試論智慧農業發展中物聯網技術在設施農業中的應用

史向玉

（阜新蒙古族自治縣職業教育中心，遼寧阜新 123100）

1 物聯網技術

在互聯網技術蓬勃發展的同時，物聯網技術也在日益完善，物聯網技術主要以物聯網為基礎，并基于此拓展延伸互聯網，實現物與物的信息傳遞和交流。簡言之，就是依托互聯網和電子通信技術，將物連接起來，之后再依靠傳感器將獲取的信息，及時傳遞給控制器，達到智能化遠程控制機器的目的。不同于互聯網技術，物聯網雖然與其緊密相連，但是又區分互聯網技術，物聯網是其延伸和拓展，并且能夠有效兼容互聯網應用服務和資源，因此，物聯網本身又是獨立的，其可以依托二維碼、FID區分對象個體，并獲得相應地信息，分析、控制、決策信息，達到智能化管理的目的[1]。當前物聯網技術主要被分為三類應用，即，M2M、傳感器、RFID等，其中傳感器屬于一種新型信息收集節點裝置，即通過在監管對象上的安裝，實時收集各類感應信息，實現收集、傳輸與控制一體化操作。RFID技術的應用則是依據網絡技術，以及對數據庫技術的綜合，使FID標簽與控制對象保持一致，構建起標簽與控制對象的完整物聯網[2]。M2M作為人機交互系統，主要功能是實現人與機器、機器與機器間的交互及控制。

2 智慧農業中物聯網技術主要功能及關鍵技術

2.1 智慧農業下物聯網技術主要功能

物聯網的誕生，顛覆了傳統農業結構，將其合理運用到智慧農業中具體包含了以下幾點功能：第一，即時監測功能，在智慧農業生產設備中接入物聯網，可依托傳感器對大棚設施農業中相關數據信息進行收集，比如，棚內土壤溫度、空氣濕度、二氧化碳、土壤水分、光照、棚外風速、溫度等，借助物聯網將及時將數據傳輸給服務管理平臺，分析處理相關數據，農戶進行針對性地調整，確保農作物的良好生長。第二，遠程控制功能，在條件許可的農田、大棚中安裝機電設備，比如，電動灌溉系統、排風機、電動卷簾等等，農業管理人員通過收手機、計算機登入系統，對設施農業中的水閥開關、排風扇，卷簾機進行遠程控制，還可以根據設施農業的實際進去顧客，設定好控制邏輯，系統根據實際情況開啟或是關閉大棚機電設備。第三、查詢功能。實現信息查詢是物聯網技術的重要功能之一，即農業工作者可以利用信息終端設備，對智慧大棚的各類信息進行實時查詢，包括大棚環境條件、設備操作記錄、歷史影像及環境變化曲線等內容[3]。

另外，在登錄信息管理系統后，還能夠通過與網絡數據庫之間的信息互通，實現對市場行情、農業政策、專業通告等信息了解，解決信息不對稱的問題。第四、警告功能。警告功能屬于智慧大棚中的重要組成，即通過事先對各類信息設備設定閾值，一旦出現大棚傳感信息異常，將觸發報警功能，因此可以快速掌握并解決大棚出現的緊急情況，確保農產品的安全。

2.2 智慧農業下物聯網關鍵技術

2.2.1 RFID技術。RFID也被稱之為射頻識別技術，這種技術通過無線電訊號感知監測目標，并及時將監測數據記錄下來，RFID技術目前被應用到短距離的信息識別和傳輸，具體包含了三個方面，即，軟件處理系統、閱讀器、應答器。掃描速度快、耐久性高、數據記憶容量大，抗污染能力強是RFID技術顯著的特征，因此，當前被廣泛運用到物聯網中，智慧農業生產中，閱讀器獲取檢測目標信號后再依托天線散發射頻信號，在接受到信息后，軟件系統再處理相關信息，并將數據信息傳輸到閱讀器，再次進行數據分析，通過這樣的舉措，科學地控制信息數據。

2.2.2 傳感網絡技術。在設施農業中傳感網絡技術具有良好的應用空間，所謂傳感網絡技術主要就是通過傳感器形成網絡，在傳感網絡技術中具體包含了數據處理單位部件、通信部件、傳感器等，在智慧農業中傳感器可以分布各個環節中，采集或是傳輸信息。傳感器具有多種節點，并且其具有密集性、隨機性和較強的適應性。因此，傳感器只有具備了較強的能量儲備能力，才能最大限度地發揮自身的價值，在物聯網技術中傳感器是不可或缺的關鍵部門，傳感器可以促進傳輸層、應用層、感知層之間聯系，更好地為人與物，人與人信息交換、傳遞的交換夯實良好基礎。

2.2.3 WIFI技術。目前，WIFI技術深度應用于社會各領域，滿足了大眾網絡連接的需求。WIFI技術主要是依據其無線網絡傳輸協議，將網絡端與用戶端數據進行傳輸，其覆蓋距離一般為室內100 m，室外空曠地域可達200 m。將WIFI技術應用于智慧農業，可以組建完善的感應器傳輸網絡，實現各類信息數據實時傳輸，并利用交互技術進行遠程控制，由此可見，WIFI技術在物聯網技術應用中，占據著不可或缺的特殊地位。

