物联网技术在农业生产中的应用探究.doc

1、物联网技术在农业生产中的应用探究摘要：农业物联网应用的发展项目有很多,智能控制温室、自动室外气象监测、液肥精准投用、静电精准喷药等精准农业技术,实时定量监控在不同生长周期农作物所需的二氧化碳浓度、温度、湿度、光照等，调节肥料、农药的投入,帮助农民实现更精细的耕作，本文系统总结了物联网技术在农业生产中的应用。 关键词：物联网 精准农业 无限传感器网络 中图分类号：TN711 文献标识码：A 文章编号： 正文： 近年来，随着物联网技术在农业领域的使用，精准农业、智能农业、智能感知芯片、移动嵌入式系统应用等技术在现代农业逐步发展。物联网技术可以改变粗放的农业管理方式，通过无线传感器网络可以有效地降低

2、人力消耗，获得准确的农作物生态环境和农作物信息，实现科学种植，科学监测，对促进现代农业发展方式的转变具有十分重要的意义。 1、农业物联网的概述 农业物联网是建立农产品的动态实时监控、事后溯源的体系，主要由智能灌溉系统、综合控制中心、视频监控系统组成。它确定了对象的属性,属性包括静态和动态的属性, 动态属性需要先由传感器实时探测, 静态属性可以直接存储在标签中。 农业物联网需要识别设备完成阅读对象的属性，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；该对象通过网络传输到信息处理中心的信息，由处理中心完成物体通信的相关计算。 2、物联网的关键技术 2.1 射频识别(RFID) RFID 射频识别是一种非接

3、触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。最基本的 RFID 系统由电子标签、读写器和天线 3 部分组成。 RFID 系统基本工作原理是读写器发出含有信息的一定频率的调制信号，这个过程是通过天线来完成的;当读写器接收到电子标签发送过来的信号,经过解调和解码之后,将标签内部的数据识别出来,送至电脑主机进行有关处理。 当电子标签进入到读写器的工作区时,其天线通过耦合产生感应电流,从而为电子标签提供相应的能量,此时标签根据读写器发来的信息决定是否响应,是否发送数据。

4、 目前,在农畜产品安全生产监控、动物识别与跟踪、畜产品精细养殖数字化系统、农畜精细生产系统、农产品物流与包装等方面已正式应用RFID 技术。 2.2 无线传感器网络(WSN) 无线传感器网络是以自组织和多跳的方式构成的无线网络, 包括大量的静止或移动的传感器。其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。大量的传感器节点将探测数据,通过汇聚节点经其他网络发送给了用户。传感器网络实现了数据采集、处理和传输的 3 种功能,而这正对应着现代信息技术的三大基础技术,即传感器技术、计算机技术和通信技术。 在传感器网络中,传感器节点具有端节点和路由的功能:一方面实

5、现数据的处理和采集，对本身采集的数据和收到的其他节点发送的数据进行综合,另一方面实现数据的路由和融合, 转发路由到网关节点。 传感器节点数目非常庞大,通常采用不能补充的电池提供能量，传感器节点的能量一旦耗尽,那么该节点就不能进行。网关节点往往个数有限,能量能够得到补充。 路由功能和数据收集功能，对传感器网络的整个生命周期的直接影响。因此，传感器网络研究的是传感器网络节点。具体的应用不一样，传感器网络节点的设计是不一样的，但是基本结构是一致的。传感器网络中的节点一般是由处理器单元、传感器模块、无线传输模块和单元模块四部分组成，近年来，在农业领域特别是在精准农业中越来越多地应用。 3、物联网技术在

6、现代农业的初期应用 3.1 中国的精准农业 精准农业(Precision Agriculture)是按照田间各个操作区域的具体情况, 准确精细地调整各项土壤和作物管理结构,最大程度地优化和运用各项农业投资,以获取最高的效益和最多的产量,同时保护土地、保护农业生态环境等自然资源。 随着 GPS 系统(全球定位)、RS (遥感)、GIS 系统(地理信息)、DSS (决策支持系统)、VRT (变量处理设备)等技术的发展, 作为基于信息高科技的集约化农业，精准农业应运而生,并成为可持续农业发展的热门产业,其应用实践和理论的研究将极大地促进我国现代化农业的发展。 精准农业的目标在于资源的高效利用、农业生

7、产过程的改善及科学管理，实施精准农业不仅具有重要的经济效益,而且具有显著的社会效益、生态效益和环境保护效益。 3.1.1 智能化温室大棚 数字化温室大棚配有硬件设施和软件系统组成。硬件设备自动实时获取温室各种信息后，通过无线传输到控制中心，由控制系统做控制决策，从而自动控制风机、湿帘、卷模机和电磁阀，且控制器还控制整个温室水管管路的水压。安装的物联网信息采集与智能温室大棚系统共包括 6 个无线信息采集节点，分别安装在温室大棚的典型位置，每个节点均可以自动采集土壤温度、湿度、空气温度、湿度、光照强度、植物养分等信息。各节点采集的信息通过智能自组网方式向监控中心传递采集数据，监控中心对各个节点所采

8、集的实时数据进行处理，并结合专家系统知识产生相应控制量，通过无线发送控制命令到智能温室控制柜。实现温室内的自动灌溉、自动卷膜、自动通风、自动开关湿帘等全智能化自动控制。同时，该系统采样智能变频技术控制抽水泵自动工作，并保持管道内水压恒定。确保花卉和种苗生产便利和生产安全，节省电能。 信息采集 农业物联网应用所需的相关感器设备，主要包括：温度、水分、光照、土壤水分传感器、植物养分传感器、植物冠层信息传感器等，经过多年的实际应用，传感器设备性能稳定、对农业环境适应能力强、使用寿命长、维修维护工作量小。 信息传输 农业物联网无线传感节点 可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养

