時(shí)間：2022-04-17 10:04:58
序論：在您撰寫農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
1總體方案
本系統(tǒng)方案是在成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院已有的農(nóng)業(yè)大棚基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化檢測(cè)、控制和管理。該方案主要分為三大子系統(tǒng)：物聯(lián)網(wǎng)連接與監(jiān)測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)智能控制、云服務(wù)器；物聯(lián)網(wǎng)連接與監(jiān)測(cè)：在農(nóng)業(yè)大棚實(shí)驗(yàn)基地部署和安裝農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境所需參數(shù)的傳感器，用以監(jiān)測(cè)環(huán)境中的溫度、濕度、光照、CO2濃度、土壤酸堿度及養(yǎng)分等物理量參數(shù)，從而保證農(nóng)作物有一個(gè)適合的、優(yōu)良的生長(zhǎng)環(huán)境。目前我們用到的傳感器包括：空氣溫度、濕度傳感器；土壤溫度、濕度傳感器；光照傳感器；CO2濃度傳感器；pH值傳感器；土壤微量元素檢測(cè)儀。各種傳感器檢測(cè)到的參數(shù)信息經(jīng)過ZigBee網(wǎng)關(guān)，再通過3G網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器。服務(wù)器將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和相應(yīng)的處理，用戶即可通過電腦或手機(jī)等智能設(shè)備訪問服務(wù)器進(jìn)行查詢，同時(shí)，還可以對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行修改和設(shè)置，對(duì)數(shù)據(jù)采集周期進(jìn)行修改和設(shè)置，為后期農(nóng)作物生長(zhǎng)提供必要的數(shù)據(jù)支持。為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物24小時(shí)無人監(jiān)控，我們還在大棚實(shí)驗(yàn)基地安裝攝像頭，對(duì)整個(gè)大棚進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控視頻和圖片都將一并傳送到服務(wù)器，為用戶提供回看、實(shí)時(shí)看功能，確保資料完整性。物聯(lián)網(wǎng)智能控制：針對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的環(huán)境因素，通過各種電機(jī)啟動(dòng)大棚實(shí)驗(yàn)基地的PVC噴水管、營(yíng)養(yǎng)液滴頭、遮陽簾、卷簾等設(shè)備，調(diào)節(jié)控制大棚實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)環(huán)境溫度、濕度、土壤養(yǎng)分、CO2濃度等因素。云服務(wù)器：本系統(tǒng)方案采用J2EE服務(wù)器資源池和數(shù)據(jù)庫資源池搭建，采用應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)分離原則搭建SAAS平臺(tái)。所以，當(dāng)有新的大棚實(shí)驗(yàn)基地加入時(shí)，只需使用應(yīng)用程序模板和數(shù)據(jù)庫模板即可創(chuàng)建大棚實(shí)驗(yàn)基地應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫實(shí)例，大大延伸其系統(tǒng)效擴(kuò)展性，有效降低成本。
2物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)
2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的主要功能如圖1所示，系統(tǒng)大致包括傳感器數(shù)據(jù)查詢、視頻與圖片查看、數(shù)據(jù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)、遠(yuǎn)程設(shè)備參數(shù)設(shè)置、設(shè)備遠(yuǎn)程控制、專家知識(shí)庫、后臺(tái)管理等模塊。
2.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是整個(gè)溫室大棚管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，各種傳感器采集的數(shù)據(jù)、視頻攝像數(shù)據(jù)、照片圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過采集、處理、標(biāo)準(zhǔn)化、傳輸后，裝載到系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)中。根據(jù)我校溫室大棚實(shí)際情況分析出平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)包含空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照度、二氧化碳濃度值、氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)值、酸堿度pH值等基本數(shù)據(jù)，視頻圖像、照片圖像等視頻圖像數(shù)據(jù)；設(shè)備及設(shè)備類型、編號(hào)、參數(shù)、運(yùn)行情況等維護(hù)數(shù)據(jù)；設(shè)備控制命令、電機(jī)控制命令等控制數(shù)據(jù)；專家知識(shí)庫等專業(yè)知識(shí)數(shù)據(jù)；系統(tǒng)用戶、角色等系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2.3數(shù)據(jù)庫表詳細(xì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)邏輯劃分如下：基礎(chǔ)業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)庫：空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照度等與農(nóng)作物成長(zhǎng)密切相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；視頻圖像數(shù)據(jù)系統(tǒng)：采用文件系統(tǒng)存儲(chǔ)各種視頻、照片數(shù)據(jù)，有利于提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率；運(yùn)行維護(hù)信息數(shù)據(jù)庫：設(shè)備基本信息——參數(shù)、類型、編號(hào)等，設(shè)備控制命令等數(shù)據(jù)；專家知識(shí)庫：各種農(nóng)作物成長(zhǎng)條件知識(shí)案例等；系統(tǒng)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫：系統(tǒng)用戶、角色、模塊、登陸、日志等系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。根據(jù)邏輯劃分，數(shù)據(jù)庫中大致包含20個(gè)表：dev_info（設(shè)備類型表）表示溫室大棚中各種傳感器、攝像頭、設(shè)備等類型及單位；dev_state（設(shè)備狀態(tài)表）表示dev_info中設(shè)備狀態(tài)是否正常及記錄時(shí)間；electromotor_rul（e農(nóng)產(chǎn)品環(huán)境參數(shù)設(shè)置）表存儲(chǔ)所種植農(nóng)產(chǎn)品所必須的環(huán)境參數(shù)控制規(guī)則；notify_log（公告日志）存儲(chǔ)系統(tǒng)的公告等日志；notify_person（公告人員聯(lián)系信息）表示公告或通知中人員基本信息，用于環(huán)境參數(shù)無法調(diào)整到正常值時(shí)發(fā)送通知（后期手機(jī)平臺(tái)開發(fā)使用）；notify_rule_person（告警條件）表示農(nóng)產(chǎn)品環(huán)境參數(shù)告警通知；picture_list（照片信息）表示溫室大棚實(shí)時(shí)畫面；sensor_dev（傳感器數(shù)據(jù)）表示傳感器采集到的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)；system_department（部門信息）表示使用系統(tǒng)的部門；system_dictionary_data（人員信息類別值）表示描述使用系統(tǒng)人員基本信息類別值；system_dicrionary_type（人員信息類別）表示描述使用系統(tǒng)人員信息類型；system_module（系統(tǒng)控制類型）表示本系統(tǒng)可控制的類型；system_role（角色權(quán)限）系統(tǒng)角色功能管理；system_role_module（角色模塊）系統(tǒng)角色模塊管理；system_user（用戶）系統(tǒng)用戶基本信息；system_user_department（用戶部門）用戶所在部門；system_user_operation（用戶操作記錄）記錄用戶基本操作信息；system_user_role（用戶角色）用戶所屬角色；video_history（歷史影像）備份歷史影像記錄。
2.4系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)采用Java2平臺(tái)開發(fā)，采用三層架構(gòu)模式：展示層、業(yè)務(wù)層、持久層。展示層使用struts2、業(yè)務(wù)層使用spring、持久層使用ibatis。傳感器值查詢采用直接查詢數(shù)據(jù)庫方式；視頻圖片查看采用封裝文件系統(tǒng)服務(wù)方式；接入模塊使用JavaNIO進(jìn)行開發(fā)，服務(wù)器與3G網(wǎng)關(guān)的通信都通過此模塊進(jìn)行；數(shù)據(jù)入庫模塊對(duì)Ibatis和JavaFileIO進(jìn)行封裝。本系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)流程如圖2所示。展示層是表示本系統(tǒng)以WEB網(wǎng)頁形式呈現(xiàn)，可提供給使用者友好的人機(jī)交互界面，同時(shí)也提供一定的安全性，確保角色對(duì)應(yīng)用戶的權(quán)限。業(yè)務(wù)層：用于訪問數(shù)據(jù)層，并根據(jù)展示層頁面需要進(jìn)行一定的邏輯運(yùn)算，封裝成接口反饋給展示層，以便調(diào)用。例如，本系統(tǒng)中需要對(duì)大棚環(huán)境基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，展示層提供參數(shù)組合文字條件，本層編寫合理的組合運(yùn)算規(guī)則，調(diào)用數(shù)據(jù)層，修改多個(gè)表的值。持久層：持續(xù)獲取大棚實(shí)時(shí)信息，包括各類傳感器獲取到的環(huán)境參數(shù)、各類攝像頭捕獲到了實(shí)時(shí)圖像等信息。本層還負(fù)責(zé)將各種信息存入對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫的表中，以供的訪問。所有對(duì)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查均通過此層完成。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖片文件的存儲(chǔ)權(quán)限，也是通過本層實(shí)現(xiàn)。本層所有數(shù)據(jù)均是通過3G網(wǎng)關(guān)傳輸然后存儲(chǔ)的，為了統(tǒng)一管理，特在此層根據(jù)接入模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，具體實(shí)現(xiàn)如下：
2.5系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行后的部分效果如圖3和圖4所示。在圖3的首頁中，上邊為L(zhǎng)og、視頻播放器、Android客戶端；左側(cè)為系統(tǒng)功能目錄，右側(cè)為大棚環(huán)境參數(shù)值、現(xiàn)場(chǎng)圖像、傳感器趨勢(shì)圖、設(shè)備狀態(tài)表；圖4是大棚現(xiàn)場(chǎng)傳感器傳回的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中包含傳感器名稱、傳感器編號(hào)、傳感器地址、最新傳感器數(shù)據(jù)等現(xiàn)場(chǎng)信息。
3結(jié)語
本文簡(jiǎn)單地總結(jié)了基于物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)（溫室大棚控制系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)思路及具體實(shí)現(xiàn)，目前，本系統(tǒng)正在我校溫室大棚中進(jìn)行番茄種植的試運(yùn)行，從現(xiàn)有的效果看，在PC機(jī)上能實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚的自動(dòng)化控制和檢測(cè)。后續(xù)我們將進(jìn)行多種農(nóng)作物的實(shí)驗(yàn)，并豐富智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，下一步，我們希望創(chuàng)建真正意義上的專家系統(tǒng)，集統(tǒng)計(jì)、分析、檢測(cè)混合型農(nóng)作物數(shù)據(jù)為一體，為農(nóng)業(yè)專家提供更豐富、方便、快捷的服務(wù)支持。
作者：任華鄒承俊單位：成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院電子信息分院
1WSN應(yīng)用現(xiàn)狀
具體來說，首先，無線傳感網(wǎng)中傳感節(jié)點(diǎn)能量有限，能耗問題是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的核心問題，為滿足運(yùn)行時(shí)的低功耗，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，及路由的算法，對(duì)節(jié)點(diǎn)的能耗起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，在同樣的監(jiān)測(cè)面積里在保證通訊互聯(lián)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)全覆蓋的條件下進(jìn)行最少的傳感器節(jié)點(diǎn)排布，這也是降低網(wǎng)絡(luò)部署成本的基本要求。無線傳感網(wǎng)也必須能保證實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)互通，消除和修復(fù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞，使用合適的覆蓋控制算法和節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法在保證一定覆蓋性的前提下使一些節(jié)點(diǎn)的傳感模塊策略性的休眠，對(duì)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間有重要意義。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)的高效傳輸，這方面對(duì)無線傳感網(wǎng)的拓?fù)淇刂扑惴跋嚓P(guān)模型建立也是必須進(jìn)行深入研究的。此外，由于環(huán)境影響和能量耗盡等情況，節(jié)點(diǎn)容易出現(xiàn)故障，這就使得傳感網(wǎng)絡(luò)往往是動(dòng)態(tài)的。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要以自組織的方式工作，能夠自己協(xié)調(diào)彼此的行為，無需固定的網(wǎng)絡(luò)支持，在任何時(shí)候任何地方迅速展開并自動(dòng)組網(wǎng)來提供監(jiān)控監(jiān)測(cè)。
2WSN應(yīng)用研究難點(diǎn)
