物联网在农业中的应用研究

信息与电脑2018年第17期China Computer&Communication网络与通信技术物联网在农业中的应用研究彭秀萍（成都大学 信息科学与工程学院，四川 成都　610106）摘　要：物联网在农业中的应用主要是运用各类传感器、采集器和感知技术收集农作物本体、种植、加工、存储等各个环节的相关信息，通过无线传感器网络、通信网络、互联网对获取的农业信息进行融合分析，从而得出农业生产中决策所需要的数据，并提供智能控制系统以自动调节农产品生长环境及营养。笔者从视频监控、环境监测及智能控制、品质溯源三个应用层面阐述了物联网技术在农业中的典型应用，指出了目前在应用中存在的问题，并提出了解决的方法。关键词：物联网；传感器；采集器中图分类号：S126;F49　　文献标识码：A　　文章编号：1003-9767（2018）17-155-03Research on Application of Internet of Things in AgriculturePeng Xiupingtechnologies to collect relevant information on crop bodies, planting, processing, and storage, and to integrate and analyze agricultural Abstract: (College of Information Science and Engineering, Chengdu University, Chengdu Sichuan 610106, China)The application of the Internet of Things in agriculture is mainly to use various sensors, collectors, and perceptual decision-making in agricultural production are obtained, and intelligent control systems are provided to automatically adjust the information obtained through wireless sensor networks, communication networks, and the Internet. Therefore, the data needed for in agriculture from three aspects: video monitoring, environmental monitoring and intelligent control ,and also quality traceability.it growth environment and nutrition of agricultural products. The author expounds the typical application of Internet of things technology points out the problems existing in the application, and puts forward some solutions.Key words: Internet of Things; sensor; collector１　引言　产增效、改善品质、提高经济效益的目的。我国是农业大国，但一直以来生产方式落后，在传统的２　物联网在农业中的应用架构　农耕模式下，农作物的种植、生产、管理、储存、销售一直物联网在农业中的应用基本上遵循物联网的通用架构，全程依赖人工，不仅效率低下，而且无法做到全过程的精细、分为感知层、传输层、应用层的三层结构。如图1所示。精准管理，导致农作物产量和品质都不能得到有效的提升。感知层主要是通过各类传感器、采集器、摄像头、近年来，随着物联网技术的兴起和发展，农业方面应用物联RFID、二维码、条形码等采集或接收农作物及相关信息，包网技术使规模化农业种、养植模式转向以信息技术为主要手括光、温度、湿度、水分、肥力、土壤墒情、土壤电导率、段,运用各类传感器、采集器、RFID、视觉采集终端等各类溶解氧与酸碱度等，以实现对农作物及相关环境信息的识别感知设备，广泛采集大田种植、畜禽养殖、设施园艺、水产和采集。同时，它还可以执行来自用户层的控制命令，如打养殖等领域的现场信息，充分利用无线传感器网、电信网和开或者关闭灌溉系统、释放氧气、增加温度或者湿度等操作。互联网等多种信息传输通道，实现农业系统多路径的可靠传传输层一方面将感知层采集到的各种信息通过网络输，最后对获取的信息进行融合处理，并通过智能化操作终（GPRS/4G/WIFI/LAN/Internet等）传输到应用层，供用户端实现农业的自动化生产、最优化控制、智能化管理、系统参考，同时，把来自应用层的各种控制命令传输到感知层。 