基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、    基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)    李如平+吳房勝+潘曉君+程穎【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化已經(jīng)影響我國(guó)整體現(xiàn)代化的發(fā)展步伐，急需加快發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。高科技應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展最根本、最關(guān)鍵的出路和措施。【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；智慧農(nóng)業(yè)；溫室隨著科技的進(jìn)步和各領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合產(chǎn)生了智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用，例如，設(shè)定好科學(xué)值，每當(dāng)大棚內(nèi)環(huán)境出現(xiàn)超出范圍的變化，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提醒。在手機(jī)能進(jìn)行通信的地方就能進(jìn)行信息采集和控制。操作人員一手拿著智能手機(jī)就可以使用蔬菜大棚智能管理系統(tǒng)，操作人

2、員在手機(jī)屏幕上輕輕一點(diǎn)，遠(yuǎn)方大棚內(nèi)的燈光就能在瞬間全部亮了起來。通過這種智能管理平臺(tái)的應(yīng)用，農(nóng)作物的幼苗成活率從過去的40-50%提高到目前的現(xiàn)在的90%以上。這正是智慧農(nóng)業(yè)的一種應(yīng)用場(chǎng)景，也是智能農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平提高的體現(xiàn)。1 智慧農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵智慧農(nóng)業(yè)目前沒有標(biāo)準(zhǔn)的定義。下面列舉一些學(xué)者和專家給出的他們自己對(duì)于智慧農(nóng)業(yè)的理解。在2009年的中國(guó)農(nóng)村信息化年度峰會(huì)上，北京農(nóng)信通公司董事長(zhǎng)李愚對(duì)智慧農(nóng)業(yè)進(jìn)行了闡述。他指出智慧農(nóng)業(yè)是指通過計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等高科技的綜合應(yīng)用，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)方向發(fā)展，通過農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所周國(guó)民在淺議智慧農(nóng)業(yè)一文認(rèn)

3、為智慧農(nóng)業(yè)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)，與感知技術(shù)、智能控制技術(shù)結(jié)合，更加智慧提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)力、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)有效降低能耗和環(huán)保的農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。從這些定義可以看出，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)或者在農(nóng)業(yè)中引入簡(jiǎn)單的信息化手段相比，智慧農(nóng)業(yè)屬于農(nóng)業(yè)信息化的高級(jí)階段，是物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)的深入應(yīng)用。其內(nèi)涵主要是通過智能化實(shí)施采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境并對(duì)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行控制，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，進(jìn)行高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)集約化發(fā)展，并通過智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供信息化服務(wù)。通過智慧農(nóng)業(yè)將技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化管理和規(guī)模經(jīng)營(yíng)，將信息化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，智能化決策系統(tǒng)應(yīng)用到到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，使傳

4、統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐步提高到智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)階段。2 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構(gòu)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)分為三個(gè)層次：感知層、傳輸層（網(wǎng)絡(luò)層）和應(yīng)用層。（1）智慧農(nóng)業(yè)感知層該層主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景中各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息的采集，進(jìn)行智能控制的信息的接收和執(zhí)行?？梢酝ㄟ^各種設(shè)備（主要是各種類型的傳感器設(shè)備）采集的農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的信息包括很多種。（2）智慧農(nóng)業(yè)傳輸層傳輸層是智慧農(nóng)業(yè)的神經(jīng)中樞，該層的主要涉及將感知層采集的各類信息，通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匯總，并將各種農(nóng)業(yè)信息進(jìn)行融合，通過有線或無線方式，向智慧農(nóng)業(yè)信息平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。網(wǎng)絡(luò)層包含通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)、信息中心和數(shù)據(jù)處理中心等。（3）智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用層該

