試論智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設施農(nóng)業(yè)中的應用

史向玉

（阜新蒙古族自治縣職業(yè)教育中心，遼寧阜新 123100）

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)蓬勃發(fā)展的同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在日益完善，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要以物聯(lián)網(wǎng)為基礎，并基于此拓展延伸互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)物與物的信息傳遞和交流。簡言之，就是依托互聯(lián)網(wǎng)和電子通信技術(shù)，將物連接起來，之后再依靠傳感器將獲取的信息，及時傳遞給控制器，達到智能化遠程控制機器的目的。不同于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)雖然與其緊密相連，但是又區(qū)分互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)是其延伸和拓展，并且能夠有效兼容互聯(lián)網(wǎng)應用服務和資源，因此，物聯(lián)網(wǎng)本身又是獨立的，其可以依托二維碼、FID區(qū)分對象個體，并獲得相應地信息，分析、控制、決策信息，達到智能化管理的目的[1]。當前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要被分為三類應用，即，M2M、傳感器、RFID等，其中傳感器屬于一種新型信息收集節(jié)點裝置，即通過在監(jiān)管對象上的安裝，實時收集各類感應信息，實現(xiàn)收集、傳輸與控制一體化操作。RFID技術(shù)的應用則是依據(jù)網(wǎng)絡技術(shù)，以及對數(shù)據(jù)庫技術(shù)的綜合，使FID標簽與控制對象保持一致，構(gòu)建起標簽與控制對象的完整物聯(lián)網(wǎng)[2]。M2M作為人機交互系統(tǒng)，主要功能是實現(xiàn)人與機器、機器與機器間的交互及控制。

2 智慧農(nóng)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要功能及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 智慧農(nóng)業(yè)下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要功能

物聯(lián)網(wǎng)的誕生，顛覆了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，將其合理運用到智慧農(nóng)業(yè)中具體包含了以下幾點功能：第一，即時監(jiān)測功能，在智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設備中接入物聯(lián)網(wǎng)，可依托傳感器對大棚設施農(nóng)業(yè)中相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行收集，比如，棚內(nèi)土壤溫度、空氣濕度、二氧化碳、土壤水分、光照、棚外風速、溫度等，借助物聯(lián)網(wǎng)將及時將數(shù)據(jù)傳輸給服務管理平臺，分析處理相關(guān)數(shù)據(jù)，農(nóng)戶進行針對性地調(diào)整，確保農(nóng)作物的良好生長。第二，遠程控制功能，在條件許可的農(nóng)田、大棚中安裝機電設備，比如，電動灌溉系統(tǒng)、排風機、電動卷簾等等，農(nóng)業(yè)管理人員通過收手機、計算機登入系統(tǒng)，對設施農(nóng)業(yè)中的水閥開關(guān)、排風扇，卷簾機進行遠程控制，還可以根據(jù)設施農(nóng)業(yè)的實際進去顧客，設定好控制邏輯，系統(tǒng)根據(jù)實際情況開啟或是關(guān)閉大棚機電設備。第三、查詢功能。實現(xiàn)信息查詢是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要功能之一，即農(nóng)業(yè)工作者可以利用信息終端設備，對智慧大棚的各類信息進行實時查詢，包括大棚環(huán)境條件、設備操作記錄、歷史影像及環(huán)境變化曲線等內(nèi)容[3]。

另外，在登錄信息管理系統(tǒng)后，還能夠通過與網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫之間的信息互通，實現(xiàn)對市場行情、農(nóng)業(yè)政策、專業(yè)通告等信息了解，解決信息不對稱的問題。第四、警告功能。警告功能屬于智慧大棚中的重要組成，即通過事先對各類信息設備設定閾值，一旦出現(xiàn)大棚傳感信息異常，將觸發(fā)報警功能，因此可以快速掌握并解決大棚出現(xiàn)的緊急情況，確保農(nóng)產(chǎn)品的安全。

2.2 智慧農(nóng)業(yè)下物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 RFID技術(shù)。RFID也被稱之為射頻識別技術(shù)，這種技術(shù)通過無線電訊號感知監(jiān)測目標，并及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄下來，RFID技術(shù)目前被應用到短距離的信息識別和傳輸，具體包含了三個方面，即，軟件處理系統(tǒng)、閱讀器、應答器。掃描速度快、耐久性高、數(shù)據(jù)記憶容量大，抗污染能力強是RFID技術(shù)顯著的特征，因此，當前被廣泛運用到物聯(lián)網(wǎng)中，智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，閱讀器獲取檢測目標信號后再依托天線散發(fā)射頻信號，在接受到信息后，軟件系統(tǒng)再處理相關(guān)信息，并將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)介喿x器，再次進行數(shù)據(jù)分析，通過這樣的舉措，科學地控制信息數(shù)據(jù)。

