物联网在智能农业上的应用浅析

物联网在智能农业上的应用浅析1（，，400054）摘要:民以食为天，农业涉及的是人民生存发展的最根本的命脉。在科学技术飞速发展的今天，传统农业在生产、管理中均过于粗犷化，已不能满足现在合理种植的要求。同时，随着物联网信息技术不断飞速的发展，将物联网应用于农业，带动农业的信息化、智能化具有非常重要的意义。本文在对物联网进行简要介绍的基础上，浅析了物联网在智能农业上的应用，以期提高农业生产力，发展优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业，为我国的农业现代化提供一定参考。关键词:物联网，智能农业，射频识别，Zigbee中图分类号：TP39文献标识码：AAnalysisofThingsapplicationsinthesmartagricultureTangRui(ChongqingUniversityofTechnology,CollegeofComputerScienceandEngineering,Chongqing，400054)Abstract:Foodisinvolvedinagricultureisthelifebloodofthepeople'smostfundamentalsurvivalanddevelopment.Intherapiddevelopmentofscienceandtechnologytoday,traditionalagriculturalproduction,managementofbothtoorough,cannotmeetthegrowingdemandsreasonablenow.Meanwhile,withtherapiddevelopmentofinformationtechnology,networking,networkingwillbeusedinagriculture,promoteagriculture,information,intelligencehasaveryimportantsignificance.BasedonthebriefintroductionofthingsontheAnalysisofthethingsontheapplicationofintelligentagricultureinordertoincreaseagriculturalproductivity,developinghigh-quality,sustainableagriculturaldevelopmentofhigh-yield,lowconsumptionandenvironmentalprotection,toprovideforthecountry'sagriculturalmodernizationcertainreference.Keywords:theInternetofthings,intelligentagriculture,RFID,Zigbee1.引言农业一直是我国国民经济的基础，为我国经济的发展和社会的稳定提供了一定的物质基础。我国不同地区的自然条件和社会条件差异很明显，传统的农业劳动生产率比较低，而大量的劳动力又被束缚在农业上，这对我国的经济发展很不利。随着机械化农业所带来的优势虽然大幅度的提高了农业生产率，但是我们也要清醒的看到它所带来的问题：农产品质量的下降、水土流失、资源的浪费、农药污染以及水污染等一系列的环境保护方面的问题。发展精准农业已成为数字农业的核心，精准农业对提高农作物产量、合理分布农业资源、改善生态环境、提高生产效率及降低生产成本等方面有积极的作用[1]。随着全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感系统（RS）、射频识别系统（RFID）和智能控制系统（ICS）等的迅速发展，将物联网现状技术应用于农业，实现农业的信息化、智能化已成为农业发展的潮流。本文的研究目的是通过学习相关的理论文献，学习和吸收国际上已经取得的比较成熟的先进技术和经验，同时结合我国目前物联网产业、农业的发展现状，浅析物联网在智能农业上的应用，为我国的农业集约、高效和可持续发展提供参考和借鉴。2.物联网2.1物联网的发展现状及为来趋势物联网到现在为止还没有一个约定成俗的公认概念。早在1999年我国就提出了网联网这个概念，它是在互联网的基础上通过射频识别（RFID）、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等信息传感设备，按照预定的协议把任何物品与互联网连接起来，进行信息的交换和通信来实现智能化识别、监控、定位、跟踪和管理的一种网络概念[2]。具有普通对象的设备化、服务的智能化和自治终端互联化等三个特征。在我国的应用领域非常的广，包括了医疗健康、智能交通、农业监测、平安家居和物流等各方面。2.2物联网相关技术2.2.1射频识别RFIDRFID(RadioFrequencyIdentification)是物联网最前端的感知层的重要技术支撑[3]。它是通过射频信号自动地识别目标对象并获取需要的信息，识别工作无需人工干预。一般是由标签、天线和读写器三部分组成，大量应用在公路收费、货物跟踪、生产自动化和身份识别等领域。2.2.2传感器与传感网传感器是对感知节点信息的及时和准确的获取，是世界上普遍重视和大力发展的高新技术之一[4]。传感网SN（SensorNetworks）是将信息采集、数据传输和信息处理进行综合化管理的信息系统，具有很广阔的应用前景。主要用于军事国防、电子学、生物学、农业、医疗等领域。该技术和我们的生活、工作息息相关。传感网的组成结构如图2-1所示。图2.1传感网的组成结构2.2.3无线通信网络无线通信包括了移动通信系统、卫星通信和宽带无线接入等范畴。无线通信的基本原理是发送端将用户信息加载到电信号上，利用电磁波等发送到远方，接受端将接受到的电磁波信号转换为电信号，把加载了用户信息的信息交给用户。无线通信具有开放性、灵活性和易干扰性等特点[5]。