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物联网技术在智能农业中的应用

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摘要：物联网技术是传感技术、互联网技术、通信技术等综合的产物。把物联网技术引入温室大棚，实现远程监控与管理，改变传统的农业管理经营方式，降低成本，提升农业生产效率。

Abstract： The Internet of Things technology is a comprehensive product of sensor technology， Internet technology， communication technology and so on. The Internet of things technology is introduced into greenhouse to realize remote monitoring and management， change the traditional agricultural management and operation mode， reduce costs and improve agricultural production efficiency.

关键词：物联网技术;传感技术;互联网技术;通信技术;智能农业

Key words： the Internet of Things technology;sensor technology;internet technology;communication technology;the intelligent agriculture

中图分类号：TP391;TN929.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）10-0209-02

0? 引言

随着网络和通信技术的迅速发展，物联网技术的发展也不断升华，国家工业和信息化部在2012年2月14日发布了《物联网“十二五”发展规划》，从此，物联网技术被提升到了国家战略性高度。同时，为智能农业的发展提供了机遇。

中国是世界上的农业大国，农业在国民经济中占据着重要地位。为了改进传统农业的生产方式，提高生产效率，应用新技术满足农业现代化发展的需要。所以，在农业生产中引入物联网关键技术，加快农业现代化、信息化建设的进程尤为重要。基于物联网关键技术的智能农业通过RFID技术、M2M技术、传感技术、数据挖掘与处理技术等的应用，利用公共互联网（Internet）和无线网络（GPRS、3G等），将农业现场底层的感知设备如各种传感器、监控设备、农机设备等入网关联。感知层检测的各种信息通过网络传输到最高层即系统的应用层供用户查看和管理。这样，用户通过监控可实时查询农业大棚或田间的状况以及所有的设备信息，并且可以远程遥控相关的农业机械设备。此外，当农业大棚或田间有突发情况发生时，系统会自动启动报警装置及时通知用户。

目前，物联网技术在农业领域的应用得到了快速的发展，并且前景广阔。物联网技术是加快农业现代化发展的重要途径，更是农业领域研究的热点。

1? 物联网技术

物联网即“物物相连的互联网”，物联网技术是指通过传感器技术、RFID技术、GPS技术、无线传感技术等将信息传感设备与互联网相连接，按约定的协议，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。通过物联网技术对各种设备进行识别、管理以及信息的交换和传输。将物联网技术应用于农业，其最大的优点就是降低成本、提高经济效益。当前，物联网技术一直处于不断探索、升级的状态，一般将物联网分为3个层次：感知层、网络层、应用层。

2? 基于物联网的智能农业

现代农业正在朝着智能化的方向发展，物联网技术起了关键作用。通过将物联网技术应用于农业生产的全过程，实现优化农作物的生长环境参数，提升农产品的品质与质量，改变传统农业的弊端及粗放的生产方式，高效利用各种农业资源，真正实现农业现代化。

2.1 智能农业中的物联网技术

基于物联网的智能农业系统包括智能农业感知层、智能农业网络层和智能农业应用层三个层面，其中智能农业感知层是智能农业系统的核心层，该层主要包括了农业大棚中安装的各种各样的传感器，以此来实现对各种环境参数如光照度、温度、二氧化碳含量、湿度的检测与监测。感知层所采集的各种参数实时传送到信息监控平台，大棚管理人员通过信息监控平台随时查看大棚内农作物的各种环境生长信息，根据当前信息和历史信息对农作物的生产环境进行优化、控制和管理。计算机通过对采集到的环境信息进行整合、分析、处理，寻找一种最有效的处理算法，将多传感器采集到的数据最终进行融合，从而提高数据的传输可靠性，有效解决数据传输中拥堵化及能耗等问题。

通过智能农业系统科学的、合理的指导整個农业生产过程，可以大大的提高产量和工作效率，实现对农业种植大棚的自动化、智能化的管理。

2.2 智能农业系统整体框架

基于物联网的智能农业系统包括采集数据层、传输数据层和控制管理终端三个部分，它们分别对应物联网的感知层、网络层和应用层。采集数据层的功能是采集农业大棚内的各种自然环境参数，通过传输数据层将各种数据信息传输到控制管理终端。控制管理终端对接收到数据进行分析、储存，并且把最终汇总的数据结果呈现给用户。系统总体结构方框图如图1所示。