2.2.2 傳感網(wǎng)絡技術(shù)。在設施農(nóng)業(yè)中傳感網(wǎng)絡技術(shù)具有良好的應用空間，所謂傳感網(wǎng)絡技術(shù)主要就是通過傳感器形成網(wǎng)絡，在傳感網(wǎng)絡技術(shù)中具體包含了數(shù)據(jù)處理單位部件、通信部件、傳感器等，在智慧農(nóng)業(yè)中傳感器可以分布各個環(huán)節(jié)中，采集或是傳輸信息。傳感器具有多種節(jié)點，并且其具有密集性、隨機性和較強的適應性。因此，傳感器只有具備了較強的能量儲備能力，才能最大限度地發(fā)揮自身的價值，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中傳感器是不可或缺的關(guān)鍵部門，傳感器可以促進傳輸層、應用層、感知層之間聯(lián)系，更好地為人與物，人與人信息交換、傳遞的交換夯實良好基礎。

2.2.3 WIFI技術(shù)。目前，WIFI技術(shù)深度應用于社會各領(lǐng)域，滿足了大眾網(wǎng)絡連接的需求。WIFI技術(shù)主要是依據(jù)其無線網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，將網(wǎng)絡端與用戶端數(shù)據(jù)進行傳輸，其覆蓋距離一般為室內(nèi)100 m，室外空曠地域可達200 m。將WIFI技術(shù)應用于智慧農(nóng)業(yè)，可以組建完善的感應器傳輸網(wǎng)絡，實現(xiàn)各類信息數(shù)據(jù)實時傳輸，并利用交互技術(shù)進行遠程控制，由此可見，WIFI技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用中，占據(jù)著不可或缺的特殊地位。

3 智慧設施農(nóng)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用到智慧設施農(nóng)業(yè)中，可以實現(xiàn)實時、多維度、動態(tài)化的采集農(nóng)作物種植環(huán)境，基于種植專家知識系統(tǒng)對農(nóng)作物進行自動控制，比如，病蟲害、施肥、灌溉等，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧大棚設施農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的應用廣泛。

3.1 系統(tǒng)設計要求

毋庸置疑，智慧大棚系統(tǒng)要全天候的監(jiān)控設施大棚中的溫度、濕度、土壤環(huán)境、農(nóng)作物生長狀態(tài)、大氣環(huán)境等，管理人員通過網(wǎng)絡互聯(lián)，檢測、管理大棚群，其中主要包含了三個維度，即，感知層、應用層、傳輸層，實施獲取大棚的傳感信息，對環(huán)境信息進行實時監(jiān)測是感知層主要作用，傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理中心是傳輸層的主要作用。最后則是應用層對信息進行處理或是存儲，并將信息數(shù)據(jù)及時生成各種報告，最后根據(jù)系統(tǒng)的設定閾值提出告警提示。我們智慧設施農(nóng)業(yè)具體結(jié)構(gòu)層面來說，具體包含了數(shù)據(jù)處理中心子系統(tǒng)、實時監(jiān)控子系統(tǒng)、寬帶環(huán)境感知子系統(tǒng)以及傳輸網(wǎng)絡子系統(tǒng)等。大棚感知系統(tǒng)主要依托傳感器科學的監(jiān)測，設置大棚農(nóng)業(yè)中的光照強度、二氧化碳、一氧化碳，監(jiān)控大棚設施農(nóng)業(yè)中的土壤PH值、溫濕度，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)確保設施農(nóng)業(yè)的嚴格統(tǒng)一標準進行生產(chǎn)，促進設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提升。

3.2 視頻實時監(jiān)控系統(tǒng)