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究遇到以下一些難點(diǎn)：第一，傳感器成本及功能問題。為進(jìn)行精細(xì)的監(jiān)控，在農(nóng)業(yè)環(huán)境中需要部署數(shù)量龐大的傳感器，而開發(fā)和選取低成本傳感器，豐富傳感器的種類，在限定面積內(nèi)最少部署節(jié)點(diǎn)，并去除冗余節(jié)點(diǎn)，都是降低成本的關(guān)鍵，也是物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究的難點(diǎn)。第二，無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備功耗問題。農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電源的供給一般比較困難，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)能是首要考慮的問題。有效地延長(zhǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，達(dá)到傳感器節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)。第三，適應(yīng)農(nóng)業(yè)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的問題。尋求適合于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)環(huán)境的無線通信技術(shù)，研究合理的拓?fù)淠Ｐ秃吐酚伤惴?，建立安全高效的?shù)據(jù)通訊機(jī)制，對(duì)無線傳感網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸。針對(duì)以上三個(gè)難點(diǎn)，研究無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?、?gòu)建問題和相關(guān)模型算法起著關(guān)鍵作用，我們希望通過這些研究加強(qiáng)新疆特色精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)的提升，促進(jìn)農(nóng)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。關(guān)于無線傳感網(wǎng)的拓?fù)渌惴?，?guó)外有伊利諾斯大學(xué)的Narayanaswamy等人提出COMPOW算法，XingGL等人提出的CCP算法等。國(guó)內(nèi)有尚鳳軍等人給出CHTD-M簇間多跳路由算法。林愷等提出的利用能量預(yù)測(cè)的分簇算法，張德干等人提出的不均勻成簇的無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)加權(quán)演化模型。李云等提出的改進(jìn)的最小能量通信網(wǎng)拓?fù)淇刂扑惴↖MECN。目前現(xiàn)有的理論和算法主要偏重于理想狀況下的純理論研究，對(duì)于在新疆農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洵h(huán)境可能受到田間環(huán)境的限制，如在特定的區(qū)域，如溝渠、水井等地方不能設(shè)置傳感節(jié)點(diǎn)，特殊的氣候環(huán)境下，由于外力的影響（如風(fēng)吹、雨打等）而發(fā)生節(jié)點(diǎn)位置或工作狀態(tài)的變化，因此當(dāng)前的拓?fù)淇刂扑惴ù嬖诤芏嗳毕荩芏鄡H具有理論意義，并沒有在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。同時(shí)，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展日新月異，無線傳感網(wǎng)的通訊方式有很大的變化和發(fā)展，目前基于如Wifi、6LoWPAN和Zigbee等協(xié)議的無線傳感網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，這些網(wǎng)絡(luò)在拓?fù)潢P(guān)系、路由效率，數(shù)據(jù)傳輸性能，能耗等方面相互關(guān)系及算法還需要進(jìn)行深入研究。無線傳感網(wǎng)的部署有兩種策略，一種是大規(guī)模的隨機(jī)部署，另一種是針對(duì)特定的用途進(jìn)行計(jì)劃部署，這些也要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮，需要研究結(jié)合新疆特色農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的，并在吸收現(xiàn)有研究成果的拓?fù)淇刂扑惴奥酚煞绞剑⒏鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證算法，研究將發(fā)現(xiàn)更為高效的分布式分簇算法，最終發(fā)現(xiàn)安全高效的無線傳感網(wǎng)模型算法和數(shù)據(jù)通訊機(jī)制，實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)滿足低功耗、低成本、自動(dòng)組網(wǎng)、高速率、魯棒性的要求，并適用于新疆特色農(nóng)業(yè)環(huán)境。應(yīng)用前景方面，本項(xiàng)目的研究將解決在新疆特色農(nóng)業(yè)環(huán)境下科學(xué)部署無線傳感網(wǎng)絡(luò)的問題，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)完全覆蓋條件下有效除去冗余節(jié)點(diǎn)，降低了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量和成本，增加網(wǎng)絡(luò)的生命周期，減少建設(shè)投入成本。
3研究意義
通過對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的WSN在新疆特色農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，可以對(duì)新疆地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供有效信息化技術(shù)支撐，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，提升農(nóng)業(yè)科技化、現(xiàn)代化水平，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的精準(zhǔn)化作業(yè)。并為農(nóng)作物精準(zhǔn)調(diào)控提供技術(shù)支持，達(dá)到增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、改善品質(zhì)、科學(xué)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)周期、提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)效益的目的。通過無線傳感網(wǎng)的科學(xué)有效部署，還可以比較方便地建立農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉平臺(tái)，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)新疆水資源的嚴(yán)格管理，確保對(duì)“三條紅線”政策的執(zhí)行。
作者：胡春玲葉峰吳霞單位：石河子大學(xué)新疆維吾爾自治區(qū)風(fēng)能研究新疆警官學(xué)院
我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)是安天下、穩(wěn)民心的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。從1982年起，中共中央多次以農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和農(nóng)民為主題的中央一號(hào)文件，對(duì)農(nóng)村改革和農(nóng)業(yè)發(fā)展作出具體部署，強(qiáng)調(diào)“三農(nóng)”問題在中國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)時(shí)期“重中之重”的地位。《國(guó)家農(nóng)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》要求發(fā)展特色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)和觀光農(nóng)業(yè)?！爸腔坜r(nóng)業(yè)”是智能農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，是“感知中國(guó)”理念在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的具體應(yīng)用，指利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)“三農(nóng)”產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、智能化、低碳化、生態(tài)化、集約化，從空間、組織、管理整合現(xiàn)有農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、通信設(shè)備和信息化設(shè)施，使農(nóng)業(yè)和諧發(fā)展實(shí)現(xiàn)“高效、聰明、智慧、精細(xì)”。是兩化融合在農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中的具體實(shí)踐和應(yīng)用［1－3］。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是智慧農(nóng)業(yè)智能化和精細(xì)化生產(chǎn)、管理、決策的技術(shù)支撐，是發(fā)展“智慧農(nóng)業(yè)”的核心。通過對(duì)我國(guó)“智慧農(nóng)業(yè)”發(fā)展中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)狀、分析、技術(shù)要求、難點(diǎn)、應(yīng)用分析，提出了“智慧農(nóng)業(yè)”中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的可行性及發(fā)展策略。
1現(xiàn)狀及存在問題
1．1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究、開發(fā)、生產(chǎn)已經(jīng)初具規(guī)模，標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理、協(xié)同處理、智能計(jì)算等技術(shù)取得顯著進(jìn)展，目前在安防、電力、交通、醫(yī)療、環(huán)保、物流、食品溯源、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域推廣應(yīng)用初見成效。
1．2智慧農(nóng)業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
近年來，在政府、科研機(jī)構(gòu)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)等的共同推動(dòng)下，部分地區(qū)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用方面進(jìn)行了積極的探索，已取得初步成效。
（1）大棚溫控技術(shù)的應(yīng)用甘肅、河南、遼寧、陜西等不少地方利用溫度、濕度、氣敏、光照等多種傳感器對(duì)蔬菜生長(zhǎng)過程進(jìn)行全程數(shù)據(jù)化管控，保證蔬菜生長(zhǎng)過程綠色環(huán)保、有機(jī)生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)蔬菜反季節(jié)生產(chǎn)，充分保證市場(chǎng)供應(yīng)，緩解我國(guó)季節(jié)性蔬菜供應(yīng)緊張局面。
（2）大田種植信息化建設(shè)應(yīng)用黑龍江、河南通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)、土壤等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)農(nóng)田施藥、施肥，作物遠(yuǎn)程診斷管理等。
（3）農(nóng)業(yè)用水灌溉應(yīng)用北京、天津等地從2008年起就開展農(nóng)業(yè)都市農(nóng)業(yè)走廊綜合節(jié)水示范工程以及農(nóng)業(yè)用水遠(yuǎn)程計(jì)費(fèi)收費(fèi)管理，共安裝上千套農(nóng)業(yè)用水智能計(jì)量管理系統(tǒng)，平均每畝地節(jié)水50％，節(jié)約了農(nóng)民用水成本和避免水資源的浪費(fèi)。另外新疆、河南等地均建設(shè)了農(nóng)業(yè)用水示范區(qū)，提升灌溉效益，加大節(jié)水力度。
（4）農(nóng)資監(jiān)管應(yīng)用2008年，農(nóng)業(yè)部推行農(nóng)藥標(biāo)簽采集管理系統(tǒng)，2010年由實(shí)行農(nóng)藥行政審批服務(wù)系統(tǒng)，加大農(nóng)資監(jiān)管力度和提升農(nóng)資準(zhǔn)入門檻，充分保證農(nóng)民利益。
（5）農(nóng)超對(duì)接的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流應(yīng)用北京、甘肅蘭州等地實(shí)現(xiàn)以“生產(chǎn)基地＋配送中心＋商超直銷”的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式，保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和安全。分別對(duì)生產(chǎn)基地、運(yùn)輸中心等加以監(jiān)控和控制，積極推行產(chǎn)品溯源建設(shè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)本、安全、增效。雖然我國(guó)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)經(jīng)過多年的研究，有一定基礎(chǔ)，但與目前的應(yīng)用需求差距很大。在生產(chǎn)過程科學(xué)管理、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與溯源、農(nóng)村政務(wù)公開、農(nóng)業(yè)電子商務(wù)、農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程技術(shù)服務(wù)、農(nóng)民遠(yuǎn)程培訓(xùn)等方面研究剛剛起步；農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，果業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)以其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，用于優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖的智能管理信息系統(tǒng)剛開始起步；面向農(nóng)村快捷的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)和低成本智能化信息接入終端問題仍未取得重要突破［6］。
1．3存在問題
目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用涵蓋了農(nóng)業(yè)資源利用、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管，并在政策扶持、技術(shù)研發(fā)、示范應(yīng)用、人才培養(yǎng)等方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。但農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用總體還處于初步應(yīng)用階段，存在關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品及集成體系成熟度較低、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失、有效的運(yùn)營(yíng)機(jī)制和模式尚未建立、專業(yè)人才缺乏等問題，迫切需要國(guó)家開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用示范項(xiàng)目，加快建設(shè)應(yīng)用示范基地，深入開展相關(guān)技術(shù)研發(fā)和集成創(chuàng)新，探索產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用模式，制定農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用［7－8］。
（1）農(nóng)業(yè)信息化基本設(shè)施建設(shè)進(jìn)展緩慢
區(qū)域不同，產(chǎn)業(yè)不同，資金問題等困擾著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化建設(shè)步伐，原始的紙質(zhì)載體信息資源已無法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展對(duì)信息資源的需求。這就使得農(nóng)業(yè)的數(shù)字化、智慧化程度較低，農(nóng)業(yè)信息的時(shí)效性、準(zhǔn)確性、綜合性達(dá)不到廣大農(nóng)民的要求。
（2）農(nóng)業(yè)應(yīng)用缺乏統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中沒有統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制約著共享平臺(tái)的應(yīng)用和開發(fā)。農(nóng)業(yè)信息資源雜亂、隨意的方式制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、服務(wù)。規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化不能滿足農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)對(duì)資源的需求，不能滿足農(nóng)業(yè)科研工作對(duì)信息全面、廣泛的獲取。
