物聯網技術在河南省智慧農業中的應用研究

于素萍 毛偉偉

（河南省洛陽理工學院 計算機與信息工程學院，河南 洛陽 471000）

農業信息化是國民經濟信息化的基礎和重要組成部分，我國中央政府先后下發了多個關于促進和加快農業信息化發展的重要文件。河南是我國的農業大省，發展和應用智慧農業是大勢所趨，也是現代信息技術發展到一定階段的產物。

1.智慧農業及物聯網的內涵

智慧農業就是將物聯網技術運用到傳統農業中去，運用傳感器和軟件通過移動平臺或者電腦平臺對農業生產進行控制，使傳統農業更具有"智慧"。除了精準感知、控制與決策管理外，從廣泛意義上講，智慧農業還包括農業電子商務、食品溯源防偽、農業休閑旅游、農業信息服務等方面的內容。

農業物聯網是運用物聯網系統的溫濕度、PH值、光照強度、CO2等傳感器和攝像機，實時檢測環境中的溫濕度、PH值、光照強度、CO2濃度等環境參數和圖像，并通過系統實現遠程控制，保證農作物始終處于一個良好、適宜的生長環境。

2.智慧農業中物聯網技術的關鍵技術

2.1 WiFi技術

WiFi技術就是允許電子設備連接到局域網的技術。可以支持諸多電子產品的無線上網，實施無線網絡傳輸。WiFi技術在智能農業應用中承擔了信息感知的任務，在信息感知方面傳感器收集的環境及其他信息需要WiFi技術的支持才能夠進行，而將收集到的信息相互交換以及傳輸給應用分析層面同樣需要WiFi技術使其高效而安全的進行。可以說WiFi技術是物聯網技術在智能農業中應用的基礎，沒有WiFi技術的支持，物聯網技術就不能發揮其應有的作用。

2.2 RFID技術

RFID技術即射頻識別，屬于通信技術的一種。其主要原理是利用無線電訊號感知監測目標并進行數據的記錄。其主要由三大部分組成：應答器、閱讀器以及應用軟件系統。其在物聯網技術中的運行過程是：閱讀器檢測信號后通過天線將射頻信號以相應的頻率散發出，應用軟件系統在接收到該信息頻率信號后進行信息處理，設備內部的芯片將儲存的信息傳輸出去，閱讀器再次接收到頻率信號進行數據分析處理，傳輸給后臺操作系統，對信息數據進行控制。

2.3 傳感網技術

傳感網技術就是在需要進行信息采集與傳輸的區域將集成傳感器、數據處理單位部件以及通信部件進行隨機分布，相互聯系形成網絡結構，即為傳感網。其節點數量相對較大，在復雜多變的環境中適應性較強。雖然其信息傳輸能力相對有限，且信號間存在一定程度的干擾性，但由于單個節點部件傳遞的數據較少，所以影響性較小。由于節點的密集且分布隨機，使得其需要具備一定程度上的能量儲存功能。傳感網技術可以說是物聯網技術的核心所在，其在物與物之間相互連接，進行信息交換與傳輸的方面起到十分重要的作用。

3.智慧設施農業中物聯網技術的應用

3.1 現狀及存在的問題

傳統農業生產方式、理念根深蒂固，生產粗放，農業信息化發展緩慢，缺乏實時性，環境感知能力弱，感知精度低；農業數據傳感采集、保存、共享的手段方式落后，人力資源浪費，信息相對閉塞；監管方式以人的到場監管為主，缺乏有效途徑，系統集成度低、整體效能差，大部分生產基地沒有或缺乏圖像、文本信息記錄，無法做到24小時監控，無法追蹤問題的本源，監管力度不足，到場監管為主，缺少一站式解決方案。

在智慧農業發展中，物聯網技術的應用可以實現農作物種植環境實時、動態、多尺度、多維度的信息采集，并以種植專家知識系統為基礎，對農作物種植中的灌溉、施肥、病蟲害防治等環節實現自動控制。本研究提出一種基于物聯網技術的農產品質量安全溯源系統實，現物聯網生產監管、病蟲害檢測、質量安全溯源和中心聯網與應急功能，系統架構如圖1所示。

