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浅谈智慧农业物联网的应用

2020-04-14

随着科技的进步和各领域的产业升级,物联网应运而生。物联网等信息技术与农业的结合产生了智慧农业的应用,例如,设定好科学值,每当大棚内环境出现超出范围的变化,系统会自动提醒。在手机能进行通信的地方就能进行信息采集和控制。操作人员一手拿着智能手机就可以使用蔬菜大棚智能管理系统,操作人员在手机屏幕上轻轻一点,远方大棚内的灯光就能在瞬间全部亮了起来。通过这种智能管理平台的应用,农作物的幼苗成活率从过去的40-50%提高到目前的现在的90%以上。这正是智慧农业的一种应用场景,也是智能农业对农业生产水平提高的体现。

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  1、智慧农业的内涵

  智慧农业目前没有标准的定义。下面列举一些学者和专家给出的他们自己对于智慧农业的理解。

  在2009年的中国农村信息化年度峰会上,北京农信通公司董事长李愚对智慧农业进行了阐述。他指出智慧农业是指通过计算机、物联网等高科技的综合应用,使农业生产向精准农业、智慧农业方向发展,通过农业产业升级提高农业生产效率。

  中国农业科学院农业信息研究所周国民在《浅议智慧农业》一文认为智慧农业是利用现代信息技术,与感知技术、智能控制技术结合,更加智慧提高农业系统竞争力、促进农业可持续发展,实现有效降低能耗和环保的农业发展目标。

  从这些定义可以看出,与传统农业或者在农业中引入简单的信息化手段相比,智慧农业属于农业信息化的高级阶段,是物联网等信息化技术的深入应用。其内涵主要是通过智能化实施采集农业生产环境并对生产环境进行控制,对农业生产进行标准化生产,进行高效的农业生产,实现农业集约化发展,并通过智慧农业系统,为农业生产者提供信息化服务。通过智慧农业将技术应用到农业生产,从而实现农业生产的集约化管理和规模经营,将信息化技术应用到农业生产中,智能化决策系统??用到到农业生产中,使传统农业生产逐步提高到智慧农业生产阶段。

  2、智慧农业物联网三层体系架构

  基于物联网的智慧农业系统分为三个层次:感知层、传输层(网络层)和应用层。

  (1)智慧农业感知层

  该层主要包括农业生产场景中各种农业生产信息的采集,进行智能控制的信息的接收和执行。可以通过各种设备(主要是各种类型的传感器设备)采集的农业现场的信息包括很多种。

  (2)智慧农业传输层

  传输层是智慧农业的神经中枢,该层的主要涉及将感知层采集的各类信息,通过物联网网络进行汇总,并将各种农业信息进行融合,通过有线或无线方式,向智慧农业信息平台网络发布。网络层包含通信技术与计算机网络技术的结合的网络、信息中心和数据处理中心等。

  (3)智慧农业应用层

  该层涉及的任务是将传输来的信息进行分析和处理,并根据信息进行分类和数据挖掘,为农业决策提供数据依据,并对农业生产设备进行远程控制,农业生产智能化和智慧化。

  3、智能农业温室大棚设计

  智慧农业系统将将信息化、智能化等高科技技术应用到农业生产,提高农业生产效率,常见的设施就是智能农业温室大棚。

  3.1 智慧农业温室大棚系统结构

  基于物联网技术的智能温室大棚系统是将无线传感网络、视频监控系统、移动互联网业务平台、电机设备、智能温室大棚管理系统以及用户终端设备等组合起来,远程采集温室内的各种农作物生长的环境参数、通过各种数据的分析处理可以对温室内的农作物生长情况进行远程诊断,能人工或自动操作远程物联网智能设备、进行系统配置,实现远程适时便捷的控制功能。温室管理者也可根据采集的信息或处理分析后的数据,利用固定设备或移动设备(如手机)终端进行远程操作,选择实现温室大棚的智能设备控制功能。

  从系统组成上,基于物联网技术的智能温室大棚涵盖了物联网技术所涉及的三层结构,即全面感知、可靠传输层及智能应用层。

  3.2 Zigbee网络

  作物生长的各种环境参数如温度、温度、光照、PH值等需要对应的传感器转换成电信号以便系统的分析与处理。Zigbee网络是一种点对点网络,可应用于有线设备难以部署的区域,它不需要固定网络支持,具有快速展开,抗毁性强等特点,在农业农情监测上具有突出的优点。Zigbee定义了三种节点:Zigbee协调节点(Coordinator)、路由节点(Router)和终端节点(End Device)。

  3.3 网络传输

  温室大棚现场、服务器和终端设备之间主要依靠4G网络和Internet实现相互通信。我们可以把传感器网络、摄像(照相)设备采集的数据通过4G网关转发至运营商的4G网络,最终传输到位于Internet上服务器的智能大棚管理系统。

  4G网关(Gateway)是通过4G网络接入互联网设备,是物联网温室大棚现场与互联网连接的枢纽。通过4G网关将4G移动通信网络与无线传感器网络、视频监控系统、PLC电机控制设备等融合起来,将物联网系统中不同速率、不同类型的应用业务提供一个适合的网络传输平台。4G网关感知来自Zigbee无线传感器网络的信息(各传感器采集的数据信息),接收来自客户端的设备的控制信息,从而实现对无线传感器网络的实时感知,对相应PLC电机设备的自动和手动控制。

  4、软件设计模型

  根据智慧农业生产需求以及软件设计方法,将该智慧农业系统软件设计划分为用户界面子层、业务逻辑子层、应用服务子层三层。用户界面子层是人机交互的接口,业务逻辑子层是系统的核心功能部分,应用服务子层是包含信息存储和网络通信模块等。

  5、总结

  通过基于物联网技术智慧农业系统总体技术体系及结构框架,我们对智慧农业系统及软硬件设计有了初步的了解。智慧农业将会在我国使用越来越广。