（3）無法滿足農(nóng)民科學(xué)技術(shù)培訓(xùn)、應(yīng)用需求
我國(guó)農(nóng)業(yè)從業(yè)者目前受教育程度普遍較低，應(yīng)用和接受現(xiàn)代信息化技術(shù)能力較弱，加強(qiáng)對(duì)從業(yè)者的各類知識(shí)培訓(xùn)、教育是解決農(nóng)民的科學(xué)使用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的必要前提。
（4）規(guī)模化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力度不夠
我國(guó)大部分地區(qū)農(nóng)業(yè)種植集約化程度不高，規(guī)?；r(nóng)業(yè)生產(chǎn)力度不夠。目前大多數(shù)地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)主要以單農(nóng)戶家庭為單位，不能形成集中管理、科學(xué)種植、按需種植，靠天吃飯的現(xiàn)象普遍存在。
（5）取得廣泛應(yīng)用的技術(shù)條件還不成熟
目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭良好，但仍處于起步階段，技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)均需突破。雖然隨著寬帶技術(shù)、3G技術(shù)、智能終端的普及，突破了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用瓶頸，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已在安防、電力、交通、物流、醫(yī)療、食品藥品溯源、環(huán)境監(jiān)控、大棚農(nóng)業(yè)等方面得到應(yīng)用。但真正實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用還有差距。
1．4問題分析
農(nóng)村綜合信息服務(wù)平臺(tái)建設(shè)，重點(diǎn)要以現(xiàn)代化新農(nóng)村信息化服務(wù)體系、建設(shè)開放式信息服務(wù)平臺(tái)為基本功能，在技術(shù)上重點(diǎn)解決農(nóng)民便捷獲取信息問題。開展多元拓展協(xié)同信息服務(wù)，積極搭建基于物聯(lián)網(wǎng)的公共服務(wù)共享平臺(tái)，在國(guó)家和政府的政策引導(dǎo)和資金扶持下，積極解決物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的以下技術(shù)問題。
（1）借鑒電子商務(wù)的設(shè)計(jì)理念和構(gòu)建框架，建立農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈物流模型，構(gòu)建現(xiàn)代管理理念，最終實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)、供、銷”的農(nóng)業(yè)電子商務(wù)平臺(tái)，突破“智慧農(nóng)業(yè)”物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)。
（2）實(shí)行物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的骨干企業(yè)培養(yǎng)工程，這種解決基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集，無線多媒體傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理；基于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)自主研發(fā)，無線視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸標(biāo)準(zhǔn)；信息質(zhì)量分析及增強(qiáng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)解析、多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一建模與描述、存儲(chǔ)與管理；節(jié)點(diǎn)低功耗、運(yùn)行穩(wěn)定性、土壤養(yǎng)分、作物生長(zhǎng)狀況監(jiān)測(cè)等方面的問題。
（3）推進(jìn)實(shí)施“智慧農(nóng)業(yè)”中“農(nóng)業(yè)精細(xì)化生產(chǎn)”信息采集方法和技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)多媒體信息傳輸質(zhì)量和效率、多源信息解析、表達(dá)與存儲(chǔ)、病蟲害識(shí)別預(yù)測(cè)、單株健康狀況評(píng)價(jià)理論、方法和技術(shù)等方面的技術(shù)攻關(guān)，重點(diǎn)解決“智慧農(nóng)業(yè)”的中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
（4）探求統(tǒng)一、符合規(guī)范的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流程、流通信息的行業(yè)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)業(yè)信息的標(biāo)準(zhǔn)化體系、物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，是實(shí)現(xiàn)“智慧農(nóng)業(yè)”標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化、規(guī)范化的難點(diǎn)。
（5）積極協(xié)調(diào)和推進(jìn)“智慧農(nóng)業(yè)”中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用機(jī)制建設(shè)，加強(qiáng)政府部門、從業(yè)者之間的合作，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)，建立人才配套服務(wù)體系，最大限度的發(fā)揮制度、機(jī)制、人才的協(xié)作精神。
（6）拓展和營(yíng)造“智慧農(nóng)業(yè)”中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用氛圍，積極調(diào)動(dòng)涉及“三農(nóng)”行業(yè)的從業(yè)者的積極性，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)更上一層樓打下良好的基礎(chǔ)。
2可行性分析
工信部規(guī)［2011］552號(hào)《關(guān)于印發(fā)〈物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃〉的通知》文件中指出：加大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)工程體系建設(shè)，積極推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新工程，重點(diǎn)領(lǐng)域內(nèi)建立應(yīng)用示范工程。應(yīng)用示范工程中包括智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)，要求在農(nóng)業(yè)資源利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化管理、生產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理和產(chǎn)品溯源上積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和建設(shè)?！爸腔坜r(nóng)業(yè)”是以高產(chǎn)增效帶動(dòng)農(nóng)民增收、農(nóng)村富裕為目標(biāo)，以提高農(nóng)村信息服務(wù)質(zhì)量和效果為抓手，以現(xiàn)代化新農(nóng)村信息化服務(wù)和地區(qū)特色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理信息化為載體，大力發(fā)展和構(gòu)建特色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)、觀光農(nóng)業(yè)的物聯(lián)信息服務(wù)平臺(tái)。
（1）提升農(nóng)村信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，積極推進(jìn)信息的“村村通”，積極整合通信運(yùn)營(yíng)商、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)供應(yīng)商、農(nóng)資生產(chǎn)商的各個(gè)環(huán)節(jié)，疏通現(xiàn)代化新農(nóng)村信息化服務(wù)內(nèi)容和農(nóng)民便捷獲取信息的渠道，建設(shè)農(nóng)業(yè)公共信息數(shù)據(jù)庫，搭建公共信息服務(wù)平臺(tái)。
（2）積極依靠國(guó)家政策，農(nóng)業(yè)部、工信部已經(jīng)緊靠農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，初步制訂適合我國(guó)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的新標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了工業(yè)化、信息化、“智慧農(nóng)業(yè)”的融合發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)、供應(yīng)、銷售的“三方融合”。整合基于物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)信息與標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)字農(nóng)業(yè)的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、信息采集標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和共享標(biāo)準(zhǔn)；使“智慧農(nóng)業(yè)”發(fā)展科學(xué)規(guī)范。
（3）積極推進(jìn)對(duì)農(nóng)民的技術(shù)培訓(xùn)，不僅要對(duì)農(nóng)民進(jìn)行基本生產(chǎn)技能培訓(xùn)，而且需加大對(duì)農(nóng)民的信息化技術(shù)、管理理念、經(jīng)營(yíng)信息等方面的培訓(xùn)，探索對(duì)農(nóng)民進(jìn)行基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)多媒體三農(nóng)信息平臺(tái)技術(shù)，傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集構(gòu)架技術(shù)、實(shí)時(shí)信息解析、信息處理，實(shí)現(xiàn)智能化灌溉與精準(zhǔn)化施肥、病蟲害預(yù)報(bào)及防治、單株的健康狀況快速無損監(jiān)測(cè)技術(shù)等方面的培訓(xùn)方式，最終使農(nóng)民成為“設(shè)施農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化生產(chǎn)”實(shí)現(xiàn)者、管理者、應(yīng)用者。
（4）大力推行集約化、規(guī)?；r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，使分散農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形成團(tuán)體化，以典型案例為對(duì)象，開發(fā)大田作物、設(shè)施農(nóng)業(yè)以及家畜養(yǎng)殖等標(biāo)準(zhǔn)化示范平臺(tái)，積極推進(jìn)農(nóng)民創(chuàng)收、增收。
（5）實(shí)現(xiàn)“農(nóng)村綜合信息服務(wù)平臺(tái)”、“農(nóng)業(yè)電子商務(wù)平臺(tái)”、“設(shè)施農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化生產(chǎn)”和“農(nóng)業(yè)信息與標(biāo)準(zhǔn)化”平臺(tái)的集成與無縫融合。
（6）構(gòu)建以農(nóng)業(yè)信息為基礎(chǔ)的各種涉農(nóng)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)平臺(tái)或涉農(nóng)網(wǎng)站，及時(shí)、全面地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和農(nóng)業(yè)科研、政府部門提供翔實(shí)而全面的農(nóng)業(yè)信息服務(wù)。
（7）創(chuàng)建適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的生產(chǎn)資料保障體系，品種錯(cuò)時(shí)、錯(cuò)地耕種體系，作物個(gè)體生長(zhǎng)監(jiān)控體系，土壤分析體系，灌溉監(jiān)控體系、生態(tài)、氣象監(jiān)控體系，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控預(yù)報(bào)體系，市場(chǎng)銷售需求體系，運(yùn)輸體系等為一體的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系。隨著寬帶技術(shù)、3G技術(shù)、智能終端技術(shù)等在物聯(lián)網(wǎng)中的推廣將逐步解決物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的瓶頸問題［7］，從技術(shù)上將保證“智慧農(nóng)業(yè)”的發(fā)展，保證農(nóng)業(yè)在智慧化、科學(xué)化、信息化、規(guī)范化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)上實(shí)現(xiàn)質(zhì)的突破，為解決我國(guó)糧食安全問題提供有力保障。
3發(fā)展策略
發(fā)展“智慧農(nóng)業(yè)”，推廣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，優(yōu)先在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的集成應(yīng)用，全面提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合生產(chǎn)能力和可持續(xù)發(fā)展能力，推進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)和生產(chǎn)方式創(chuàng)新，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力［6］。
3．1突破“智慧農(nóng)業(yè)”物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)關(guān)鍵、標(biāo)準(zhǔn)支持研發(fā)符合農(nóng)業(yè)多種不同應(yīng)用目標(biāo)的高可靠、低成本、適應(yīng)惡劣環(huán)境的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專用傳感器，解決農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)自組織網(wǎng)絡(luò)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知節(jié)點(diǎn)合理部署等共性問題，建立符合我國(guó)農(nóng)業(yè)應(yīng)用需求的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)軟件平臺(tái)和應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)品系統(tǒng)集成、批量生產(chǎn)、大規(guī)模應(yīng)用提供技術(shù)支撐。多部門聯(lián)動(dòng)，主要部門牽頭組織物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用單位、科研院所、高等院校和相關(guān)企業(yè)，在國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)上，制定物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，包括農(nóng)業(yè)傳感器及標(biāo)識(shí)設(shè)備的功能、性能、接口標(biāo)準(zhǔn)，田間數(shù)據(jù)傳輸通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)多源數(shù)據(jù)融合分析處理標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)規(guī)范等，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展［8］。建立“智慧農(nóng)業(yè)”物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)行機(jī)制和應(yīng)用模式。鼓勵(lì)科研院所、高等院校、電信運(yùn)營(yíng)商、信息技術(shù)企業(yè)等社會(huì)力量參與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)，創(chuàng)建政府主導(dǎo)、政企聯(lián)動(dòng)、市場(chǎng)運(yùn)作、合作共贏的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展模式，按照需求牽引、技術(shù)驅(qū)動(dòng)、因地制宜、突出實(shí)效的原則，在大田生產(chǎn)、設(shè)施園藝、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域開展規(guī)?；瘧?yīng)用，完善農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展。大力提升農(nóng)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，提高農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的生產(chǎn)水平，推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)建設(shè)，進(jìn)一步提升水平、健全體系、完善機(jī)制，提升技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、推廣標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)農(nóng)民增收，增加增收載體，使農(nóng)民“看得懂、學(xué)得會(huì)、帶得走、用得上”，切實(shí)充實(shí)農(nóng)民的實(shí)得利益。