3 智慧設施農業中物聯網技術的應用

將物聯網技術運用到智慧設施農業中，可以實現實時、多維度、動態化的采集農作物種植環境，基于種植專家知識系統對農作物進行自動控制，比如，病蟲害、施肥、灌溉等，物聯網技術在智慧大棚設施農業系統的應用廣泛。

3.1 系統設計要求

毋庸置疑，智慧大棚系統要全天候的監控設施大棚中的溫度、濕度、土壤環境、農作物生長狀態、大氣環境等，管理人員通過網絡互聯，檢測、管理大棚群，其中主要包含了三個維度，即，感知層、應用層、傳輸層，實施獲取大棚的傳感信息，對環境信息進行實時監測是感知層主要作用，傳輸監測數據到數據處理中心是傳輸層的主要作用。最后則是應用層對信息進行處理或是存儲，并將信息數據及時生成各種報告，最后根據系統的設定閾值提出告警提示。我們智慧設施農業具體結構層面來說，具體包含了數據處理中心子系統、實時監控子系統、寬帶環境感知子系統以及傳輸網絡子系統等。大棚感知系統主要依托傳感器科學的監測，設置大棚農業中的光照強度、二氧化碳、一氧化碳，監控大棚設施農業中的土壤PH值、溫濕度，通過互聯網技術確保設施農業的嚴格統一標準進行生產，促進設施農業生產效率的提升。

3.2 視頻實時監控系統

將物聯網技術中的視頻實時監控系統應用到智慧大棚設施農業中，主要就是通過無線高清視頻監控技術來監控大棚內的農作物的生長情況，內外環境等。縱觀當前在智慧大棚視頻監控模塊中主要包含了三部分，即終端信息系統、視頻數據分析處理、無線智能攝像頭，在當前的設施農業中無線智能攝像頭具有防涌浪、防雷、90°垂直旋轉、360°水平旋轉等室外防護能力，并且無線智能攝像頭可以基于不同的工作環境下進行分級管理，監控農作物的生長狀態。傳統大棚農業中管理人員需要監控多個視頻，管理范圍廣、工作負擔大，并且還會經常出現疏漏，其中存在大量未經處理的原始數據，一方面不僅會占有大量的儲存空間，另一方面也會因為數據繁多查詢方面存在較大的困難，將物聯網技術中的智能視頻監控運用到設施農業中，不僅可以提高視頻監控可靠性和時效性，還能大大地提高工作效率。

3.3 數據處理子系統

在智慧大棚系統的系統設計中，數據處理模塊所發揮的作用至關重要，其承擔著信息處理中心的功能，具體由視頻應用服務器、數據庫服務器、信息交換設備等諸多硬件構成。同時也包含了各類子系統軟件提供保障，如系統配置模塊、數據存貯處理模塊、視頻監控存儲模塊、信息遠程服務模塊等構成。

另外，數據處理子系統針對各自的功能及用途，可以設置不同的管理權限，在實際的管理中通過兩者的融合，使大棚感知信息處理指令得到落實，保證各類數據傳輸、指令執行、遠程監控等操作有效性，實現循環內的數據感知、接收及處理功能。通過數據存儲功能的應用，還可以建立數據庫系統，使原始數據能夠隨時調取。從數據處理子系統的操作看，主要是依賴于數據處理系統根據需求，向各子系統發關控制指令，如水泵地啟停、溫度的調控、病蟲害的預警等，均可以利用信息指令運行至執行端，提升大棚的智慧管理操作能力，全面展現物聯網技術的優勢。

3.4 無線寬帶網絡傳輸子系統

根據現代網絡傳輸技術的發展，無線寬帶已經成為網絡應用的基本形式之一，即應用Mesh網絡實施連接運行，如WIFI技術、自組網技術等。利用無線網絡的全方位覆蓋，能夠提升智慧大棚的管理性能，使其實現更強的抗干擾能力及穿透能力，并打破了傳統有線傳輸的弊端，壓縮了網絡信號傳輸的距離，使傳輸效率得到有效保證。

無線寬帶網絡傳輸利用其技術優勢，能夠保持較高的帶寬和頻率，可以實現視頻圖像、IP視頻會議、視頻電話等高質量傳輸，滿足智慧大棚的現代化管理要求。從系統的整體結構看，其中主要覆蓋Mesh設備、蓄電池、太陽能供電等設備，通常由傳感網將所采集的信息回傳至協調器節點，隨后由協調器與Mesh網絡節點實施通信連接，將所傳輸的圖像及數據等信息傳送至數據中心。經過數據中心一系列處理后，再將相關的控制及操作指令發送至各控制節點，從而完成無線寬帶的閉環操作。另外，Mesh網絡應用的優勢在于，其無需依賴大規模的基站支持，并且對具體的位置選擇也較為隨意，能夠適應國內復雜的地域，甚至是農村偏遠地區。因此，將其應用于智慧大棚之中，能夠更好地推進現代農業發展，為智慧農業提供更豐富路徑。