化物流、电子化交易[1]，从而实现了农业作物本体和生产过农业物联网中的应用层主要包括三部分，一是各级用户，程的精准调控管理，加快转变农业发展方式，提高土地产出包括农业生产者、系统管理员、技术支持专家等；二是各种率、资源利用率和劳动生产率，推进农业科技创新，达到增终端，包括智能手机、平板电脑、计算机以及其他身份识别作者简介：彭秀萍（1976-），女，四川邛崃人，硕士研究生，讲师。研究方向：计算机应用、教育信息化。—　　　１５５　　　—网络与通信技术信息与电脑China Computer&Communication2018年第17期或标签读取设备；三是集成的农业管理信息系统[2]。用户通农作物在理想的生长环境下需要以上环境参数在一定的过终端读取信息数据和图像，并对农作物的相关环境、营养区间范围内，在部署农业物联网时可以对这些参数设置上下等进行调控。阀值，当采集到的数据超出了阀值上下限时系统可以自动向系统管理员和值班员发出报警信息，报警信息可以通过手机短信、系统窗口弹出推送或者自动拨打电话的方式及时到达用户端，方便用户及时了解并作出相应对策。在一个部署完整的农业物联网系统中，智能控制系统是必不可少的部分。智能控制是通过实时监测农业对象的个体信息、环境信息等，根据控制模型和策略采用智能控制方法和手段，对相关农业设施进行控制[1]。具体来说，当检测到的环境数据有异常时，系统发出预警，同时，可以自动启动并控制相应的设备来调节使之维持在标准的环境状态，常见的设备有：降温风机湿帘、加湿喷淋滴灌、调光遮阳板和补光灯，节水灌溉、自动喷洒系统与自动换气系统等。５　品质监管和溯源图１　农业物联网架构图随着生活水平的提高，人们对食品的安全、健康、品质３　视频图像监控越来越重视，农产品是每个人每天都必须消费的东西，一旦视频图像监控在农业物联网中的作用并不仅仅是防火、出现质量安全问题危害极大，且引起的社会负面效应不可估防盗，更重要的是它能直观反映农作物的实时情况，可以让量，如三鹿奶粉事件曾经让国产奶粉及整个奶制品行业都遭用户更加客观了解农作物整体状态、营养水平、是否有病虫受严重信任危机和沉重打击，经历数年才基本得以恢复。还害等，为用户的科学种植决策提供重要的依据。 有诸如苏丹红、地沟油、瘦肉精、镉大米、毒豇豆、毒大葱农业物联网的本质是通过物联网的信息化技术手段，获等事件层出不穷，这些问题的暴露和出现，说明在农产品的取多维度和多层次的环境信息和农作物情况，作为从业者不生产、供给，加工、销售流通过程中缺乏有效监管措施和手段，能仅仅依据某一方面的参数就作对应的决策。例如，通过传因此，迫切需要切实可行的适合现代化发展需求的高技术解感器获知农田存在缺水情况，但是可能因为田地的高低起伏决方案。而通过农业物联网技术建立起完善的农产品质量监不平可能存在水位差异，这时视频监控能够提供更加直观的管和溯源系统，是目前较好的一种方式。参考依据。又如发洪水农田被淹，可能这时人已无法去到具通过对农产品进行统一编码，采用全产业链的信息化管体位置查看作物受损情况，这时通过视频监控就能清楚了解。理技术，完整记录农产品从播种到销售再到用户端的所有相关视频监控的另外一个重要功能是对农作物的病虫害进行信息，方便用户及各个监管部门通过二维码或者电子标签查询预警及为远程诊断提供帮助，在发生病虫害时，利用图像识别追溯产品的履历信息，这些信息包括以下几方面。基本信息：技术，对农作物的叶状轮廓进行分析，对比健康状况下的形态，包括种子、幼苗来源产地、品种类型、种植时间、供货商等信息。当出现虫洞或枯萎时可以判断并提示农户产生了病虫害。（1）环境信息：包括温度、空气、土壤、水质、视频监控信当发生灾害时，现场人员的语言描述并不能及时形象地息等。（2）农事信息：包括除草、施肥、用药、浇水、采摘反映现场的完整情况，这样不仅延误诊断时机，滞后的治理及其他农事管理信息等。（3）加工信息：包括农产品的初加甚至会产生更大的经济损失。农业专家可以通过实时视频和工和深加工、添加剂料、作业环境信息、检验内容及责任人等视频截图了解现场的病虫害状态，对病虫害规模、病虫害的信息。（4）储存运输：包括农产品储存环境信息、时间、质特征进行实时统计分析，实时指导前端工作人员对病虫害进量检验、出库运输时间、路线、产品最终流向等各方面信息。行处理，将大大缩短病虫害的治理时间，最大程度减少由病借助完善的产品质量追溯系统，帮助农产品生产企业实虫害带来的经济损失。现对生产基地、环境信息、品种的电子档案化管理，有效满足企业对农产品生产加工环节的质量安全信息控制、信息跟踪４　环境数据检测及智能控制和追溯需求，有助于企业动态掌握产品质量信息。同时，消环境数据的检测主要是通过在农业生产现场部署各种采费者和各级监管部门借助于各种智能终端也可以查询所购买集器和传感器来实现。这些数据主要包括：土壤温度和湿度、的农产品质量溯源信息，例如，当某一产品出现安全问题时，土壤pH值、土壤水分、水位、空气温度和湿度、降雨量、风向、可以通过溯源系统找到哪一个环节、哪一种原材料出现问题，风速、气压、光照强度、CO2浓度与氧气浓度等。