3．2夯實(shí)“智慧農(nóng)業(yè)”物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)推進(jìn)加快發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代種業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖業(yè)等產(chǎn)業(yè)，加快發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)及流通業(yè)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、集約化和服務(wù)社會(huì)化。完善土地流轉(zhuǎn)制度，加快土地經(jīng)營(yíng)權(quán)依法自愿有償流轉(zhuǎn)。推進(jìn)農(nóng)村金融改革創(chuàng)新，探索建立涉農(nóng)擔(dān)保體系，擴(kuò)大涉農(nóng)有效擔(dān)保品范圍，探索農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)金融業(yè)務(wù)。加快發(fā)展農(nóng)民專業(yè)合作經(jīng)濟(jì)組織，大力引進(jìn)和發(fā)展壯大龍頭企業(yè)，培育知名品牌，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合，探索全產(chǎn)業(yè)鏈模式，構(gòu)建集現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、循環(huán)農(nóng)業(yè)、特色旅游、農(nóng)產(chǎn)品深加工及農(nóng)業(yè)社會(huì)化服務(wù)為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為農(nóng)業(yè)高新技術(shù)具有基礎(chǔ)薄弱、一次性投入大、受益面廣、公益性強(qiáng)的特點(diǎn)，迫切需要政府加大投入力度，統(tǒng)籌規(guī)劃、優(yōu)先考慮、重點(diǎn)支持農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展。政府應(yīng)在“智慧農(nóng)業(yè)”物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)中發(fā)揮主導(dǎo)作用，發(fā)揮“人、財(cái)、物”投入的領(lǐng)頭作用，這不僅僅是解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題、農(nóng)民增收問題，而且是解決子孫萬代的生存、國(guó)家安全問題，因此農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)投入、信息化建設(shè)投入、基本用電用水、網(wǎng)絡(luò)管理、人才培養(yǎng)等均需政府投入，同時(shí)鼓勵(lì)社會(huì)力量參與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和建設(shè)工作，保證農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)健康發(fā)展。
3．3制定政策、加快人才培養(yǎng)、提高創(chuàng)新能力加強(qiáng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略和政策研究，將支持農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展納入到國(guó)家強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)政策中。制定農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才培養(yǎng)與培訓(xùn)計(jì)劃，聯(lián)合高等院校和科研院所和企業(yè)，加快對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)、培訓(xùn)，提高農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力；建立人才激勵(lì)機(jī)制，穩(wěn)定和擴(kuò)大人員隊(duì)伍，滿足農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的人才需求。集聚、研發(fā)科技成果，展示新品種、新技術(shù)，探索新模式、新平臺(tái)。建立健全技術(shù)創(chuàng)新支撐、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)、科技信息服務(wù)和農(nóng)產(chǎn)品銷售市場(chǎng)等支撐體系。逐步實(shí)行農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、土地流轉(zhuǎn)、多元化投融資、產(chǎn)業(yè)鏈延伸、農(nóng)民與龍頭企業(yè)建立利益聯(lián)結(jié)機(jī)制等，為干旱半干旱地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展探索經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)造模式、提供服務(wù)。
3．4合理布局，平衡發(fā)展、生態(tài)發(fā)展完善和提升現(xiàn)代農(nóng)業(yè)企業(yè)孵化園、種苗產(chǎn)業(yè)園、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)示范園、農(nóng)產(chǎn)品加工園、物流園等，合理布局，平衡發(fā)展。提倡生態(tài)發(fā)展，綠色發(fā)展，節(jié)約發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工作涉及面廣，資源整合和共享問題突出，為了減少重復(fù)投資，必須強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)、轉(zhuǎn)化、推廣和應(yīng)用過程中的重大問題研究，應(yīng)做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，地域優(yōu)勢(shì)平衡發(fā)展。
4結(jié)束語
通過“智慧農(nóng)業(yè)”的中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀、存在問題以及應(yīng)用前景和發(fā)展策略的研究，認(rèn)為大力推進(jìn)我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用切實(shí)可行，符合我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)律，經(jīng)過我國(guó)“十二五”的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將極大地推進(jìn)我國(guó)“智慧農(nóng)業(yè)”經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、加工等行業(yè)的發(fā)展；將促進(jìn)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的推廣和應(yīng)用；將帶動(dòng)我國(guó)IT產(chǎn)業(yè)，通信產(chǎn)業(yè)，自動(dòng)化識(shí)別產(chǎn)業(yè)鏈的再次飛躍；將促進(jìn)國(guó)家實(shí)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的科學(xué)化、持續(xù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)際化發(fā)展。
泰州將建“智能農(nóng)業(yè)”物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項(xiàng)目
在泰州，正在建設(shè)的高港區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)園將實(shí)現(xiàn)智能化農(nóng)業(yè)管理。近日，中國(guó)電信泰州分公司和高港區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)園簽訂全業(yè)務(wù)合作協(xié)議，雙方將攜手共同打造信息化農(nóng)業(yè)生態(tài)園，建成全市首家“智能農(nóng)業(yè)”物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項(xiàng)目。
泰州分公司將為農(nóng)業(yè)生態(tài)園區(qū)提供虛擬網(wǎng)、光纖寬帶、ITV和天翼工作手機(jī)等基礎(chǔ)通信服務(wù)以及園區(qū)內(nèi)綜合布線、視頻監(jiān)控等ICT應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)安防監(jiān)控和網(wǎng)上實(shí)景視頻展示。通過農(nóng)業(yè)生態(tài)園的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的園區(qū)網(wǎng)上信息和園區(qū)視頻展示。
泰州分公司還將和高港區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)園共同推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)項(xiàng)目中的應(yīng)用，打造“智能農(nóng)業(yè)”樣板工程。通過傳感技術(shù)、定位技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的整合，實(shí)時(shí)采集溫度、濕度、光照等環(huán)境參數(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制。
(南京市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 供稿)
重慶兩江新區(qū)開建物聯(lián)網(wǎng)“云計(jì)算”基地
重慶市經(jīng)濟(jì)工作會(huì)指出，要盡快啟動(dòng)、全力爭(zhēng)取打造國(guó)內(nèi)最大的數(shù)據(jù)處理基地，最終要做成上百萬臺(tái)服務(wù)器、上千億美元規(guī)模的“云計(jì)算”基地，成為全球數(shù)據(jù)開發(fā)和處理中心。目前，重慶正在啟動(dòng)打造“云計(jì)算”產(chǎn)業(yè)試驗(yàn)區(qū)。
發(fā)展“云計(jì)算”產(chǎn)業(yè)不受物流等運(yùn)輸方面的限制。因此，重慶可揚(yáng)長(zhǎng)避短，利用豐富的人力資源、人力和土地成本低等優(yōu)勢(shì)，提高特有的核心競(jìng)爭(zhēng)力。重慶市每年大學(xué)畢業(yè)生達(dá)15萬人，其中IT專業(yè)為5萬～6萬人，人才數(shù)量居全國(guó)前列。同時(shí)，與沿海比較，重慶人工和土地成本要低三分之一左右。
目前，重慶市已完成“云計(jì)算”數(shù)據(jù)基地的選址，計(jì)劃在兩江新區(qū)的水土鎮(zhèn)開建數(shù)據(jù)工業(yè)園，僅一期面積就達(dá)10平方千米。屆時(shí)，世界各地的數(shù)據(jù)都可在這里儲(chǔ)存和處理。要發(fā)展“云計(jì)算”產(chǎn)業(yè)，需引進(jìn)大量的數(shù)據(jù)處理企業(yè)。再在數(shù)據(jù)中心周圍，匯集一批公司為其服務(wù)。目前，相關(guān)招商引資工作已啟動(dòng)，不少IT巨頭已展露合作意向，重慶將圍繞“云計(jì)算”做服務(wù)外包、城市智能化管理系統(tǒng)建設(shè)等。
(成都物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟 供稿)
無錫舉辦市政物聯(lián)網(wǎng)防雪抗凍演練
近日，由無錫市市政設(shè)施管理處組織、8家市政設(shè)施養(yǎng)護(hù)單位共同舉辦的市政防雪抗凍演練，在人民東路緊張有序地展開。與往年演練不同的是，今年市政設(shè)施管理處首次在110聯(lián)動(dòng)車上安裝了物聯(lián)網(wǎng)探頭。
通過幾輛聯(lián)動(dòng)車頂部的白色攝像頭，整個(gè)街道上的工作開展?fàn)顩r被實(shí)時(shí)傳輸?shù)街笓]現(xiàn)場(chǎng)，整個(gè)過程中，系統(tǒng)運(yùn)行連貫穩(wěn)定，工作井然有序。
據(jù)了解，為了安裝這4臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)探頭以及相關(guān)的設(shè)備，市政設(shè)施管理處共花費(fèi)了20余萬元?！澳壳拔覀円?家市政養(yǎng)護(hù)單位也要在明年2月份之前，安裝這樣的物聯(lián)網(wǎng)探頭”，無錫市相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。
此次預(yù)演，市政及相關(guān)單位共出動(dòng)鏟車、養(yǎng)護(hù)車、鏟雪車等機(jī)械設(shè)備共38輛，應(yīng)急搶險(xiǎn)人員80余人。演練現(xiàn)場(chǎng)，各養(yǎng)護(hù)單位帶領(lǐng)應(yīng)急人員進(jìn)行了融雪劑噴灑、草包鋪墊等現(xiàn)場(chǎng)路面演示。
目前，市政設(shè)施處已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，一旦再次遇到大雪突發(fā)天氣，全市可同時(shí)出動(dòng)200多名應(yīng)急搶修人員、50多輛物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)急搶修車?！皣姙⑷谘﹦?、鋪墊防滑草包以及鏟雪等項(xiàng)目可以協(xié)調(diào)進(jìn)行”，相關(guān)工作人員稱。
摘要 介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)的總體思路，并提出物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程專家診斷指導(dǎo)系統(tǒng)的技術(shù)方案，包括系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)、功能和硬件構(gòu)成。系統(tǒng)通過各種傳感器采集日光溫室種植過程中的關(guān)鍵要素?cái)?shù)據(jù)，并利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將其及時(shí)傳送到控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)中心，以實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，有效預(yù)防病蟲害、提高生產(chǎn)質(zhì)量、提升勞動(dòng)效率、節(jié)約成本、提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。
關(guān)鍵詞 設(shè)施農(nóng)業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)；環(huán)境監(jiān)控；數(shù)據(jù)挖掘；專家診斷系統(tǒng)
傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)以人力為中心、依賴于孤立機(jī)械，而農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程在農(nóng)業(yè)服務(wù)業(yè)中開展應(yīng)用后，通過基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)可以有效改變生產(chǎn)模式，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效能[1-3]。通過建立物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程專家診斷指導(dǎo)系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感技術(shù)，將日光溫室種植過程中關(guān)鍵的要素（空氣的溫度、濕度及土壤的溫度、濕度等）數(shù)據(jù)通過各種傳感器的采集，并利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)如以太網(wǎng)WEB、GPRS、3G等，將數(shù)據(jù)及時(shí)傳送到本地的設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)控制室以及遠(yuǎn)端的設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，使設(shè)施農(nóng)業(yè)管理人員及時(shí)掌握農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，并及時(shí)采取控制措施，從而達(dá)到預(yù)防病蟲害、提高生產(chǎn)質(zhì)量、提升勞動(dòng)效率的目的。通過農(nóng)業(yè)專家預(yù)警系統(tǒng)，調(diào)節(jié)適宜作物的設(shè)施內(nèi)小環(huán)境，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，提高水肥利用率，降低人力消耗。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以有效預(yù)測(cè)和預(yù)防風(fēng)災(zāi)、雪等自然災(zāi)害，防止設(shè)施損害、農(nóng)產(chǎn)品減產(chǎn)。在作物的不同生長(zhǎng)階段，種養(yǎng)殖戶實(shí)時(shí)定量監(jiān)控各環(huán)境因子，如光、溫、水、氣等，科學(xué)管理設(shè)施內(nèi)作物的水、肥、氣等環(huán)境因子，降低人力消耗，實(shí)現(xiàn)了真正的精耕細(xì)作[4-5]。
1 總體思路
依靠無線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)區(qū)域內(nèi)分散的農(nóng)業(yè)設(shè)施實(shí)行精細(xì)化管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控光、溫、水、氣、濕及病蟲等對(duì)作物生長(zhǎng)有重要影響的因素，掌握其變化情況。此模式可以應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖、大棚果蔬生產(chǎn)等。農(nóng)民可以使用手機(jī)或電腦在該系統(tǒng)平臺(tái)上查詢自己的種、養(yǎng)情況，例如大棚和雞豬舍超過或達(dá)不到正常狀況隨時(shí)有短信提示。在了解種養(yǎng)過程中各項(xiàng)關(guān)鍵要素的實(shí)時(shí)變化情況后，可以通過專家系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)鍵因素的定時(shí)、定量分析，對(duì)病蟲害的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，以便農(nóng)戶及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供保障[6]。
2 技術(shù)方案
2.1 物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程專家診斷指導(dǎo)系統(tǒng)的目標(biāo)
一是信息采集采用智能測(cè)控系統(tǒng)，依托物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生產(chǎn)；二是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，應(yīng)用智能產(chǎn)品檢測(cè)、控制作物；三是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的科學(xué)化與智能化，通過智能產(chǎn)品中的專家知識(shí)和技術(shù)支持，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為農(nóng)戶提供及時(shí)有效的服務(wù)。
2.2 物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程專家診斷指導(dǎo)系統(tǒng)的功能
2.2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)。主要包括各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，如溫度、光照、土壤水分、濕度等，監(jiān)測(cè)范圍包括大棚及作物生產(chǎn)區(qū)域。通過單傳感節(jié)點(diǎn)獨(dú)立采集和多傳感節(jié)點(diǎn)匯集采集的數(shù)據(jù)先傳輸?shù)街鳈C(jī)，再轉(zhuǎn)至服務(wù)器（GPRS網(wǎng)絡(luò)），以此實(shí)現(xiàn)可視化展現(xiàn)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、歷史數(shù)據(jù)查詢，并對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)形成直觀曲線。
2.2.2 數(shù)據(jù)挖掘。進(jìn)行知識(shí)庫服務(wù)器本地化，冀東半地下標(biāo)準(zhǔn)溫室揭簾時(shí)間為M1=TEXT[（21 300+56.33X）/24/3600， "hh：mm：ss"]，蓋簾時(shí)間為M2=TEXT[（28 800-89X）/24/3600， "hh：mm：ss"]，其中X為當(dāng)日到6月22日之間的天數(shù)，TEXT為Excel函數(shù)，實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)小環(huán)境內(nèi)遠(yuǎn)程精準(zhǔn)可控化生產(chǎn)。
2.2.3 智能預(yù)警、報(bào)警。一是報(bào)警。對(duì)任意監(jiān)測(cè)指標(biāo)或者在此基礎(chǔ)上計(jì)算得到的二級(jí)指標(biāo)設(shè)置警戒閾值，滿足一個(gè)或者多個(gè)報(bào)警條件時(shí)，系統(tǒng)通過短信、電子郵件等方式向農(nóng)戶、管理員等發(fā)出警報(bào)，通知其及時(shí)采取應(yīng)對(duì)和處理措施。二是預(yù)警。設(shè)置一定的條件，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算更新，當(dāng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)以及二級(jí)指標(biāo)被預(yù)測(cè)到未來將達(dá)到某一閾值，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)先警報(bào)。以多種形式通知用戶，提醒其提前做好防范準(zhǔn)備。
2.2.4 基地管理。主要包括基地（園區(qū)、片區(qū)）管理、大棚管理、設(shè)備（監(jiān)測(cè)、控制設(shè)備，網(wǎng)關(guān)，設(shè)備參數(shù)）管理等。同時(shí)，可按以生產(chǎn)企業(yè)、合作社分布圖的方式進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)通過提供直觀的頁面為用戶查詢和控制提供便利。
2.3 物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程專家診斷指導(dǎo)系統(tǒng)的構(gòu)成
系統(tǒng)硬件通過RF組網(wǎng)技術(shù)，完成各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制，通過檢測(cè)各項(xiàng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取。
2.3.1 工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)。專門為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，在生產(chǎn)過程中監(jiān)測(cè)與控制各個(gè)機(jī)器設(shè)備、生產(chǎn)流程以及數(shù)據(jù)參數(shù)。
2.3.2 傳感器。①光照傳感器。采用
2.3.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）主要用于匯集、打包多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，發(fā)送至上位機(jī)及市級(jí)數(shù)據(jù)中心。網(wǎng)關(guān)與采集控制器組成基于RF射頻的無線傳輸W，傳輸距離 ≥1 000 m，1個(gè)溫室大棚部署1套采集控制器，則通過1個(gè)網(wǎng)關(guān)控制32個(gè)大棚的采集器。具有設(shè)備入網(wǎng)功能，與周圍無線采集器、無線控制組成網(wǎng)絡(luò)；不同的網(wǎng)關(guān)與周圍采集控制節(jié)點(diǎn)具有構(gòu)成互不干擾的網(wǎng)絡(luò)。
2.3.4 采集器。1個(gè)采集控制器負(fù)責(zé)1個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集溫室的各種數(shù)據(jù)，通常1個(gè)大棚部署1個(gè)采集節(jié)點(diǎn)（較大規(guī)模溫室可設(shè)置多套）。采集控制器具有LED顯示屏功能（圖1），可循環(huán)顯示采集到的溫度、濕度、土壤水分、二氧化碳等數(shù)據(jù)信息；采集控制器通過RF射頻向數(shù)據(jù)網(wǎng)管發(fā)送數(shù)據(jù)。
2.3.5 氣象哨。氣象哨可以采集露地和溫室外相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)，包括空氣溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等，為種植管理者提供環(huán)境依據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和決策提供幫助。
2.3.6 LED顯示終端。LED（0.35 m×1.00 m）陣列顯示屏，放置于安裝物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的溫室緩沖間外壁，可實(shí)時(shí)顯示該溫室的環(huán)境參數(shù)，方便生產(chǎn)管理者及時(shí)采取措施，確保溫室環(huán)境穩(wěn)定。
3 主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
通過對(duì)冀東半地下式棚室內(nèi)多個(gè)傳感器大量數(shù)據(jù)的采集與分析，挖掘出本地設(shè)施內(nèi)的溫、濕、水、氣等多種作物生長(zhǎng)因子的變化規(guī)律，結(jié)合設(shè)施內(nèi)當(dāng)?shù)氐闹髟云贩N，編制出相應(yīng)作物的物聯(lián)網(wǎng)控制參數(shù)閾值（針對(duì)冀東地區(qū)半地下溫室，黃瓜頂風(fēng)口單獨(dú)放風(fēng)溫度閾值為25.5 ℃，西紅柿頂風(fēng)口單獨(dú)放風(fēng)溫度閾值為27 ℃，雙風(fēng)口同時(shí)放風(fēng)溫度閾值提高2 ℃），形成標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)流程。
利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用APP技術(shù)，通過專家知識(shí)庫服務(wù)器遠(yuǎn)程自佑Υ穡實(shí)現(xiàn)對(duì)冀東地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)種植中的核心要素及畜牧養(yǎng)殖環(huán)境中的關(guān)鍵指標(biāo)（如溫度、濕度、NH4濃度、CO2濃度、土壤水分）的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制能力。
進(jìn)行知識(shí)庫服務(wù)器本地化，冀東半地下式標(biāo)準(zhǔn)溫室揭簾時(shí)間為M1=TEXT[（21 300+56.33X）/24/3600，"hh：mm：ss"]，蓋簾時(shí)間為M2=TEXT[（28 800-89X）/24/3600，"hh：mm：ss"]，其中X為當(dāng)日到6月22日之間的天數(shù)，TEXT為Excel函數(shù)，實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)小環(huán)境內(nèi)遠(yuǎn)程精準(zhǔn)可控化生產(chǎn)。
整合多種資源，形成氣象+市場(chǎng)+物流=農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，改善系統(tǒng)處理異常數(shù)據(jù)的容錯(cuò)能力，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的預(yù)判性控制。推廣微灌肥水一體化技術(shù)，利用控制器精準(zhǔn)控制施肥量，可使肥料利用率提高40%～50%，春季黃瓜結(jié)果盛期，黃瓜棚每4 d隨水澆施純N 19.5 kg/hm2、P2O5 7.5 kg/hm2、K2O 37.5 kg/hm2。
4 效益分析
4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益
一是通過物聯(lián)網(wǎng)專家系統(tǒng)的精確溫濕度控制，保證適宜的水、肥、氣、熱等作物生長(zhǎng)因子管理，做到科學(xué)種養(yǎng)，平均年增收2.1萬元/hm2。以種植溫室黃瓜為例，溫室黃瓜平均產(chǎn)量為105 t/hm2，平均增產(chǎn)8%（8.4 t/hm2），按平均價(jià)格2.4元/kg計(jì)算，實(shí)現(xiàn)增收2.016萬元/hm2。二是通過物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)化控制，使每個(gè)棚室每年減少用工時(shí)數(shù)18個(gè)，節(jié)省農(nóng)藥、水肥成本90元，溫室平均可節(jié)約成本28 350元/hm2。
4.2 社會(huì)效益和生態(tài)效益
一是有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境；二是節(jié)約了水肥資源；三是實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的遠(yuǎn)程化和自動(dòng)化，減少了人工投入，從而使社會(huì)資源得到更合理的分配?？梢灾苯哟龠M(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，并為農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展積累經(jīng)驗(yàn)。
摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準(zhǔn)化、集約化、信息化管理，大大減少了勞動(dòng)強(qiáng)度和用工費(fèi)用，節(jié)約了水資源，提高了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，提高了農(nóng)業(yè)科技含量。
關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)；應(yīng)用
1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在縉云農(nóng)業(yè)各產(chǎn)業(yè)中的示范應(yīng)用
1.1 在花卉產(chǎn)業(yè)中的示范應(yīng)用
縉云縣春芳花木園藝有限責(zé)任公司投資5000多萬元建設(shè)了種苗組培基地，建有0.03km2花卉連棟溫室大棚，主要種植多肉、紅掌、鳳梨等盆花，公司投入Y金安裝控溫設(shè)備，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)管理，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 在中藥材產(chǎn)業(yè)中的示范應(yīng)用
縉云縣雙峰綠園家庭農(nóng)場(chǎng)建設(shè)鐵皮石斛物聯(lián)網(wǎng)示范基地0.01km2，安裝德國(guó)進(jìn)口的全套噴滴灌設(shè)備，采用浙大床架栽培模式，應(yīng)用肥水一體化灌溉、松皮基質(zhì)育苗等高效生產(chǎn)技術(shù)，推廣廢棄物循環(huán)利用、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、病蟲綠色防控等多樣化增效技術(shù)，生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)、高科技含量的鐵皮石斛，初步建成一個(gè)生態(tài)循環(huán)節(jié)約集約型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)示范種植場(chǎng)。
