基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設計

1、    基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設計    李如平+吳房勝+潘曉君+程穎【摘 要】隨著我國經(jīng)濟與社會的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化已經(jīng)影響我國整體現(xiàn)代化的發(fā)展步伐，急需加快發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。高科技應用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展最根本、最關鍵的出路和措施?！娟P鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；智慧農(nóng)業(yè)；溫室隨著科技的進步和各領域的產(chǎn)業(yè)升級，物聯(lián)網(wǎng)應運而生。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)的應用，例如，設定好科學值，每當大棚內(nèi)環(huán)境出現(xiàn)超出范圍的變化，系統(tǒng)會自動提醒。在手機能進行通信的地方就能進行信息采集和控制。操作人員一手拿著智能手機就可以使用蔬菜大棚智能管理系統(tǒng)，操作人

2、員在手機屏幕上輕輕一點，遠方大棚內(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的應用，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)的一種應用場景，也是智能農(nóng)業(yè)對農(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)目前沒有標準的定義。下面列舉一些學者和專家給出的他們自己對于智慧農(nóng)業(yè)的理解。在2009年的中國農(nóng)村信息化年度峰會上，北京農(nóng)信通公司董事長李愚對智慧農(nóng)業(yè)進行了闡述。他指出智慧農(nóng)業(yè)是指通過計算機、物聯(lián)網(wǎng)等高科技的綜合應用，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向精準農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)方向發(fā)展，通過農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)信息研究所周國民在淺議智慧農(nóng)業(yè)一文認

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)競爭力、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)有效降低能耗和環(huán)保的農(nóng)業(yè)發(fā)展目標。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)信息化的高級階段，是物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)的深入應用。其內(nèi)涵主要是通過智能化實施采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境并對生產(chǎn)環(huán)境進行控制，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行標準化生產(chǎn)，進行高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實現(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。通過智慧農(nóng)業(yè)將技術(shù)應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化管理和規(guī)模經(jīng)營，將信息化技術(shù)應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，智能化決策系統(tǒng)應用到到農(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)分為三個層次：感知層、傳輸層（網(wǎng)絡層）和應用層。（1）智慧農(nóng)業(yè)感知層該層主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場景中各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息的采集，進行智能控制的信息的接收和執(zhí)行。可以通過各種設備（主要是各種類型的傳感器設備）采集的農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的信息包括很多種。（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)絡進行匯總，并將各種農(nóng)業(yè)信息進行融合，通過有線或無線方式，向智慧農(nóng)業(yè)信息平臺網(wǎng)絡發(fā)布。網(wǎng)絡層包含通信技術(shù)與計算機網(wǎng)絡技術(shù)的結(jié)合的網(wǎng)絡、信息中心和數(shù)據(jù)處理中心等。（3）智慧農(nóng)業(yè)應用層該

5、層涉及的任務是將傳輸來的信息進行分析和處理，并根據(jù)信息進行分類和數(shù)據(jù)挖掘，為農(nóng)業(yè)決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)，并對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設備進行遠程控制，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化和智慧化。3 智能農(nóng)業(yè)溫室大棚設計智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)將將信息化、智能化等高科技技術(shù)應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，常見的設施就是智能農(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、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務平臺、電機設備、智能溫室大棚管理系統(tǒng)以及用戶終端設備等組合起來，遠程采集溫室內(nèi)的各種農(nóng)作物生長的環(huán)境參數(shù)、通過各種數(shù)據(jù)的分析處理可以對溫室內(nèi)的農(nóng)作物生長情況進行遠程診斷，能人工或自動操作遠程物聯(lián)網(wǎng)智能設備、

6、進行系統(tǒng)配置，實現(xiàn)遠程適時便捷的控制功能。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)，利用固定設備或移動設備（如手機）終端進行遠程操作，選擇實現(xiàn)溫室大棚的智能設備控制功能。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用層。3.2 zigbee網(wǎng)絡作物生長的各種環(huán)境參數(shù)如溫度、溫度、光照、ph值等需要對應的傳感器轉(zhuǎn)換成電信號以便系統(tǒng)的分析與處理。zigbee網(wǎng)絡是一種點對點網(wǎng)絡，可應用于有線設備難以部署的區(qū)域，它不需要固定網(wǎng)絡支持，具有快速展開，抗毀性強等特點，在農(nóng)業(yè)農(nóng)情監(jiān)測上具有突出的優(yōu)點。zigbee定義了三種節(jié)點：zigbe

7、e協(xié)調(diào)節(jié)點（coordinator）、路由節(jié)點（router）和終端節(jié)點（end device）。3.3 網(wǎng)絡傳輸溫室大棚現(xiàn)場、服務器和終端設備之間主要依靠3g網(wǎng)絡和internet實現(xiàn)相互通信。我們可以把傳感器網(wǎng)絡、攝像（照相）設備采集的數(shù)據(jù)通過3g網(wǎng)關轉(zhuǎn)發(fā)至運營商的3g網(wǎng)絡，最終傳輸?shù)轿挥趇nternet上服務器的智能大棚管理系統(tǒng)。3g網(wǎng)關（gateway）是通過3g網(wǎng)絡接入互聯(lián)網(wǎng)設備，是物聯(lián)網(wǎng)溫室大棚現(xiàn)場與互聯(lián)網(wǎng)連接的樞紐。通過3g網(wǎng)關將3g移動通信網(wǎng)絡與無線傳感器網(wǎng)絡、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、plc電機控制設備等融合起來，將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中不同速率、不同類型的應用業(yè)務提供一個適合的網(wǎng)絡傳輸平臺。3g

8、網(wǎng)關感知來自zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的信息（各傳感器采集的數(shù)據(jù)信息），接收來自客戶端的設備的控制信息，從而實現(xiàn)對無線傳感器網(wǎng)絡的實時感知，對相應plc電機設備的自動和手動控制。4 軟件設計模型根據(jù)智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求以及軟件設計方法，將該智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)軟件設計劃分為用戶界面子層、業(yè)務邏輯子層、應用服務子層三層。用戶界面子層是人機交互的接口，業(yè)務邏輯子層是系統(tǒng)的核心功能部分，應用服務子層是包含信息存儲和網(wǎng)絡通信模塊等。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，我們對智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)及軟硬件設計有了初步的了解。智慧農(nóng)業(yè)將會在我國使用越來越廣。【參考文獻】1中國電信智慧農(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)測系統(tǒng)的研究與設計d.天津大學，2011.3王汝傳，孫力娟.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導論m.北京：清華大學出版社，2011.4熊茂華，熊昕.