基于物联网的智能农业系统通过各种传感器自动感知农作物的各种生长环境信息，不仅节约人工成本，而且系统所采集的数据经过科学分析之后更能客观的反应农作物的真实生产环境，从而避免了人工感知生长环境的主观性以及不确定性。

2.3 智能农业系统中的数据处理

2.3.1 数据采集

本系统采用集中式数据采集，如图2所示，数据采集的过程为：光强传感器和CO2浓度传感器分别检测大棚内光照强度和CO2的浓度，温度传感器和湿度传感器同时检测温室温湿度和土壤温湿度。所检测的数据实时的通过信息采集终端传输到数据采集器，数据采集器对数据信息进行分析、处理之后，存储到数据库中，以备实时查看。

2.3.2 数据传输

智能农业系统中数据传输在整个系统中起着十分重要的作用，为了高效、准确、及时的传输所采集的信息，本系统采用基于Zigbee技术的无线传输技术。Zigbee技术实现方便、容易扩展，适合农业大棚这类工作量小、传输距离短的场合，所以，将Zigbee技术嵌入到相关设备中，方便实现定位查找。本系统中用来采集信息的设备主要是各种能耗较低的传感器，通过Zigbee技术将采集的数据信息传输到数据终端。

2.3.3 数据存储

数据存储器实时的存储数据终端上采集到的各种数据信息，通过对各种信息的实时监测了解农作物的生长状态，另外，可以根据整个生长期数据的监测与分析去构造农作物生长的数学模型。

该系统利用SQL Sever数据库对采集终端采集的光照度、温度、湿度、CO2浓度四类数据进行记录，每一类数据都具有一些属性，比如：数据值、采集位置、采集日期、采集次数等等。通过数据库对四类数据按照属性进行记录，可以方便的实现数据的实时检索、编辑和删除。

2.3.4 数据处理

智能农业系统感知层中的各种传感器检测到的数据可能存在坏值，数据处理部分要对这些坏值进行检测和处理，所采用的方法是数据融合处理技术，有效的检测并剔除了坏值。数据融合技术是处理无效数据的重要方式，本系统通过将多个传感器测量结果与数据融合技术有机集合，弥补了单个传感器检测参数可靠性差的缺陷，提高了智能农业系统感知层的可靠性，增加了测量数据的整体有效性。

针对单个传感器检测数据的不确定性和局限性，数据处理过程中采用自适应加权融合技术处理，由此可以得到关于被测对象的重复性描述和解释，以便检测数据的有效性，从而提高测量结果的准确率。通过对数据一致性的分析，排查数据之间是否具有较大的差异，因为数据之间如果存在较大的差异，那么说明有些数据是无效数据或者说是坏值，这样的值应该剔除。检查的方法是，观察测量值与假定真值之间是否存在较大的差距，如果差距较大超过一定的范围就认定其为无效数据，将数据从中剔除，有效数据经过数据融合算法得到最终大棚环境的实时信息。

3? 结束语

本系统将Zigbee节点技术和Zigbee协议应用于数据采集与传输系统中，应用物联网技术、传感器技术、数据融合技术等对智能农作物的生长过程进行检测和监测，采集生产环境的温度、湿度、光照度、CO2浓度四类主要的参数，再通过基于自适应加权平均值的数据融合技术对所采集的数据信息进行分析与整合，使用SQL Server数据库存储和查询各种数据信息，为智能农业的发展提供技术保障。

參考文献：

[1]白彦霞，云彩霞，李珊等.多层的贝叶斯网络检索模型[J]. 计算机工程与应用，2009，45（16）：165-168.

[2]白彦霞，莫德举，程杰.基于语义扩展的复合贝叶斯网络检索模型[J].控制工程，2019，26（3）：602-607.

[3]欧文.物联网技术及其在农业生产中的应用研究[D].昆明：昆明理工大学，2015.

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