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        淺談智慧農業物聯網的應用

        2020-04-14

        隨著科技的進步和各領域的產業升級,物聯網應運而生。物聯網等信息技術與農業的結合產生了智慧農業的應用,例如,設定好科學值,每當大棚內環境出現超出范圍的變化,系統會自動提醒。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,操作人員在手機屏幕上輕輕一點,遠方大棚內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,農作物的幼苗成活率從過去的40-50%提高到目前的現在的90%以上。這正是智慧農業的一種應用場景,也是智能農業對農業生產水平提高的體現。

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          1、智慧農業的內涵

          智慧農業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業的理解。

          在2009年的中國農村信息化年度峰會上,北京農信通公司董事長李愚對智慧農業進行了闡述。他指出智慧農業是指通過計算機、物聯網等高科技的綜合應用,使農業生產向精準農業、智慧農業方向發展,通過農業產業升級提高農業生產效率。

          中國農業科學院農業信息研究所周國民在《淺議智慧農業》一文認為智慧農業是利用現代信息技術,與感知技術、智能控制技術結合,更加智慧提高農業系統競爭力、促進農業可持續發展,實現有效降低能耗和環保的農業發展目標。

          從這些定義可以看出,與傳統農業或者在農業中引入簡單的信息化手段相比,智慧農業屬于農業信息化的高級階段,是物聯網等信息化技術的深入應用。其內涵主要是通過智能化實施采集農業生產環境并對生產環境進行控制,對農業生產進行標準化生產,進行高效的農業生產,實現農業集約化發展,并通過智慧農業系統,為農業生產者提供信息化服務。通過智慧農業將技術應用到農業生產,從而實現農業生產的集約化管理和規模經營,將信息化技術應用到農業生產中,智能化決策系統??用到到農業生產中,使傳統農業生產逐步提高到智慧農業生產階段。

          2、智慧農業物聯網三層體系架構

          基于物聯網的智慧農業系統分為三個層次:感知層、傳輸層(網絡層)和應用層。

         ?。?)智慧農業感知層

          該層主要包括農業生產場景中各種農業生產信息的采集,進行智能控制的信息的接收和執行??梢酝ㄟ^各種設備(主要是各種類型的傳感器設備)采集的農業現場的信息包括很多種。

         ?。?)智慧農業傳輸層

          傳輸層是智慧農業的神經中樞,該層的主要涉及將感知層采集的各類信息,通過物聯網網絡進行匯總,并將各種農業信息進行融合,通過有線或無線方式,向智慧農業信息平臺網絡發布。網絡層包含通信技術與計算機網絡技術的結合的網絡、信息中心和數據處理中心等。

         ?。?)智慧農業應用層

          該層涉及的任務是將傳輸來的信息進行分析和處理,并根據信息進行分類和數據挖掘,為農業決策提供數據依據,并對農業生產設備進行遠程控制,農業生產智能化和智慧化。

          3、智能農業溫室大棚設計

          智慧農業系統將將信息化、智能化等高科技技術應用到農業生產,提高農業生產效率,常見的設施就是智能農業溫室大棚。

          3.1 智慧農業溫室大棚系統結構

          基于物聯網技術的智能溫室大棚系統是將無線傳感網絡、視頻監控系統、移動互聯網業務平臺、電機設備、智能溫室大棚管理系統以及用戶終端設備等組合起來,遠程采集溫室內的各種農作物生長的環境參數、通過各種數據的分析處理可以對溫室內的農作物生長情況進行遠程診斷,能人工或自動操作遠程物聯網智能設備、進行系統配置,實現遠程適時便捷的控制功能。溫室管理者也可根據采集的信息或處理分析后的數據,利用固定設備或移動設備(如手機)終端進行遠程操作,選擇實現溫室大棚的智能設備控制功能。

          從系統組成上,基于物聯網技術的智能溫室大棚涵蓋了物聯網技術所涉及的三層結構,即全面感知、可靠傳輸層及智能應用層。

          3.2 Zigbee網絡

          作物生長的各種環境參數如溫度、溫度、光照、PH值等需要對應的傳感器轉換成電信號以便系統的分析與處理。Zigbee網絡是一種點對點網絡,可應用于有線設備難以部署的區域,它不需要固定網絡支持,具有快速展開,抗毀性強等特點,在農業農情監測上具有突出的優點。Zigbee定義了三種節點:Zigbee協調節點(Coordinator)、路由節點(Router)和終端節點(End Device)。

          3.3 網絡傳輸

          溫室大棚現場、服務器和終端設備之間主要依靠4G網絡和Internet實現相互通信。我們可以把傳感器網絡、攝像(照相)設備采集的數據通過4G網關轉發至運營商的4G網絡,最終傳輸到位于Internet上服務器的智能大棚管理系統。

          4G網關(Gateway)是通過4G網絡接入互聯網設備,是物聯網溫室大棚現場與互聯網連接的樞紐。通過4G網關將4G移動通信網絡與無線傳感器網絡、視頻監控系統、PLC電機控制設備等融合起來,將物聯網系統中不同速率、不同類型的應用業務提供一個適合的網絡傳輸平臺。4G網關感知來自Zigbee無線傳感器網絡的信息(各傳感器采集的數據信息),接收來自客戶端的設備的控制信息,從而實現對無線傳感器網絡的實時感知,對相應PLC電機設備的自動和手動控制。

          4、軟件設計模型

          根據智慧農業生產需求以及軟件設計方法,將該智慧農業系統軟件設計劃分為用戶界面子層、業務邏輯子層、應用服務子層三層。用戶界面子層是人機交互的接口,業務邏輯子層是系統的核心功能部分,應用服務子層是包含信息存儲和網絡通信模塊等。

          5、總結

          通過基于物聯網技術智慧農業系統總體技術體系及結構框架,我們對智慧農業系統及軟硬件設計有了初步的了解。智慧農業將會在我國使用越來越廣。