3.物联网在智能农业上的应用3.1基于物联网的农业大棚大棚的控制系统是利用物联网系统的各种传感器设备实时的对影响作物的生长环境的因素进行检测（如用温度传感器检测温度，湿度传感器检测湿度，PH值传感器检测PH值等），再将检测得到的数据添加到自动控制系统中，为农作物提供良好的生长环境。技术人员通过远程控制不必去大棚便可直接获取环境参数，方便控制大棚的环境。使用无线网络可以使对作物生长条件的测量和对温室的调控更加科学、精准，还可以提高农作物的产量和质量、调节农作物的生长周期、为农业生产带来巨大的经济效益和社会效应[6]。物联网在农业大棚的应用主要包括三个方面：即终端数据采集部分(温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、离子传感器、生物传感器、CO2传感器等设备)，本部分主要是通过安装各种传感器进行数据的采集，利用无线传感器节点对数据进行收集，把收集到的信息发送到基站。其功能如下：(1)采集大棚中各处的空气温湿度、光照强度、土壤湿度、二氧化碳浓度数据等。(2)与基站进行交互，执行基站发送过来的命令，比如开启遮阳帘、洒水、通风、洒农药等。(3)定时将采集到的数据包发送给基站，保持与基站的实时通讯。(4)开启表示通讯正常的标识。(5)实时的进行各项数据的监控。(6)可根据自身电源损耗情况，在需要充电的情况下发出提示声。基站(包括无线传输、命令接收器等)，本部分主要是把从传感器节点接收到的信息发送出去。发送的方式有多种，可以是利用GPRS通信模块用WEB形式发送出去，也可以通过现场的LCD显示器显示，大棚的管理人员可以通过LCD显示器查看大棚内的温度、湿度等信息。还可以以GSM模块以短信发送，连接相关人员手机接收GSM发送过来的短信。其功能如下：(1)实时的与多个传感器保持通信连接。(2)接收来自传感器的数据。(3)实时的与监控终端保持通信连接。(4)定时将接收的来自传感器的数据进行上传至监控终端。(5)接收来自服务器的操作命令。(6)对布置于大棚内的各个机械装置进行命令操作，例如：洒水器。服务器端远程监控(B/S架构的管理系统、后端存储数据库以及支撑其运行的服务器)。本部分操作人员要登录我们的系统对整个大棚内的各种数据进行查询、分析，针对有预警的数据信息进行调整。物联网在大棚的应用效果图如图3.1，3.2所示：图3.1智能大棚网络结构图3.2智能大棚效果图3.2基于物联网控制农业灌溉系统农业节水灌溉平台的建立是通过传感器对土壤中水分的感应，对灌溉系统进行有效的控制从而达到自动节水、节能的目的，完善农业节水灌溉平台，实现节水、节能、高效的目标。我国用水总量的七成是用于农业灌溉。调查发现，平均每年全国因灾减产粮食的近半成是由干旱造成的，由此造成的受灾面积也有两千万公顷之多。我国农业生产中对灌溉用水的利用率一直不高，导致农业灌溉用水利用率低、浪费的主要原因是技术和管理水平的落后。为了提高灌溉用水利用率，可根据土壤墒情信息的监测情况，对灌溉时机和水量进行实时控制。若采用人工对墒情进行定时测量的方法，不仅会过度的浪费人力资源，而且不能够保证监控的实时性；测控系统若采用有线的形式，布线会增加成本，难扩展，影响作物的耕种。所以，节水灌溉控制系统设计的理论基础是在无线传感器网络，系统采用ZigBee自组网，把低功耗的无线传感器网络节点连接起来，这样就减少了布线成本、布线带来的农田耕作不便和灵活性差的问题，不仅可以实时监测到土壤墒情，还可实现自动化控制农田灌溉，节省灌溉用水，缓解用水紧张，保证农作物良好的生长环境。系统是底层为多个具有监测数据采集功能的ZigBee监测网络构成的混合网，每个网络都有它们各自的网关节点及几个关于土壤湿度的数据采集点。ZigBee监测网络使用的是星型结构，把网关节点作为每个监测网络的基站。能够自动的建立和维护网络、汇集数据，在监控中心与监控网络之间传递信息成为了网络关节点的两个功能。该系统可实现自动组网，新添加的无线传感器节点会在无线网关处于监听状态下被网络自动发现，无线网关会接收到无线路由传来的信息，自身进行编址并分析路由信息，并对设备关联表及数据转发表等进行更新。智能灌溉系统的基本构成是无线传感节点、无线路由节点、无线网关和监控中心，在ZigBee自组网的基础上，利用2G/3G网络完成无线网关和监控中心之间墒情、控制信息的传输。墒情信息是利用传感节点访问温湿度传感器得到的，并通过分析采集的信息来选择要实施的灌溉方案，选择具体方案时依据预设的湿度上下限。传感节点都是利用电池供电，且可实时监测电池电压，如果电压过低节点就会报警，节点接收到报警便会进入休眠状态，电充满时便恢复工作状态。这些传感器节点主要是由无线网关连接ZigBee无线网络与2G/3G网络进行管理，可以说是整个系统的核心。多跳网络会由传感器节点与路由节点自主生成。监测区域内的温湿度传感器会依据就近的原则选取无线路由节点来传递监测数据，路由节点遵循路由算法获得合适的路径，创建对应的包含自身和邻居网关信息的路由列表。利用网关传送数据到远程监控中心实现用户远程控制。4.总结本文在简要介绍物联网的基础上，浅析了物联网在智能农业上的应用，主要从理论上分析了物联网在智能农业大棚和智能灌溉上的应用，研究的下一步将放在具体应用上，设计一个切实可行的物联网智能农业大棚或灌溉系统。5.参考文献[1]习戎恺，杨星卫，段项锁.精准农业的研究应用现状和发展趋势(综述)[J].上海农业学报，2000，16(3):5-8[2]蔡日梅.物联网概述[J].电子产品可靠性与环境试验,2011,2(1):59-64.[3]于浡.射频识别技术简介及其在库房管理中的应用[J].经济技术协作信息，2010，(28）：106-106[4]孙雨耕，张静，孙永进等.无线自组传感器网络[J].传感器技术学报，2004，(2):331-335.[5]原界，苏鸿根.无线通信网络[J]，计算机应用软件，Vol.21，No.6，89-91[6]何勇，赵春江，杨青，洪添胜等.精细农业[M]，杭州:浙江大学出版社，2010.12