縉云縣地緣家庭農(nóng)場(chǎng)從事西紅花的種植和研發(fā)。農(nóng)場(chǎng)引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過物聯(lián)網(wǎng)及無線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程生產(chǎn)管理，人在外地，也可以用手機(jī)控制溫室內(nèi)的噴霧，控制溫度、濕度。
1.3 在食用菌產(chǎn)業(yè)中的示范應(yīng)用
雙溪口食用菌精品園秀珍菇連棟大棚是目前最為先進(jìn)的設(shè)計(jì)，整個(gè)大棚遮陽系統(tǒng)可以電控自動(dòng)閉合，通風(fēng)系統(tǒng)可以自由調(diào)節(jié)，菇架國(guó)內(nèi)首個(gè)采用鍍鋅鋼質(zhì)材料，移動(dòng)式制冷出菇工藝設(shè)計(jì)，自動(dòng)加濕噴滴灌系統(tǒng)等制作的。購(gòu)置了4臺(tái)套液體菌種生產(chǎn)罐，使杏鮑菇生產(chǎn)能夠全面應(yīng)用液體菌種先進(jìn)技術(shù)，生產(chǎn)效率大大提高，走在了全國(guó)同行的前列。添置了高壓滅菌設(shè)備，具有當(dāng)前食用菌生產(chǎn)領(lǐng)域最為先進(jìn)的脈沖高壓滅菌系統(tǒng)，該設(shè)備全自動(dòng)智能化控制，可100%保證菌棒滅菌徹底，成品率、工作效率大大提高。生產(chǎn)主要環(huán)節(jié)的機(jī)械化率接近100%的水平。
1.4 在設(shè)施蔬菜上的示范應(yīng)用
在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中通過在溫室內(nèi)布置光照、溫度、濕度等無線傳感器、攝像頭和控制器，使得管理者可以隨時(shí)隨地通過3G手機(jī)或電腦，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制澆灌和開關(guān)卷簾等設(shè)備，并可實(shí)時(shí)查看到農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的溫度、濕度等信息。實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)大棚的自動(dòng)化管理，提高工作效率。
對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的各個(gè)生產(chǎn)階段把關(guān)，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物品種、生長(zhǎng)環(huán)境、噴藥施肥、病蟲害狀況等農(nóng)事做出詳細(xì)記錄，蔬菜的采收、施肥、用藥、灌溉、農(nóng)藥檢測(cè)等信息都被記錄在電子標(biāo)簽中，消費(fèi)者只需要掃描包裝上的二維碼，就能了解到蔬菜生產(chǎn)的所有信息。
蔬菜智能育苗中心，在種植蔬菜玻璃大棚、連棟大棚內(nèi)進(jìn)行了智能化應(yīng)用試點(diǎn)，以傳感器、無線網(wǎng)、監(jiān)視器、大棚設(shè)備、操控平臺(tái)架構(gòu)大棚自動(dòng)化智能控制管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光照、溫度、濕度、灌溉的自動(dòng)化控制，在棚內(nèi)設(shè)置自動(dòng)養(yǎng)分測(cè)試儀、各種傳感器，實(shí)時(shí)自動(dòng)獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，通過平臺(tái)分析數(shù)據(jù)，操控大棚通風(fēng)、控溫、施肥設(shè)施。
縉云縣四海豐果業(yè)專業(yè)合作社的智能連棟大棚種植葡萄，建成了智能控制系統(tǒng)，在天氣突變的情況下能及時(shí)進(jìn)行卷膜操作。完成對(duì)大棚環(huán)境中土壤濕度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、濕度等多因子的監(jiān)測(cè)及調(diào)控。根據(jù)溫濕度信息來進(jìn)行對(duì)電磁閥水閥的開關(guān)控制，以達(dá)到最佳的控制效果。將現(xiàn)場(chǎng)視頻信息上傳到監(jiān)控室，能夠在電腦上看到大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況，便于及時(shí)獲取農(nóng)作物信息，利用溫室大棚保溫技術(shù)可使早熟品種于6月初采收上市。通過手機(jī)軟件中的螢石云APP可以隨時(shí)隨地查看大棚內(nèi)的相關(guān)信息。
2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中示范應(yīng)用效益
經(jīng)濟(jì)效益，縉云縣推廣農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)示范基地8個(gè)，實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)值2493.28萬元，新增產(chǎn)值120.68萬元，降低勞動(dòng)生產(chǎn)成本150.42萬元，總增效益213.6萬元，實(shí)現(xiàn)了顯著的增產(chǎn)節(jié)本增收效果。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在縉云農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的示范應(yīng)用，涉及花卉、中藥材、食用菌、生豬養(yǎng)殖、蔬菜、葡萄等，已建立起了一系列農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基地，研究總結(jié)出了一套適合本地不同產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準(zhǔn)化、集約化、信息化管理，大大減少了勞動(dòng)強(qiáng)度和用工費(fèi)用，節(jié)約了水資源，提高了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，提高了農(nóng)業(yè)科技含量。生態(tài)效益，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用示范，節(jié)肥、節(jié)藥、節(jié)水效果明顯，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和減少農(nóng)業(yè)面源污染。社會(huì)效益，發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，具有生態(tài)環(huán)境保護(hù)、食品安全保障、能源資源節(jié)約及節(jié)省人工實(shí)現(xiàn)“機(jī)器換人”等社會(huì)效益。
3 結(jié)論
發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，開展精準(zhǔn)施肥、智能灌溉、溫濕調(diào)控、設(shè)施種養(yǎng)農(nóng)業(yè)等方面的信息化、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的精準(zhǔn)化、智能化和自動(dòng)化水平。減少流通環(huán)節(jié)，促進(jìn)產(chǎn)銷對(duì)接，增加農(nóng)民收入，倒逼農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)合作社、龍頭企業(yè)、種養(yǎng)大戶與市場(chǎng)對(duì)接?？杉涌燹r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和轉(zhuǎn)型，最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。
摘要：文章首先分析了基于物聯(lián)網(wǎng)開展農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)構(gòu)建，結(jié)合使用功能來進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)探討設(shè)計(jì)的流程以及軟件使用功能，從數(shù)據(jù)信息傳輸穩(wěn)定性提升以及增強(qiáng)探測(cè)器精準(zhǔn)度兩方面內(nèi)容開展，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供穩(wěn)定的氣象數(shù)據(jù)，降低氣象問題造成的農(nóng)業(yè)損失。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)；軟件設(shè)計(jì)
一、基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行農(nóng)氣象觀測(cè)軟件設(shè)計(jì)，首先需要定一個(gè)設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)，在框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)的填充設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象數(shù)據(jù)的全面檢測(cè)。其中計(jì)算機(jī)設(shè)備能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行過程中搜集到的信息進(jìn)行保存，并錄入到數(shù)據(jù)庫中，作為歷史數(shù)據(jù)來為農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)提供參照依據(jù)。不同監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)會(huì)使用探測(cè)器對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)期間會(huì)針對(duì)信息傳輸更新時(shí)間做出計(jì)算，這樣在最終的控制效果上也會(huì)更理想。整體框架結(jié)構(gòu)分別負(fù)責(zé)不同的功能層，根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)信息來進(jìn)行內(nèi)部控制檢測(cè)，傳輸管理指令。由于氣象環(huán)境是不斷變化的，因此觀測(cè)系統(tǒng)要確保探測(cè)器的靈敏程度，確保信息傳輸能夠達(dá)到實(shí)時(shí)更新，這樣系統(tǒng)功能投入使用后在功能上才能夠滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。系統(tǒng)的終端是由農(nóng)戶手機(jī)構(gòu)成的，在總控制中心會(huì)針對(duì)探測(cè)設(shè)備得到的信息進(jìn)行傳輸，進(jìn)入到計(jì)算機(jī)設(shè)備的分析系統(tǒng)中，將其匯編成為一種手機(jī)軟件可以顯示的信息，通過信息傳輸信息將其傳輸?shù)接脩舻氖謾C(jī)中，實(shí)時(shí)反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的氣象變化，便于農(nóng)民根據(jù)氣象反饋對(duì)所種植的農(nóng)作物品種進(jìn)行選擇，并合理的預(yù)防氣象災(zāi)害。
二、氣象觀測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
1、氣象觀測(cè)無線傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
軟件控制系統(tǒng)部分具有靈活性，可以根據(jù)使用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，軟件控制是對(duì)硬件進(jìn)行指令傳輸?shù)模軌驇椭鷼庀蟊O(jiān)測(cè)系統(tǒng)適應(yīng)不同區(qū)域的環(huán)境特征，并將氣候所帶來的干擾影響降至最低。在傳輸信道的設(shè)計(jì)中，要確保信號(hào)傳輸是獨(dú)立進(jìn)行的，彼此之間不存在干擾，這樣在信息傳輸過程中也能提升最大控制能力，使氣象觀測(cè)系統(tǒng)能夠獨(dú)立運(yùn)行，并達(dá)到最理想的控制效果，當(dāng)前一些比較常見的設(shè)計(jì)問題，在系統(tǒng)控制中也均能夠得到更新?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)屬于軟件設(shè)計(jì)，需要建立一個(gè)基礎(chǔ)的信息傳輸框架，這樣才能夠幫助提升傳輸效果，提升數(shù)據(jù)信息的處理能力，達(dá)到一個(gè)更理想的管理效果。綜合氣象監(jiān)測(cè)過程中所遇到的變化，作為數(shù)據(jù)庫建立的參照依據(jù)，更快速的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
2、氣象觀測(cè)無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是其中比較重要的內(nèi)容，也是信息傳輸?shù)幕究蚣?，在?duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要根據(jù)所需要傳輸?shù)男畔⑿枨罅縼斫⒔尤朦c(diǎn)，為后續(xù)所開展的信息傳輸建立一個(gè)穩(wěn)定的基礎(chǔ)環(huán)境，并觀察是否能夠幫助提升信息的傳輸效率，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)的調(diào)整，幫助提升系統(tǒng)運(yùn)行以及最終的控制質(zhì)量，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植區(qū)域內(nèi)的氣象變化進(jìn)行全面監(jiān)管控制。對(duì)于設(shè)計(jì)方案中需要優(yōu)化的部分，充分采取這種方法，也能幫助更好的解決，實(shí)現(xiàn)管理控制效果的提升，對(duì)于氣象觀測(cè)中的傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，更要體現(xiàn)出信息傳輸?shù)母咝В谲浖袑?duì)網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行防護(hù)處理，將網(wǎng)絡(luò)病毒的影響降至最低，避免網(wǎng)絡(luò)病毒對(duì)數(shù)據(jù)庫攻擊影響到信息的安全使用。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是與軟件結(jié)合進(jìn)行的，對(duì)于設(shè)計(jì)過程中的多個(gè)項(xiàng)目探討，應(yīng)該充分采取這種預(yù)防方法，提升網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)母咝?，同時(shí)更應(yīng)該確保其中的質(zhì)量安全，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)的采取解決方案，避免類似問題再次出現(xiàn)。
三、氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)中心軟件架構(gòu)及關(guān)鍵程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
1、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
軟件設(shè)計(jì)是針對(duì)程序框圖部分的完善來進(jìn)行的，觀察程序框圖中是否存在可以優(yōu)化的部分，充分采取優(yōu)化方案。確定程序框圖后，對(duì)各個(gè)框圖的功能進(jìn)行填充，并嚴(yán)格按照所填充的內(nèi)容進(jìn)行具體的構(gòu)建，使用匯編語言來編寫相關(guān)的功能，為氣象觀測(cè)信息傳輸建立一個(gè)穩(wěn)定的軟件環(huán)境。在此基礎(chǔ)上觀察是否存在需要繼續(xù)強(qiáng)化解決的內(nèi)容。軟件程序框圖構(gòu)建后，具體的實(shí)現(xiàn)仍然需要參照實(shí)際觀測(cè)環(huán)境，將氣象變化特征體現(xiàn)在其中，并通過這種方法來繼續(xù)深入解決當(dāng)前常見的問題，為管理計(jì)劃開展創(chuàng)造穩(wěn)定的條件。軟件程序可以對(duì)硬件部分進(jìn)行控制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)得到的信息傳輸需求來進(jìn)行，避免在軟件功能與硬件對(duì)接過程中出現(xiàn)銜接問題。軟件設(shè)計(jì)可以借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來下載一些資源，進(jìn)而達(dá)到更理想的設(shè)計(jì)效果，系統(tǒng)正式使用后也需要借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來對(duì)信息進(jìn)行傳輸共享。將信息的傳輸速度與網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)融合在一起，共同進(jìn)行軟件方面的設(shè)計(jì)，最終的設(shè)計(jì)效果也會(huì)有明顯提升。對(duì)于農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)系統(tǒng)，構(gòu)建過程中一項(xiàng)重要的任務(wù)是對(duì)使用終端進(jìn)行完善，體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。氣象數(shù)據(jù)糾正及融合處理程序主要根據(jù)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)獲取的數(shù)據(jù)和市級(jí)氣象服務(wù)器上獲取的區(qū)域天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合對(duì)觀測(cè)到的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理，然后存入到MySQL數(shù)據(jù)庫中。