圖1 農產品質量安全溯源系統圖

3.2 物聯網生產監管

在系統中，環境感知模塊的監測對象包括棚內的大氣環境及土壤環境，主要通過一種自組織無線傳感網絡來實現，其基于ZigBee協議，具有傳輸功耗低、傳輸速率低、成本低的優勢， 主要包括感知節點、協調器節點，感知節點上所感知到的數據經過多條傳輸途徑匯至協調器節點，再向上 層系統傳輸，最終實現大棚環境的實時監測。在大棚內隨機設置多個各種類型的傳感器，可以實現濕 度、溫度、光照度、氣體濃度、土壤pH值的監測，如圖2所示。

圖2 生產監管系統圖

3.3 病蟲害檢測

通過單兵或蟲情測報箱內置的高清相機拍攝現場圖片，上傳至專家遠程診斷系統，在后臺分析病蟲害的種類、數量、性別、蟲齡等信息，并將相應的解決方案反饋給生產人員。

通過蟲情測報箱內置的高清相機拍攝現場圖片，上傳至專家遠程診斷系統，在后臺分析病蟲害的種類、數量、性別、蟲齡等信息，并將相應的解決方案反饋給生產人員。

3.4 質量安全溯源

農產品質量安全溯源是借助物聯網、視頻監控技術，通過運用條形碼、二維碼、RFID標簽及手持終端等設備，對農產品的生產、運輸、倉儲、加工及零售等可能影響產品質量的所有環節進行信息化、可視化跟蹤，共享全鏈條關鍵環節信息，追溯問題發生的節點，幫助企業規范作業流程，防范作弊行為，同時協助政府做好監管工作。質量安全溯源綜合利用網路技術、短線技術、條碼識別技術等，實現網站、POS機、短信和電話號碼于一體的多終端農產品質量追溯。傳輸系統采用http協議進行傳輸，支持斷點續傳。 采用多線程技術，可多點同時進行。 傳輸數據經過高度壓縮和加密處理，安全性好。 條碼解析器采用數據內存預加載方式，解碼速度快。 系統基礎資料全部采用內存預加載方式處理，系統運行速度快。可對產品進行生產、運輸、倉儲、加工、零售全程追溯，如圖3所示。

圖3 農產品質量安全溯源系統圖

3.5 中心聯網與應急

政府監控中心接收各個生產基地實時上傳的環境監測數據和視頻監控圖像數據，政府人員可查看各地、市大棚溫室環境信息和實時生產情況，便于統一規劃和指揮農業生產行動，還可為后期的生產性研究、資源合理調度、農產品質量追溯、大數據分析等不斷積累基礎數據。

3.6 系統應用效果

3.6.1 生態效益

系統通過布設在田間地頭的物聯網傳感設備和智能視頻監控攝像機，實時監測大棚內生產環境信息，并根據環境變量的變化情況結合工人經驗與系統控制邏輯作出綜合決策，保證植株始終處在一個良好、適宜的生長環境中，切實提高大棚作物的管理種植水平，使果蔬產量和品質得到直接提升，減少施肥施藥頻率，引領當地大棚農業走上高產優質、安全可靠、資源節約、環境友好的現代農業發展道路。

3.6.2 經濟效益

代替人眼進行24小時不間斷盯防，有效防止闖入、偷盜、惡意破壞、“投毒”等事件的發生，給不法分子以直接的提醒和威懾，大大節省農業業主在大棚看護上投入的人力和費用，提高間接經濟效益。

3.6.3 社會效益

縣、市內的農業生產基地通常分散在縣域內各個不同的區域，傳統的“走訪巡查”方式很難對全局進行有效地監管，系統可以實時上傳環境監測數據和視頻監控圖像數據，使政府人員實現對當地所有接入系統內的溫室生產情況進行實時監看和督查，統一各級單位的監管、服務行動，還可為后期生產性研究、資源合理調度、農產品質量追溯、大數據分析等不斷積累基礎數據。

4.結語

總之，隨著信息技術、網絡技術的不斷發展，在“互聯網+農業”這一先進理念的指導下，智慧農業的發展進程也在不斷加快，物聯網技術更是實現農業大數據發展、促進農業生產向著集約化、科學化、標準化、信息化發展的重要途徑。當然，物聯網技術仍然存在著一些尚未克服的技術難題與應用難題，但是，相信隨著時代的發展，這些問題必將迎刃而解，以促進河南智慧農業的快速發展，從而實現農業產業的可持續發展。