系统在收同时，能对该环节原材料涉及的同批次或者同原料食品进行集到这些数据之后经过应用系统的处理再以曲线或图表或者追踪，必要时可以召回或者冻结此批次产品流出，这样可以直接以数字的方式输出到用户的终端，用户可以任意选择使将食品危害降到最低，实现农产品质量安全责任追究，同时，用手机、PC或者平板电脑来进行观看和分析。满足消费者的知情权、选择权，提高企业产品形象、管理水平。—　　　１５６　　　—信息与电脑2018年第17期China Computer&Communication网络与通信技术６　存在的问题及解决方法业生产条件可控性较差、硬件设施环境恶劣也进一步增加了（1）虽然我国是农业大国，幅员辽阔，农业人口众多，部署和维护成本[3]。此问题的解决可尝试由政府或者大型企但是一直以来农业生产采用的是分散自主的生产方式，个人或业进行先期投入，随着应用的拓展采用租赁或者转让的方式者以家庭为单位的农业从业人员占绝大多数。而物联网在农业来逐渐回本盈利。中的应用无疑在规模化、集约化的农业生产中才能得到应用空间和市场，不过这种分散的现象在国家推进城镇化的过程中已７　结　语有了很大的改善。未来随着人口的进一步集中居住和社会生产物联网技术的应用未来将对人类生产与生活产生重大影分工的更加明确，规模化的农业在农业生产中的比重还会大大响，作为基础产业的农业怎样利用好物联网技术，用以提升提升，因此，物联网在农业中的应用空间也会更广阔。生产效率和品质，将在很大程度上影响我国农业产品的价值（2）农业从业者对于创新的科学技术应用效果和价值和竞争力，进而影响人们的生活水平。通过不断探索研究新存疑，像所有其他新生事物一样，人们对于物联网的认识、的衍生技术和应用，加强对相关基础设施的投资建设，物联理解和接受需要一个过程，目前物联网在农业中的应用仍然网在农业中的应用前景广阔。处于初级阶段，大多数的从业者仍然不能或者还没有机会看到物联网带给农业的改变。因此，还需要政府的相关单位以参考文献及物联网行业内的应用提供商通过不断宣传以及推出更多的[1]秦淮斌,李道亮,郭礼.农业物联网的发展及关键技标杆工程来提升广大农业从业人员对农业物联网的认知。术应用进展[J].农机化研究,2014(4):246-252.（3）物联网技术在农业中的应用还存在价格居高的问[2]张宇,张可辉,严小青.农业物联网架构、应用及社题，这也是制约物联网在农业中应用的原因。农业属于经济会经济效益[J].农机化研究,2014(10):2-5.收益率较低的产业，应用物联网不可避免地要兼顾效益和成[3]李灯华,李哲敏,许世卫.我国农业物联网产业化现本，而农业物联网对资金和设施的投入要求较大，此外，农状和对策[J].广东农业科学,2015(20):149-157.（上接第154页）耗。具体包括有三种情况：①I级隐患：T2-T1≤10 min；（1）当局站总负载电流变化与局站电费支出变化基本②II级隐患：10 min ＜T2-T1≤30 min；吻合，局站可考虑进一步节能；③III级隐患：30 min ≤T2-T1≤60 min。（2）当局站总负载电流变化向下、局站电费支出平稳需现（3）实际应用场核实是否存在偷电、漏电行为或进一步开展非生产用电节能；根据分析模型，对告警数据进行分析，发现蓄电池隐患（3）当局站电费支出变化向下、局站总负载电流变化情况。随着应用的延续，海量的数据将被积累，以蓄电池隐平稳该局站非生产用电节能减排工作成效明显。患分析模型为基础，借助大数据的分析思路，加入蓄电池厂家、使用年限等因子，补充完善模型，以此来实现无需人员４　结　语现场测试的蓄电池评估模型，此外，还为蓄电池管理工作提随着数据的积累，系统的迭代，动环集中监控数据分析供有力数据支撑，实现蓄电池品牌好坏的客观评价，更换周的运用更加广泛，通过释放维护人工、科学合理进行设备替期的科学计算。通过实际应用可降低人力成本和蓄电池的维换、维护和节能降耗等方面的效果更加日益明显，其经验也护及管理成本，实现运维成本的压缩和管理的精益。能复制到其他通信网络设备的维护中，将电信运营商网络运3.3　精益维护维升级及转型，实现有限运维成本的合理统筹。在蓄电池续航隐患分析应用的延伸中，探讨了如何利用大参考文献数据分析的思路降低蓄电池的维护及管理成本。通过对性能采集数据的进一步分析，发现通过对性能数据中总负载电流数据[1]倪昀炜.通信网络动力与环境集中监控系统设计与研究分析[D].上海:上海交通大学,2014.及能耗系统数据之间的对比分析，实现“跑冒滴漏”、节能降本。[2]巩欣,王居志.存量基站动环监控单元改造技术方案[J].具体思路：采集总负载电流数据，计算总负载电流变化电信技术,2017(1):29-32.率，若干个采样点变化率构成总负载电流变化率波动曲线；[3]陈海燕,刘晨晖,孙博.时间序列数据挖掘的相似性度采集能耗对应局站电费支出，计算局站电费支出变化率，若量综述[J].控制与决策,2017,32(1):1-11.干个采样点变化率构成局站电费支出变化率波动曲线，通过[4]光丽.通信机房动力环境监控系统分析[J].通讯世对两条曲线形态的对比可以实现“跑冒滴漏”并开展节能降界,2016(24):49-50.—　　　１５７　　　—