2、關(guān)鍵程序模塊的設(shè)計(jì)
關(guān)鍵程序模塊的設(shè)計(jì)，包括氣象變化探測(cè)系統(tǒng)，對(duì)這一部分的控制軟件的設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行一個(gè)控制參數(shù)之間的聯(lián)系體系建立，并對(duì)所設(shè)計(jì)的控制軟件進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，技術(shù)人員模擬出網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在的攻擊，并通過這種方法來幫助完善當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫受到破壞的現(xiàn)象，及時(shí)建立起聯(lián)系，繼而實(shí)現(xiàn)整體管理效果的提升，模塊設(shè)計(jì)可以從關(guān)聯(lián)性建立層面來進(jìn)行，構(gòu)建各個(gè)功能層之間的軟件聯(lián)系，這樣在運(yùn)行使用中能夠?qū)⑿畔⒐餐瑐鬏數(shù)娇偪刂浦行闹?，避免受到參?shù)誤差的影響，導(dǎo)致氣象觀測(cè)結(jié)果不理想，影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。設(shè)計(jì)過程中主要完成的軟件模塊包括 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換、氣象數(shù)據(jù)糾正和融合處理、市級(jí)氣象服務(wù)器數(shù)據(jù)交換和 web及應(yīng)用服務(wù)器 4個(gè)部分的設(shè)計(jì)。
3、氣象數(shù)據(jù)糾正及融合處理程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
氣象數(shù)據(jù)由于環(huán)境問題或者是受到參數(shù)分析的影響，對(duì)于氣象的預(yù)測(cè)結(jié)果很容易產(chǎn)生誤差，這種誤差會(huì)隨著時(shí)間發(fā)展而減小，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要將這種誤差縮減體現(xiàn)在其中，也就是自動(dòng)化參數(shù)誤差調(diào)節(jié)。其處理程序功能的實(shí)現(xiàn)，是根據(jù)所更新得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，綜合計(jì)算結(jié)果，并選擇其中的平均值，這樣更接近真實(shí)情況，對(duì)氣象變化的描述也更符合實(shí)際變化。技術(shù)人員要定期對(duì)探測(cè)裝置進(jìn)行模擬檢驗(yàn)，觀察所傳輸?shù)娇偪刂浦行牡臄?shù)據(jù)是否與實(shí)際情況是一致的，并通過程序匯編來對(duì)控制功能做出調(diào)整，提升最終控制功能的穩(wěn)定性。
4、web及應(yīng)用服務(wù)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
這一功能實(shí)現(xiàn)需要與網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)來對(duì)觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)信息快速傳輸，可以不受時(shí)間以及距離的影響，提升最終的傳輸速度。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中主要是對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)綜合構(gòu)建，充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來進(jìn)行數(shù)據(jù)資源開發(fā)利用，農(nóng)民需要對(duì)氣象信息進(jìn)行連接時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也能更高效的實(shí)現(xiàn)，信息獲取渠道增多后，對(duì)提升信息結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確程度也有很大幫助。當(dāng)前的設(shè)計(jì)方法是通過結(jié)構(gòu)框架來帶動(dòng)程序功能實(shí)現(xiàn)的。
結(jié)語：農(nóng)業(yè)氣象應(yīng)用系統(tǒng)的智能化精準(zhǔn)化還處于起步階段，仍有很大的發(fā)展空間，很多地方還有待完善。對(duì)于操作界面來說，可以融入心理學(xué)方面的知識(shí)來制作更符合人們心里需求的、更為美觀方便的操作界面；對(duì)于前端采集系統(tǒng)來說，可以增加更多的采集要素，并加強(qiáng)精度，從廣度和深度上使采集的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確全面；對(duì)于后端管理軟件來說，可以將氣象大數(shù)據(jù)融入進(jìn)來，使其提供更深層的氣象服務(wù)功能。
摘 要：物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)選取具有典型意義的智慧農(nóng)業(yè)設(shè)備為基礎(chǔ)，結(jié)合可靈活部署的移動(dòng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)。通過網(wǎng)關(guān)、安卓工控平板和物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)之間不同的搭配、組合，為學(xué)生提供云平臺(tái)接入、網(wǎng)關(guān)直連、平板直連，PC直連四種不同的數(shù)據(jù)采集、流轉(zhuǎn)、處理模式。本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)很好地幫助了學(xué)生從物聯(lián)網(wǎng)理論學(xué)習(xí)過渡到實(shí)際動(dòng)手操作，培養(yǎng)學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用方面的動(dòng)手實(shí)踐能力，軟件編程以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力，為后續(xù)的行業(yè)實(shí)訓(xùn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧農(nóng)業(yè)；實(shí)訓(xùn)平臺(tái)；行業(yè)實(shí)訓(xùn)
0 引 言
物聯(lián)網(wǎng)是我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》[1]圈定了10大領(lǐng)域重點(diǎn)示范工程，智能農(nóng)業(yè)便是其中之一。據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，智能農(nóng)業(yè)在其領(lǐng)域五年內(nèi)需要的人才約為1 000萬。從產(chǎn)業(yè)需求看，物聯(lián)網(wǎng)人才[2]總體可分為研究型人才和工程應(yīng)用型人才兩類。
研究型人才主要為研究生層次或研究型高校所培養(yǎng)的畢業(yè)生，是各類“研究型企業(yè)”或“高新企業(yè)”的研發(fā)部、研究院所急需的人才。在高等院校和科研院所物聯(lián)網(wǎng)研究型人才培養(yǎng)方面，偏重于研究型和創(chuàng)新型，具有跨學(xué)科復(fù)合型特點(diǎn)。工程應(yīng)用型人才主要為各類高職學(xué)校或信息類本科學(xué)院畢業(yè)生，以從事物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目實(shí)施等為主，以系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)、工程項(xiàng)目策劃與實(shí)施為主的企業(yè)，更應(yīng)注重工程應(yīng)用技術(shù)能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)工程實(shí)踐的實(shí)際訓(xùn)練，突出技術(shù)應(yīng)用能力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力。
隨著近幾年大量物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)完成，開始轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)施與維護(hù)過程，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用型人才的占比已趕上甚至超過了研發(fā)型人才需求。巨大的市場(chǎng)潛力，廣闊的行業(yè)發(fā)展前景，急待提高的人員素質(zhì)，為職業(yè)學(xué)校辦好此朝陽專業(yè)建立信心和決心。很多高職院校抓住此良好環(huán)境和契機(jī)，建設(shè)好該新興專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室應(yīng)用平臺(tái)是保障此專業(yè)能較好完成教學(xué)效果的前提和必要條件。
1 物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)訓(xùn)室平臺(tái)的需求分析
1.1 實(shí)訓(xùn)室建設(shè)意義
從教學(xué)方面來說，應(yīng)培養(yǎng)從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分析與系統(tǒng)開發(fā)的高技能人才。培養(yǎng)合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，具備扎實(shí)的物聯(lián)網(wǎng)理論與實(shí)踐知識(shí)，并具備在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域跟蹤新知識(shí)、新技術(shù)的能力及較強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能力。通過理論課程的教學(xué)并結(jié)合實(shí)訓(xùn)室的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生、學(xué)員親自動(dòng)手，接觸各種實(shí)訓(xùn)室設(shè)備。最終實(shí)現(xiàn)能讓學(xué)生獨(dú)立構(gòu)架各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的目的。通過理論與實(shí)踐相結(jié)合，感知體驗(yàn)與動(dòng)手結(jié)合、方案設(shè)計(jì)與實(shí)際驗(yàn)證結(jié)合來提高動(dòng)手能力，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提高學(xué)生水平。
從科研方面[3]來說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，是一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，包含RFID射頻技術(shù)、有線傳感技術(shù)、無線傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)交換與網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)、終端管理等關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)訓(xùn)室物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過射頻識(shí)別等設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理，通過建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室為教師提供物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究的科研平臺(tái)，通過實(shí)訓(xùn)室設(shè)備促進(jìn)教師與科研人員進(jìn)行更好的科研研究。
1.2 實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)特點(diǎn)
物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室設(shè)計(jì)以技術(shù)全面化、業(yè)務(wù)典型化、應(yīng)用教學(xué)化三個(gè)方面為指導(dǎo)思想進(jìn)行建設(shè)。
1.2.1 技術(shù)全面化
主要解決技術(shù)知識(shí)層面的問題，實(shí)訓(xùn)室引入物聯(lián)網(wǎng)龍頭企業(yè)工業(yè)化產(chǎn)品體系，融合產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)模式吻合教學(xué)實(shí)訓(xùn)體系。實(shí)訓(xùn)室不僅可以全面支持物聯(lián)網(wǎng)培訓(xùn)認(rèn)證所要求掌握的技術(shù)，還全面涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的基礎(chǔ)課和專業(yè)課[4]，如物聯(lián)網(wǎng)概論、信號(hào)與系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代通信網(wǎng)、傳感器原理、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、無線通信原理、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、近距無線傳輸技術(shù)、二維條碼技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理、物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)等均可在此完成并創(chuàng)新拓展。
1.2.2 業(yè)務(wù)典型化
主要解決應(yīng)用和就業(yè)層面的問題。眾多教育集團(tuán)公司將多年成功的商業(yè)模式及成熟的行業(yè)應(yīng)用如車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、智能家居、智慧農(nóng)業(yè)等轉(zhuǎn)化為典型的業(yè)務(wù)場(chǎng)景以用于支撐物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生在實(shí)訓(xùn)的同時(shí)了解、融入真實(shí)的行業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。
1.2.3 應(yīng)用教學(xué)化
應(yīng)用數(shù)字化的主要目的在于解決培養(yǎng)和定位問題，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、行業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)箱、實(shí)訓(xùn)墻、行業(yè)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景等多種形態(tài)、多種應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體驗(yàn)中心實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，感知體驗(yàn)與動(dòng)手的結(jié)合、方案設(shè)計(jì)與實(shí)際驗(yàn)證的結(jié)合。
1.3 實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)目標(biāo)
