大數據環境下的智慧農業物聯網系統研究

魏曉夢

摘? ?要：首先，文章對智慧農業物聯網系統進行簡要概述;其次，對智慧農業物聯網系統架構進行分析。最后，闡述了大數據環境下智慧農業物聯網系統的相關技術，對于促進我國農業生產的現代化發展具有重要意義。

關鍵詞：智慧農業;物聯網;傳感器;數據信息

在我國經濟結構轉型的發展時期，農業生產需要向現代化和信息化方向發展，以適應社會發展的需要。物聯網技術的興起，為促進農業生產信息化管理提供了有力的技術支撐。在物聯網技術的基礎上催生了智慧農業的發展，智慧農業相對于傳統農業而言是一個全新的概念，是對傳統農業生產的升級。通過傳感器以及多種軟件的應用，物聯網技術可將農業生產中的各個環節有效連接起來，通過數據的采集和整理，在大數據信息的基礎上，能夠實現對農業生產的監測和控制[1]。智慧農業不僅是理念和技術上的改革，也是對傳統農業經營方式的改革，通過各種智能技術的應用，可有效提高農業生產效率，促進農業生產向優質、高產的方向發展，這也將是我國未來農業發展的主要方向。

1? ? 智慧農業物聯網系統概述

物聯網技術的核心在于互聯網，在互聯網的基礎上將物品與物品之間的信息連接起來，實現遠程控制和管理的智能化網絡。物聯網是互聯網的延伸，不僅充分利用了互聯網的優勢，而且還兼容了通信、電子信息等多種技術，形成物聯網的新特性。將物聯網技術應用于農業生產，將物聯網技術與農業生產技術進行有機結合，利用現代智能感知技術對農業生產過程中的各項數據進行識別、收集、整理，然后利用操作終端對農業生產的整個過程進行智能控制和管理，實現農業生產信息化。

傳統的農業生產主要是憑借農民長期積累的經驗，農作物的生長受自然因素影響較高，農作物產量不穩定，質量無法保證。智慧農業充分利用了物聯網技術的優勢，實現對農業生產的智能化管理。在農業生產的過程中，通過安裝各種傳感器，比如溫度傳感器、濕度傳感器等，可以及時獲取農業生產過程中的各種數據信息，然后結合農業生產的科學數據，對各種參數進行調整，為農作物的生長提供有利的環境[2]。智慧農業物聯網系統除了對農作物生長過程進行控制和管理外，還涵蓋了更加寬泛的范圍。通過射頻識別技術還可以對農產品進行追蹤和溯源，保證農產品的質量和鏈條管理。在物聯網的基礎上，還可以實現電子商務、農業旅游等多種項目，這些都是在大數據的支撐下得以實現的。智慧農業物聯網系統的應用，是實現農業生產高產、高效、集約發展的重要途徑。

2? ? 智慧農業物聯網系統架構

在大數據環境下智慧農業物聯網系統的架構可以分為3個部分，信息感知層、信息傳輸層和信息應用層，通過這3個部分的系統架構能夠對農業生產進行智能控制和管理，實現農業生產的信息化。（1）信息感知層主要是通過各種傳感器來獲取農業生產中的各種數據信息，比如溫度、濕度、光照、營養液質量濃度等信息，通過這些信息對植物的生長狀況進行基本的判斷，為智能控制和管理提供有利的參考依據。（2）信息傳輸層是智慧農業物聯網系統的中樞環節，主要是將感知層獲取的信息以通信協議向局域網或者廣域網發布，傳輸層包括互聯網、云計算平臺、移動通信網、無線傳感器網絡等。（3）信息應用層主要包括手機、PC、便攜電腦等終端設備，通過對信息感知層獲取的農作物生長環境信息進行科學的分析，制定出相應的管理決策，再將這些決策信息傳遞給傳動機構，進行自動灌溉、施肥、加溫、控光等操作，同時，還可以對農作物生長環境中的異常信息進行自動報警，為農作物生長創造健康的環境。

3? ? 智慧農業物聯網系統相關技術分析

3.1? 信息感知技術

信息感知技術是智慧農業物聯網系統的基礎技術，只有通過各種傳感器獲取信息數據，才能夠為后續各種操作提供信息依據，主要包括射頻識別技術、全球定位系統技術、農業傳感器技術和遙感技術等。視頻識別技術主要通過射頻通信對物體進行非接觸式的自動識別，對物品進行跟蹤與信息共享。射頻技術與傳感技術相結合，能夠對食品加工和儲藏過程中的環境信息進行感知，為食品質量提供穩定的環境保障。射頻識別還能夠對食品進行追蹤溯源，對食品的質量監控和溯源提供有力依據。全球定位系統技術可為農業機械生產提供精準的位置信息，實現農業機械的精準操作，提高生產效率。傳感器技術作為物聯網系統的核心，主要是采集農業生產中的各種農業信息。比如農作物生長過程中的光照、溫度、濕度、肥料等，畜禽養殖中空氣中有害氣體的含量，水產養殖中酸堿度、氨氮、溶解度以及濁度等信息。這些都是農業生產中的基本信息，只有通過對這些信息的獲取和分析，才能夠明確了解農業生產環境的詳細信息，為管理決策的制定提供依據[3]。遙感技術主要通過地面不同物體反射的電磁波來獲取目標的幾何信息和物理屬性，在智慧農業物聯網系統中的遙感技術主要是對農業生產中各種物理形態和幾何形狀的變化進行監測和記錄，應用層通過對時空變化信息的對比與監控，可以及時獲取農業生產中的動態信息，為管理決策的制定提供技術支撐。

