基于5G和物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺

王恪靖

摘要：改革開放以來，我國科技水平迅速發(fā)展，5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應運而生。目前，我國農(nóng)業(yè)正處在數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展階段，對智慧農(nóng)業(yè)的需求日趨迫切。5G與物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)深度融合，能有效為智慧農(nóng)業(yè)平臺提供基礎(chǔ)。通過5G和物聯(lián)網(wǎng)實時獲取農(nóng)業(yè)各個層面信息，利用云服務(wù)分布計算存儲性能對數(shù)據(jù)分析處理，可提升大數(shù)據(jù)平臺應用價值，為農(nóng)業(yè)園區(qū)提供相應的AI能力和定制化管理服務(wù)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)字化。

關(guān)鍵詞：5G;物聯(lián)網(wǎng);智慧農(nóng)業(yè);大數(shù)據(jù);管理平臺

引言

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是國家現(xiàn)代化的重要標識，智慧農(nóng)業(yè)（即農(nóng)業(yè)信息化）是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，也是實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要途徑。智慧農(nóng)業(yè)是充分利用現(xiàn)代科學技術(shù)，使之與農(nóng)業(yè)種植深度結(jié)合，從而實現(xiàn)對土地、農(nóng)作物的無人化和智能化管理。智慧農(nóng)業(yè)是我國實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化目標、加速我國由農(nóng)業(yè)大國向農(nóng)業(yè)強國轉(zhuǎn)變的重要選擇，IoT（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)作為一種新型且成熟的現(xiàn)代通信技術(shù)，是農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)的重要手段，可以有效支撐農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展、轉(zhuǎn)型和升級。通過建設(shè)基于物聯(lián)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)，進而不斷促進我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，對于促進我國經(jīng)濟健康可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。如何利用成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)賦能智慧農(nóng)業(yè)，是我們研究的重要內(nèi)容。

1物聯(lián)網(wǎng)含義

物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，簡稱IOT），它是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，通過全球信息定位系統(tǒng)、激光掃描器、紅外線感應器等裝置，實時采集信息并且通過網(wǎng)絡(luò)接入，將物與人，物與物相互連接，并進行交換信息和通信，實現(xiàn)管理、識別、定位和監(jiān)控的巨大網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵技術(shù)有射頻識別技術(shù)、傳感網(wǎng)、Machine-to-Machine/Man（M2M）和云計算。龐大的數(shù)據(jù)信息來源于物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)通過收集和分析用戶行為來為物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)提供有效的信息和有用的分析結(jié)果，從而獲得實用價值，而云計算則是大數(shù)據(jù)應用的基礎(chǔ)，沒有云計算設(shè)施，無法實現(xiàn)大數(shù)據(jù)計算。互聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)事物和事物之間以及人與事物之間的溝通，云計算是物聯(lián)網(wǎng)的中心神經(jīng)功能。

物聯(lián)網(wǎng)對于通信對象和過程來看分為三層，即整體感知層，利用感知設(shè)備獲取各類信息;可靠傳輸層，利用互聯(lián)網(wǎng)和無線網(wǎng)的融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和時效性的傳送;智能處理層，利用各種智能技術(shù)，將獲取的數(shù)據(jù)和信息進行分析處理。

2 5G和物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺建設(shè)

2.1農(nóng)作物5G視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)園區(qū)地廣，監(jiān)控覆蓋范圍較大，較偏遠區(qū)域的視頻監(jiān)控可以結(jié)合5G高帶寬、低延時的技術(shù)特點，采用5G無線傳輸技術(shù)，通過5G通信模塊連接前端攝像頭，實現(xiàn)視頻監(jiān)控快速布設(shè)，實時回傳視頻信號。用戶只需要通過手機或者電腦就可以對農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)園的情況進行遠程查看。管理人員可以做到遠程輕松監(jiān)控、管理作業(yè)生產(chǎn)。此外，系統(tǒng)利用視頻圖像和防盜周界電子圍欄可對人員非法闖入進行預警，支持農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測、農(nóng)作物生長情況監(jiān)測等，與病蟲害、災情等系統(tǒng)聯(lián)動結(jié)合，對突發(fā)或蟲害情況進行預警。