9、分含量等参数，其它参数也可以选配，如土壤中的 PH 值、电导率等等。汇聚并存储传感设备采集的数据信息，通过无线方式传送给无线传输路由器或者智能控制中心。 农业物联网无线传输路由器接收和汇集无线传感节点发来的数据，做临时存储，然后再转发给智能控制中心。 智能控制 农业物联网智能控制柜，包括开关量控制、模拟量输出控制、变频控制等，负责接收无线传感节点和无线传输路由器发来的数据，然后存储并显示实时数据，最后对所有节点的数据进行管理、动态显示和分析处理，以直观的图表和曲线的方式显示给用户，并根据现场的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息等。 数字化温室大棚安装后，智能温室信息采集与控制系统一直正常运

10、行。在行自动控制模式下，自动信息的感知、无线传输和智能控制。如传感器感知土壤水分不够时，将自动开启电磁阀进行灌溉；当感知水分满足要求时自动停止灌溉，实现高智能化程度的自动灌溉。同样，当温室大棚内温度高于 36 度时风机将自动开启，直至温度低于 35 度风机自动停止。当大棚温度达到 40 度以上时，控制系统将自动开启湿帘和风机，进行对流降温。软件界面如图所示。同样，该系统也可以根据光照强度实行卷膜自动控制。真正实现了智能温室控制。 动态实时监测温度、湿度、CO2 含量、风速、风向、雨量等变化，通过智能控制系统、加湿系统、通风系统、遮阳系统及加热系统，自动实现保湿、通风、光照的调节，以达到调节产期

11、，促进生长发育，提高质量和产量的目的。 3.1.2 远程视频监控系统 远程视频监控系统 远程视频监控系统是一个融合传统监控和传统会议功能，无线接入和有线接入，宽带技术与窄带技术，视频业务、语音业务、数据业务和指挥调度业务于一体的综合监控系统。通过该系统，可以监控现场情况，可以与监控点之间实现语音双向对讲，可以通过车载设备远程实现对突发事件现场的监控和处理；可以通过手机查看监 控现场的情况，也可以点播历史监控录像。 3.1.2 生物传感器 生物传感器具有接受器与转换器的功能，是一种对生物物质非常敏感并将其浓度转化为电子信号进行检测的仪器，是用固定化的生物敏感材料作识别元件(包括抗原、抗体、微生物

12、、细胞、酶、组织、核酸等生物活性物质)与适当的理化换能器(如氧电极、场效应管、光敏管、压电晶体等)及放大信号装置构成的分析系统或工具。 生物传感器是一门由化学、物理、生物、医学、电子技术等多个学科相互渗透而成长起来的高新技术。因其具有灵敏度高、分析速度快、选择性好、成本低、在复杂的体系中进行在线连续监测,特别是它的高度微型化、自动化与集成化的特点,使其在近几年获得非常迅速的发展。在国民经济的各个部门如制药、化工、食品、临床检验、环境监测、生物医学等方面有广泛的应用领域。特别是光电子学、分子生物学与微电子学、纳米技术及微细加工技术等新学科、新技术结合,正改变着环境科学动植物学、传统医学的面貌。

13、生物传感器的开发与研究,已成为世界科技发展的热门产业,成为新世纪新兴的高技术产业的重要组成部分,具有十分重要的意义。 3.2 农产品质量安全监督检测 目前,我国食品安全事故频发,其中很重要的一个原因就是缺乏对食品的监管,物联网给食品监管提供了一个有效的工具。国内已出现“食品安全追溯系统”,将 RFID 技术应用于畜牧业食品生产的全过程,包括饲养、防疫灭菌、产品加工、食品流通等各个环节。 如给生猪带上 RFID 的芯片,监控生猪的整个生命过程,从出生、生长到屠宰、销售。尤其是在生猪的生长过程中,可以检测其生长环境和体温等数据,而在生猪屠宰后,在农贸市场的猪肉经营店配备电子溯源秤,消费者在购买猪肉

14、时可索取含有食品安全追溯码的收银条,凭借收银条上的追溯码查询生猪来源、屠宰场、质量检疫等多方面信息。 4、农业物联网发展展望 农业物联网应用的发展项目有很多,智能控制温室、自动室外气象监测、液肥精准投用、静电精准喷药等精准农业技术,实时定量监控在不同生长周期农作物所需的二氧化碳浓度、温度、湿度、光照等，调节肥料、农药的投入,帮助农民实现更精细的耕作。 通过在农业园区安装生态信息无线传感器和其他智能控制系统,可对整个园区的生态环境进行检测,从而及时掌握影响园区环境的一些参数,并根据参数变化适时调控诸如灌溉系统、保温系统等基础设施,确保农作物有最好的生长环境,以提高产量保证质量。 5、结语：从不同

15、阶段农产品生产来看,无论是从种植的培育阶段，还是从收获阶段,都可以用物联网的技术来提高精细管理水平和工作的效率。农业物联网技术的应用推广,也是农业现代化水平的一个十分重要标志。农业物联网的迅速发展,将为中国现代农业发展与世界同步提供一个国际领先的崭新平台,也必将为传统农业改造升级起到巨大的推动作用。 参考文献: 1吕廷杰.物联网的由来与发展趋势J.信息通信技术,2010(2):28-30. 2黄涛.物联网技术与应用发展的探讨J.信息通信技术,2010(2):56-58. 3杜天旭,谢林柏,徐颖秦.物联网的关键技术及需解决的主要问题J.微计算机信息,2011(5):38-41. 4夏晶.物联网技术在现代农业中的应用J.电脑知识与技术,2011(12):8-10. 5陈秀敏 物联网技术在森林管理中的应用与发展 吉林林业科技