來對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組建。在ZigBee協(xié)議中，一般具有兩種不同類型的設(shè)備構(gòu)成，一是具備完整功能的設(shè)備，二是具有簡(jiǎn)化功能的設(shè)備。具有完整功能的設(shè)備比具有簡(jiǎn)化功能的設(shè)備，在硬件上具有更多的資源，比如說內(nèi)存的大小等。但是具有簡(jiǎn)化功能的設(shè)備，可以在基本功能滿足的前提下，具有成本低的特點(diǎn)。