2.2節(jié)水灌溉系統(tǒng)硬件

硬件設(shè)備屬于節(jié)水灌溉系統(tǒng)完成土壤環(huán)境監(jiān)測、節(jié)水灌溉的重要物質(zhì)條件，各個傳感器節(jié)點由電源模塊、處理模塊、土壤環(huán)境監(jiān)測傳感器構(gòu)成。電源模塊主要提供工作電源，處理模塊負責土壤信息采集與處理，監(jiān)測傳感器則負責實地采集土壤數(shù)據(jù)。各個傳感器節(jié)點可收集與處理土壤環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，借助通信節(jié)點傳輸?shù)浇K端設(shè)備。用戶能夠借助客戶端，監(jiān)控土壤環(huán)境，控制灌溉設(shè)備，科學開展灌溉作業(yè)。

2.3種植基地篩選

有機農(nóng)作物種植期間，應注意種植區(qū)域周圍的環(huán)境生態(tài)，故需在傳感技術(shù)的監(jiān)控下探討水資源、空氣質(zhì)量、環(huán)境生態(tài)等方面的情況，確保種植期間各項參數(shù)指標均達到蔬菜的生存需求。因此，有機農(nóng)作物種植需注意切記不可在該區(qū)域混合種植其他作物，同時在自動化控制系統(tǒng)中標識該區(qū)域為“有機蔬菜種植區(qū)”。在此過程中，應借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行人為隔離，尤其是應當在不同作物的交界處設(shè)立隔離帶，以此區(qū)分綠色蔬菜和有機蔬菜的種植狀態(tài)。通過保護有機蔬菜的生產(chǎn)基地，及時監(jiān)控各類有機物的生長狀態(tài)，可提高有機植物的品質(zhì)。

2.4農(nóng)作物病蟲害智能識別子系統(tǒng)

針對農(nóng)作物病蟲害生態(tài)防控需求，利用遠程拍照式巡航無人機、遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)、手機App拍照識別等方式，5G病蟲害識別模型/智能決策系統(tǒng)可通過終端設(shè)備提取圖像數(shù)據(jù)，基于5G將數(shù)據(jù)自動上傳至MEC邊緣云或中心云服務(wù)器。該系統(tǒng)通過云端圖像信息庫及AI分析功能，實時分析田間農(nóng)作物的病蟲害情況，自動診斷識別病蟲害，聯(lián)動病蟲害知識庫及專家系統(tǒng)可實現(xiàn)專家遠程咨詢診斷，對病蟲害、災害進行預防，對種植進行科學的農(nóng)技指導。

2.5溫室環(huán)境控制單元硬件組成

溫室環(huán)境控制單元由農(nóng)機裝備和安裝在上面的控制器、繼電器、傳感器組成，通過控制卷膜、卷被、通風、加溫、二氧化碳、水肥一體化等農(nóng)機裝備，實現(xiàn)溫室環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)。控制器采用CC2530芯片，通過ZigBee無線傳輸技術(shù)接收溫室智能控制終端發(fā)出的控制指令，驅(qū)動繼電器輸出電路，實現(xiàn)日光溫室農(nóng)機設(shè)備的開啟關(guān)閉等功能。傳感器可以監(jiān)測農(nóng)機裝備的執(zhí)行狀態(tài)，進行數(shù)據(jù)反饋調(diào)節(jié)，使水肥一體化、二氧化碳等設(shè)備實現(xiàn)定量控制。

結(jié)語

“聯(lián)網(wǎng)農(nóng)場”是農(nóng)業(yè)的未來，物聯(lián)網(wǎng)思維正在改變著日常的農(nóng)業(yè)實踐。5G和物聯(lián)網(wǎng)的應用有助于增加整個農(nóng)業(yè)價值鏈的營業(yè)收入，因而已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向。利用5G和物聯(lián)網(wǎng)提供的實時數(shù)據(jù)，農(nóng)場主可以隨時隨地獲取其資產(chǎn)的最新信息，包括農(nóng)作物、機械和市場等。當前，隨著5G的發(fā)展和普及，網(wǎng)絡(luò)的智能程度和安全性在不斷提高，農(nóng)業(yè)的未來在于5G、NB-IoT等無線連接，MEC邊緣云平臺近端處理和中心云大數(shù)據(jù)平臺的深度分析計算，應用層各系統(tǒng)歸集各類農(nóng)機設(shè)備及終端的海量數(shù)據(jù)，完成大數(shù)據(jù)收集、分析、匯總、呈現(xiàn)，最大限度地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和農(nóng)業(yè)數(shù)字化、智能化水平。

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