3.2? 信息傳輸技術

信息傳輸技術是對感知層獲取的信息向應用層進行傳輸的中間環節，信息傳輸質量和效率直接影響到應用層的管理決策，所以作為中樞環節的信息傳輸比較關鍵。現階段，無線傳感網絡已經廣泛應用于智慧農業物聯網系統中，主要是以無線通信的方式運行，在農業生產環境中需要監測的區域內布置傳感器，大量的傳感器節點與無線通信組成無線傳感網絡。這些傳感器對無線網絡覆蓋區域內的感知對象進行信息的感知、采集和處理，然后通過無線通信傳輸給應用層。藍牙是無線通信技術中的一種，可實現短距離的無線通信，可以進行數據和語音的無線通信。藍牙無線通信不需要基站組網，可以由幾個藍牙組成通信網絡，實現點對點或者點對多的無線通信網絡[4]。這種組網方式比較靈活，且投入和運營成本較低，具有可移動性的特點，能夠與有線網絡進行很好的整合。但是這種組網方式也存在一定的缺點，其信號強度會受到周圍環境的影響，在開放的環境和封閉的環境中，通信距離會有明顯的差異，且容易受到其他電子設備的電磁干擾，從而影響到無線通信傳輸的穩定性。隨著無線通信技術的發展，無線通信傳輸信號強度和質量不斷升級，抗干擾性也不斷增強，為智慧農業物聯網系統傳輸層的高效運行提供有力保障。

3.3? 信息應用技術

信息應用層是智慧農業物聯網系統的終端環節，可對智慧農業進行信息自動化控制，主要包括云計算、決策支持系統、專家系統、地理信息系統和智能控制技術等。在云計算中包括了大量的計算信息，這些信息會存儲在云空間中，信息使用者可以根據自己的需求在云計算平臺中進行信息的智能搜索，為用戶提供農業市場信息以及實用技術等內容，還可以對農業生產環境進行遠程管理服務。決策支持系統主要通過前期對農業生產環境中各種信息的收集和整理，來對農業生產環境進行合理分析，進而制定出優化決策，決策支持系統在農業結構優化、農業投資規模以及產量預測方面發揮了重要的作用[5]。在農業生產過程中，會出現各種復雜的問題，為了有效解決這些問題，在農業專家多年積累的經驗的基礎上，對于出現的問題進行分析判斷，進而提供解決問題的對策，為農業問題的解決進行指導。通過地理信息系統可對農業生產過程中各種數據信息的發展趨勢進行判斷，可為智慧農業生產實施調控提供決策依據。智能控制技術主要是利用神經網絡控制、模糊控制、綜合智能控制技術等，來處理傳統方法無法解決的問題。比如可將甜瓜的各種質量指標與人的感官分類建立聯系，為甜瓜的種植過程中各種技術參數的調整提供參考依據，進而實現智能化管理。

4? ? 結語

智慧農業是我國農業發展的主要趨勢，物聯網技術的應用是智慧農業發展的重要基礎，也是決定智慧農業發展進程的關鍵要素。為了促進智慧農業物聯網系統的長久發展，還需要提高物聯網技術的自主創新能力，加強對傳感技術和無線傳輸技術的研發，以降低農業生產的成本，提高農業生產的穩定性。隨著我國科學技術的發展，智慧農業物聯網系統會不斷地升級，對農作物的數據監控會更加準確和精細，遠程控制平臺更加完善，延長農業生產鏈條，提升農業生產的信息化水平，推動我國農業生產現代化發展進程。

[參考文獻]

[1]高建華，徐丹.論物聯網生產模式在智慧農業中的應用[J].農業網絡信息，2015（6）：5-7.

[2]張珊珊.物聯網技術在“智慧農業”中的應用及模式探研[J].浙江傳媒學院學報，2016（1）：15-19.

[3]張越杰.基于物聯網智慧農業信息平臺建設精準監測與智能控制系統的研究[D].曲阜：曲阜師范大學，2017.

[4]王巍.基于物聯網技術的智慧農業發展的研究—以楊凌智慧農業建設為例[J].福建電腦，2016（7）：91-127.

[5]丁靜.物聯網視閾下安徽省智慧農業的發展研究[J].重慶科技學院學報（社會科學版），2017（6）：44-47.

Abstract：This paper first gives a brief overview of the intelligent agriculture Internet of Things system， then analyzes the architecture of the intelligent agriculture Internet of Things system， and finally expounds the relevant technologies of the intelligent agriculture Internet of Things system under the big data environment， which is of great significance for promoting the modernization of Chinas agricultural production.

Key words：intelligent agriculture; Internet of Things; sensor; data and information