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的視頻實時監(jiān)控系統(tǒng)應用到智慧大棚設施農(nóng)業(yè)中，主要就是通過無線高清視頻監(jiān)控技術(shù)來監(jiān)控大棚內(nèi)的農(nóng)作物的生長情況，內(nèi)外環(huán)境等?？v觀當前在智慧大棚視頻監(jiān)控模塊中主要包含了三部分，即終端信息系統(tǒng)、視頻數(shù)據(jù)分析處理、無線智能攝像頭，在當前的設施農(nóng)業(yè)中無線智能攝像頭具有防涌浪、防雷、90°垂直旋轉(zhuǎn)、360°水平旋轉(zhuǎn)等室外防護能力，并且無線智能攝像頭可以基于不同的工作環(huán)境下進行分級管理，監(jiān)控農(nóng)作物的生長狀態(tài)。傳統(tǒng)大棚農(nóng)業(yè)中管理人員需要監(jiān)控多個視頻，管理范圍廣、工作負擔大，并且還會經(jīng)常出現(xiàn)疏漏，其中存在大量未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)，一方面不僅會占有大量的儲存空間，另一方面也會因為數(shù)據(jù)繁多查詢方面存在較大的困難，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的智能視頻監(jiān)控運用到設施農(nóng)業(yè)中，不僅可以提高視頻監(jiān)控可靠性和時效性，還能大大地提高工作效率。

3.3 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)

在智慧大棚系統(tǒng)的系統(tǒng)設計中，數(shù)據(jù)處理模塊所發(fā)揮的作用至關(guān)重要，其承擔著信息處理中心的功能，具體由視頻應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、信息交換設備等諸多硬件構(gòu)成。同時也包含了各類子系統(tǒng)軟件提供保障，如系統(tǒng)配置模塊、數(shù)據(jù)存貯處理模塊、視頻監(jiān)控存儲模塊、信息遠程服務模塊等構(gòu)成。

另外，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)針對各自的功能及用途，可以設置不同的管理權(quán)限，在實際的管理中通過兩者的融合，使大棚感知信息處理指令得到落實，保證各類數(shù)據(jù)傳輸、指令執(zhí)行、遠程監(jiān)控等操作有效性，實現(xiàn)循環(huán)內(nèi)的數(shù)據(jù)感知、接收及處理功能。通過數(shù)據(jù)存儲功能的應用，還可以建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使原始數(shù)據(jù)能夠隨時調(diào)取。從數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的操作看，主要是依賴于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)需求，向各子系統(tǒng)發(fā)關(guān)控制指令，如水泵地啟停、溫度的調(diào)控、病蟲害的預警等，均可以利用信息指令運行至執(zhí)行端，提升大棚的智慧管理操作能力，全面展現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢。

3.4 無線寬帶網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)代網(wǎng)絡傳輸技術(shù)的發(fā)展，無線寬帶已經(jīng)成為網(wǎng)絡應用的基本形式之一，即應用Mesh網(wǎng)絡實施連接運行，如WIFI技術(shù)、自組網(wǎng)技術(shù)等。利用無線網(wǎng)絡的全方位覆蓋，能夠提升智慧大棚的管理性能，使其實現(xiàn)更強的抗干擾能力及穿透能力，并打破了傳統(tǒng)有線傳輸?shù)谋锥耍瑝嚎s了網(wǎng)絡信號傳輸?shù)木嚯x，使傳輸效率得到有效保證。

無線寬帶網(wǎng)絡傳輸利用其技術(shù)優(yōu)勢，能夠保持較高的帶寬和頻率，可以實現(xiàn)視頻圖像、IP視頻會議、視頻電話等高質(zhì)量傳輸，滿足智慧大棚的現(xiàn)代化管理要求。從系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)看，其中主要覆蓋Mesh設備、蓄電池、太陽能供電等設備，通常由傳感網(wǎng)將所采集的信息回傳至協(xié)調(diào)器節(jié)點，隨后由協(xié)調(diào)器與Mesh網(wǎng)絡節(jié)點實施通信連接，將所傳輸?shù)膱D像及數(shù)據(jù)等信息傳送至數(shù)據(jù)中心。經(jīng)過數(shù)據(jù)中心一系列處理后，再將相關(guān)的控制及操作指令發(fā)送至各控制節(jié)點，從而完成無線寬帶的閉環(huán)操作。另外，Mesh網(wǎng)絡應用的優(yōu)勢在于，其無需依賴大規(guī)模的基站支持，并且對具體的位置選擇也較為隨意，能夠適應國內(nèi)復雜的地域，甚至是農(nóng)村偏遠地區(qū)。因此，將其應用于智慧大棚之中，能夠更好地推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，為智慧農(nóng)業(yè)提供更豐富路徑。