物聯網三層架構在智慧農業中的應用分析

摘要：在鄉村振興戰略環境下，智慧農業作為互聯網浪潮中的農業新標桿，主導了農業的第四次革命。物聯網技術作為農業革命的重要依托，融合了大數據、云計算等密切相關的新型技術，為農業發展提供了技術保障。本文從物聯網的三層組織架構，分別闡述了感知層傳感器原理及設備，分析了網絡層關鍵技術，以及應用層數據分析及系統設計應用。

關鍵詞：智慧農業;物聯網技術;傳感器

農業作為大國發展的根基，是非常重要的部分。農業歷經4次變遷，從原始的依靠體力畜力勞作的運營形式到機械化產出的勞作形式再到信息化半自動形式，利用信息技術將繁重的人工抽離出來，提高生產效率的同時增加收益。發展至今，在互聯網時代的潮流中，新型智慧農業應用而生，集成了物聯網、云計算、大數據的高度智能化農業科技。提出了更高的量化標準，智能化、集約化、數值化、標準化[1]。

1、智慧農業物聯網概述

物聯網技術被認為是"萬物相連的互聯網"，是新型科技信息革命的產物。將例如溫濕度傳感器、RFID等諸多信息采集傳感器設備融入互聯網中而形成一種新型巨型網絡。按照約定的傳送協議，如TCP/IP，達到了對物品的智能識別，全程監控和有效管理的完善功能體系。在三層組織架構中，感知采集層中通過傳感器等硬件設備采集使用數據，通過網絡層進行數據傳輸、信息傳遞、路由控制，過濾掉邊緣數據。應用層實現集成應用及數據處理，包括數據存儲、清洗、應用，系統開發等。

農業物聯網技術應用在農業發展革命史中處于高階水平，融合了新型智慧網、移動交互網、云計算、物聯網技術等高新技術鏈，依托放置在農田基地的各類傳感節點和有線無線傳輸網絡達到農業生產設計的智能環境感知，智能分析判斷，專家在線指導等[2]。提供了農業生產精準化高效產出、可監測化智能管理、智能化決策服務等新型模式。

2、農業物聯網感知層

2.1感知層的技術

物聯網的感知層主要承擔信息值獲取收集以及物物傳感器間的信息交流。信號傳遞有長短距離數值傳輸技術、自組織協調組網關技術、信息數值采集中間組件技術等傳感器輸送網絡。感知層是實現農業物聯網全局采集的核心層級，在物聯網硬件方面涵蓋重點技術、鏈條產業化急需突破的方面，難點是擁有精準度高、感知力強且全面，低成本、高效能的硬件設備。

2.2感知層應用設備

農業射頻識別技術（RFID）：采集方式為無線射頻，完成非觸雙向互反數據采集，讀寫形式為對標記點進行采集，起到信息交換及標識目標的作用。在農業生產鏈中起到至關重要的作用。具有穩定性好，能夠重復使用，造價低的優點。

農業傳感器技術：采集感知應時環境中或特殊要求下的數字信號，如人體膚感、溫濕度、氣體、光照、等。將模擬信號通過協議轉變為數字信號后，傳予中央處理器集中處理[3]。最終輸出形式如人體膚感參數、溫濕度數據、氣體濃度參數等。

在農業中常見的有：環境中二氧化碳、風速風向、光照度、葉面溫濕度傳感器等。通常分布在農業耕作環境中，精準采集環境值，將數據通過網絡上傳到服務器中[4]。

3、農業物聯網網絡層技術

物聯網網絡層用于信息的傳輸、處理以及利用等。通訊網絡、信息中心、融合網絡、網絡管理中心等。擁有諸多核心技術，移動通信網、交互式網絡及傳感器網絡是重點區域網。

移動通信網的基礎技術包括兩類：一類是信息互交技術，另一類是信息傳遞技術。無線網絡：在眾多傳感器之間建立一種無線自組織網絡，并利用這種無線自組織網絡實現這些傳感器之間的信息傳輸[5]。在這個傳輸過程中，無線傳輸網絡會對傳感器所采集的數據進行匯總。該技術可以使區域內物品的物理信息和周圍環境信息全部以數據的形式存儲在無線傳感器中，有利于人們對目標物品和任務環境進行實時的監控，也有利于分析和處理有關信息，對物品進行有效的管理。Wifi、Zigbee、藍牙常在設施農業中實地使用。GPRS、3/4G技術應用場景常為大田農作物生長。有線網絡：以傳輸媒介為：光纖、雙絞線和同軸電纜，承擔農田用地輸出設備、集控器、傳感器間的維穩性交互，完成更高層級間的協同傳輸。

4、農業物聯網應用層技術

4.1應用層相關技術：

應用層中，智能化信息處理常為存儲、處理、及其農業化應用。采用人工智能算法分析處理感知信息，數據源為通過感知層采集到的信息集。在數據存儲中，應用到了數據庫與數據存儲技術：常有關系型數據庫、非關系型數據庫;在數據處理中，使用數據融合技術，對數據進行批量處理得出高效且符合用戶需求的數據。數據挖掘技術是從有噪聲、大體量、非完全、隨機的數據集中提煉未知的，有高價值的數據。是一個反復的人機交互處理的過程。

4.2農業物聯網的實際應用

在智慧農業中，感知層將數據采集后，通過網絡層將信息轉換，篩選過濾掉邊緣數據，將不同類型的數據傳輸到應用層，完成數據存儲、分析及其應用。

在農業物聯網管理平臺中，可以實現信息實時追溯，對傳感器設備的遠程智能控制，數據統計分析等功能。具有極高的商業和科研價值，成為提高我國農業高水平發展帶來了堅定力量。

5、總結：

在農業發展歷程中一直存在成本高、人工量大、設備維護難、高新技術在一般鄉村建設中投入少等諸多問題。物聯網技術在三層架構中圍繞農業所獨有的特點，不斷完善軟硬件，依次優化解決存在的問題，將技術落地，實現技術進村入戶，從根本上解決農業智慧化推廣難的問題，實現智慧農業長遠快速發展。

參考文獻

[1]趙佰平.基于物聯網技術的智慧農業大棚設計與應用[J].農業與技術，2021，41（13）：69-71.

[2]張彥麗.農業物聯網在設施農業中的應用探究[J].新農業，2021，{4}（13）：75-76.

[3]高云茜.智能制造背景下傳感系統在智能農業發展中的應用[J].農機使用與維修，2021，{4}（07）：39-40.

[4]孫瑞娟，黨曉圓，楊佳義.基于物聯網技術的溫室微氣候監控系統設計[J].農業與技術，2021，41（12）：48-51.

[5]董明星.人工智能技術在物聯網中的運用[J].現代工業經濟和信息化，2021，11（06）：117-119.

作者簡介：孫莉，女，漢族，碩士研究生，助教，研究方向：農業物聯網、大數據。