5、層涉及的任務(wù)是將傳輸來的信息進(jìn)行分析和處理，并根據(jù)信息進(jìn)行分類和數(shù)據(jù)挖掘，為農(nóng)業(yè)決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)，并對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化和智慧化。3 智能農(nóng)業(yè)溫室大棚設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)將將信息化、智能化等高科技技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，常見的設(shè)施就是智能農(nóng)業(yè)溫室大棚。3.1 智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室大棚系統(tǒng)是將無線傳感網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)平臺(tái)、電機(jī)設(shè)備、智能溫室大棚管理系統(tǒng)以及用戶終端設(shè)備等組合起來，遠(yuǎn)程采集溫室內(nèi)的各種農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)、通過各種數(shù)據(jù)的分析處理可以對(duì)溫室內(nèi)的農(nóng)作物生長(zhǎng)情況進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，能人工或自動(dòng)操作遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備、

6、進(jìn)行系統(tǒng)配置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程適時(shí)便捷的控制功能。溫室管理者也可根據(jù)采集的信息或處理分析后的數(shù)據(jù)，利用固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備（如手機(jī)）終端進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，選擇實(shí)現(xiàn)溫室大棚的智能設(shè)備控制功能。從系統(tǒng)組成上，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室大棚涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所涉及的三層結(jié)構(gòu)，即全面感知、可靠傳輸層及智能應(yīng)用層。3.2 zigbee網(wǎng)絡(luò)作物生長(zhǎng)的各種環(huán)境參數(shù)如溫度、溫度、光照、ph值等需要對(duì)應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以便系統(tǒng)的分析與處理。zigbee網(wǎng)絡(luò)是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，可應(yīng)用于有線設(shè)備難以部署的區(qū)域，它不需要固定網(wǎng)絡(luò)支持，具有快速展開，抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)農(nóng)情監(jiān)測(cè)上具有突出的優(yōu)點(diǎn)。zigbee定義了三種節(jié)點(diǎn)：zigbe

7、e協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)（coordinator）、路由節(jié)點(diǎn)（router）和終端節(jié)點(diǎn)（end device）。3.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸溫室大棚現(xiàn)場(chǎng)、服務(wù)器和終端設(shè)備之間主要依靠3g網(wǎng)絡(luò)和internet實(shí)現(xiàn)相互通信。我們可以把傳感器網(wǎng)絡(luò)、攝像（照相）設(shè)備采集的數(shù)據(jù)通過3g網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)至運(yùn)營(yíng)商的3g網(wǎng)絡(luò)，最終傳輸?shù)轿挥趇nternet上服務(wù)器的智能大棚管理系統(tǒng)。3g網(wǎng)關(guān)（gateway）是通過3g網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，是物聯(lián)網(wǎng)溫室大棚現(xiàn)場(chǎng)與互聯(lián)網(wǎng)連接的樞紐。通過3g網(wǎng)關(guān)將3g移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、plc電機(jī)控制設(shè)備等融合起來，將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中不同速率、不同類型的應(yīng)用業(yè)務(wù)提供一個(gè)適合的網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)。3g

8、網(wǎng)關(guān)感知來自zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息（各傳感器采集的數(shù)據(jù)信息），接收來自客戶端的設(shè)備的控制信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)感知，對(duì)相應(yīng)plc電機(jī)設(shè)備的自動(dòng)和手動(dòng)控制。4 軟件設(shè)計(jì)模型根據(jù)智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求以及軟件設(shè)計(jì)方法，將該智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)劃分為用戶界面子層、業(yè)務(wù)邏輯子層、應(yīng)用服務(wù)子層三層。用戶界面子層是人機(jī)交互的接口，業(yè)務(wù)邏輯子層是系統(tǒng)的核心功能部分，應(yīng)用服務(wù)子層是包含信息存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信模塊等。5 總結(jié)通過基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)總體技術(shù)體系及結(jié)構(gòu)框架，我們對(duì)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)及軟硬件設(shè)計(jì)有了初步的了解。智慧農(nóng)業(yè)將會(huì)在我國(guó)使用越來越廣?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1中國(guó)電信智慧農(nóng)業(yè)研究組，智慧農(nóng)業(yè)m.北京：電子工業(yè)出版社2013.2李雪剛.基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)d.天津大學(xué)，2011.3王汝傳，孫力娟.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論m.北京：清華大學(xué)出版社，2011.4熊茂華，熊昕.