通過建立實(shí)訓(xùn)室，建設(shè)一個(gè)教、學(xué)、研、培訓(xùn)認(rèn)證統(tǒng)一的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，集教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、培訓(xùn)認(rèn)證功能于一體，圍繞物聯(lián)網(wǎng)主題，同時(shí)兼顧當(dāng)前IT流行技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，注重各種技術(shù)之間的融合c靈活應(yīng)用，既可滿足日常教學(xué)要求，又注重項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)及創(chuàng)新試驗(yàn)，各設(shè)備之間還可以靈活組合。學(xué)員不僅可通過實(shí)訓(xùn)室里的相關(guān)設(shè)備掌握物聯(lián)培訓(xùn)認(rèn)證所要求的所有技術(shù)，還可以基于各種模塊，按照自身需求進(jìn)行獨(dú)特設(shè)計(jì)，融合各種技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新試驗(yàn)及項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)。建設(shè)一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室，進(jìn)行各種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能視頻技術(shù)等教學(xué)實(shí)驗(yàn)，模擬典型智慧校園、智能追溯等實(shí)際應(yīng)用。通過實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)方面的高技能技術(shù)人才。學(xué)生、學(xué)員可就業(yè)于與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的企業(yè)，從事與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的工作。
物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)，應(yīng)在物聯(lián)網(wǎng)的識(shí)別、感知、通訊傳輸、組網(wǎng)技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析方面，衍生至物聯(lián)網(wǎng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，以專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)、物聯(lián)網(wǎng)核心課程教學(xué)、提高學(xué)生實(shí)訓(xùn)水平為目標(biāo)，建立一個(gè)完整的、基礎(chǔ)的實(shí)訓(xùn)架構(gòu)體系。實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)需滿足以下基本要求：
（1）滿足農(nóng)業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才培養(yǎng)規(guī)范和教學(xué)基本要求；
（2）能夠支撐學(xué)校相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)；
（3）能夠支撐學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)各知識(shí)點(diǎn)的實(shí)訓(xùn)；
（4）能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)綜合創(chuàng)新的實(shí)訓(xùn)，如智慧城市、智能家居等。
2 智慧農(nóng)業(yè)實(shí)訓(xùn)室應(yīng)用平臺(tái)
典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)平臺(tái)[5]（智慧農(nóng)業(yè)套件）以選取具有典型意義的物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)設(shè)備為基礎(chǔ)，結(jié)合可靈活部署的移動(dòng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)。學(xué)生可通過應(yīng)用平臺(tái)實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品的訓(xùn)練進(jìn)一步了解各種農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)典型應(yīng)用，進(jìn)行模擬訓(xùn)練；從實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品中學(xué)習(xí)傳感器、WSN及嵌入式知識(shí)。通過豐富多彩的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)案例及體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的想象力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，并提供多樣化的集知識(shí)性和趣味性于一體的超強(qiáng)用戶體驗(yàn)。讓學(xué)生可以在實(shí)訓(xùn)室中看到農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的現(xiàn)狀，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手設(shè)計(jì)能力，幫助他們成為具有特色能力的專業(yè)技術(shù)人才。
2.1 實(shí)訓(xùn)室平面圖
物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)訓(xùn)室平面設(shè)計(jì)圖如圖1所示。具體位置可按實(shí)地重新規(guī)劃，根據(jù)教室實(shí)地情況，使用20+1套典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)，可以滿足對(duì)20～40學(xué)生進(jìn)行教學(xué)。此外，結(jié)合農(nóng)業(yè)院校特色，新建一個(gè)農(nóng)產(chǎn)品溫室大棚，充分體現(xiàn)了智慧農(nóng)業(yè)套件由淺入深，由理論到實(shí)踐的循序漸進(jìn)過程，豐富實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)，并將其應(yīng)用于實(shí)踐生活中。
2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)屬于移動(dòng)實(shí)訓(xùn)系列產(chǎn)品，主要由物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、工控平板、數(shù)/模采集器等11個(gè)物聯(lián)網(wǎng)典型部件構(gòu)成。其中移動(dòng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、安卓工控平板是核心部件，采集器使用四輸入模擬采集器和數(shù)字量采集器，有繼電器I和繼電器II，傳感器包括光照傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外開關(guān)，通過風(fēng)扇I和風(fēng)扇II完成。
2.3 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)流程
智慧農(nóng)業(yè)套件實(shí)訓(xùn)平臺(tái)通過網(wǎng)關(guān)連接到公共網(wǎng)云平臺(tái)，構(gòu)成了基于感知層基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)。具體數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)流程[6]如下所示：
（1）通過四模輸入量采集器采集光照、溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，通過ADAM-4150采集人體紅外傳感器數(shù)據(jù)；
（2）模擬輸入量采集器通過ZigBee傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳到網(wǎng)關(guān)，ADAM-4150通過串口將數(shù)據(jù)傳至網(wǎng)關(guān)；
（3）網(wǎng)關(guān)通過TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺(tái)或者工控平板進(jìn)行數(shù)據(jù)邏輯處理；
（4）云平臺(tái)或工控平板形成控制指令，并通過TCP/IP協(xié)議傳給網(wǎng)關(guān)；
（5）網(wǎng)關(guān)通過串口將指令傳給ADAM-4150；
（6）ADAM-4150給繼電器輸出指令，控制風(fēng)扇的開閉。
3 核心部件功能介紹
3.1 網(wǎng)關(guān)功能介紹
物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為系統(tǒng)設(shè)備域的重要部件[7]，集成物聯(lián)網(wǎng)核心采集器、控制器，通過ZigBee協(xié)議、Modbus協(xié)議等采集、解析數(shù)據(jù)，具有透?jìng)?、控制命令下發(fā)等功能，可將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示于網(wǎng)關(guān)顯示屏。網(wǎng)管功能截圖如圖2所示。具有采集光照傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器數(shù)據(jù)的功能并進(jìn)行顯示，還可手動(dòng)下發(fā)指令，打開風(fēng)扇，將采集的數(shù)據(jù)傳輸給工控平板或云平臺(tái)，同時(shí)工控平板或云平臺(tái)通過網(wǎng)關(guān)可下達(dá)對(duì)繼電器的開關(guān)指令?；谶@些功能，農(nóng)業(yè)套件平臺(tái)網(wǎng)關(guān)具有以下特點(diǎn)：
（1）LCD顯示功能，可同時(shí)顯示6路傳感器數(shù)據(jù)；
（2）本地聲光報(bào)警功能，具備超溫、斷電報(bào)警功能；
（3）通過WiFi/GPRS/以太網(wǎng)傳輸可將溫濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至后臺(tái)；
（4）內(nèi)置后備電池，斷電后可繼續(xù)工作2小時(shí)；
（5）支持?jǐn)嗑€儲(chǔ)存功能，最大支持5 000條記錄。
3.2 工控平板功能介紹
工控平板是智慧農(nóng)業(yè)套件的數(shù)據(jù)處理核心，通過對(duì)網(wǎng)關(guān)傳輸數(shù)據(jù)的邏輯處理，可自動(dòng)下發(fā)控制指令。對(duì)光照傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理，自動(dòng)生成控制指令；對(duì)光照傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器的數(shù)據(jù)案例進(jìn)行開發(fā)并展示；對(duì)網(wǎng)關(guān)下達(dá)繼電器開關(guān)指令，或通過串口對(duì)ADAM-4150下達(dá)控制指令?；谶@些功能，工控平板具有以下特點(diǎn)：
（1）支持通過網(wǎng)關(guān)連接和通過串口與采集器直接連接兩種數(shù)據(jù)采集方式；
（2）顯示內(nèi)容豐富，界面友好；
（3）多通道數(shù)據(jù)傳輸，支持WiFi、串口、RJ45等多種數(shù)據(jù)傳輸方式；
（4）可旋轉(zhuǎn)支架。
3.3 云平_功能介紹
物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)[8]以云計(jì)算架構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的云平臺(tái)管理，包含用戶管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邏輯處理，設(shè)備管理、配置，資源管理、配置等功能，如圖3所示。支持多個(gè)網(wǎng)關(guān)、傳感器、執(zhí)行器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備動(dòng)態(tài)接入和管理；對(duì)光照傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；可遠(yuǎn)程手動(dòng)或自動(dòng)下達(dá)控制指令；BS架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理、監(jiān)控；提供了豐富靈活的API接口，可通過API接口獲取數(shù)據(jù)，組建具有邏輯功能的各種應(yīng)用場(chǎng)景。
4 結(jié) 語
物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)以移動(dòng)型實(shí)訓(xùn)臺(tái)為硬件支撐平臺(tái)，所有部件可靈活調(diào)配，緊跟教學(xué)進(jìn)度，可按需組合，平臺(tái)系統(tǒng)安裝部署靈活，方便教學(xué)，支持四種數(shù)據(jù)傳輸模式，學(xué)生可自由組合，了解學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑恚莆諗?shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞胶椭R(shí)。平臺(tái)的農(nóng)業(yè)套件主要包括ZigBee無線組網(wǎng)相關(guān)的傳感器、繼電器等多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，通過配套的智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)及理論課程教學(xué)，讓學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行安裝調(diào)試，接觸物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在短距離傳輸領(lǐng)域的真實(shí)使用，最終實(shí)現(xiàn)感知體驗(yàn)與動(dòng)手相結(jié)合、方案設(shè)計(jì)與實(shí)際驗(yàn)證相結(jié)合的目的，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。
摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中有線網(wǎng)絡(luò)成本高、布線繁瑣、勞動(dòng)成本高等問題，文中基于TLink物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)、網(wǎng)關(guān)控制中心以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種方便、準(zhǔn)確、高效的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手機(jī)客戶端及網(wǎng)頁客戶端對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和控制開關(guān)，當(dāng)農(nóng)場(chǎng)中的某項(xiàng)采集數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)，通過網(wǎng)關(guān)中心對(duì)用戶手機(jī)發(fā)送短信報(bào)警信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果且成本低廉，適宜廣泛推廣。
關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè)；TLink；網(wǎng)關(guān)；物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)
0 引 言
農(nóng)業(yè)是中國(guó)最傳統(tǒng)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，通過信息技術(shù)對(duì)地塊的土壤、肥力、氣候等進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，然后據(jù)此提供與種植、施肥相關(guān)的解決方案，大大提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率?；诰珳?zhǔn)的農(nóng)業(yè)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)進(jìn)行多層次分析，并將分析指令與各種控制設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理。這種智能機(jī)械代替人的農(nóng)業(yè)勞作，不僅解決了農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力日益緊缺的問題，還實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高度規(guī)模化、集約化、工廠化，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)能力，使弱勢(shì)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)成為具有高效率的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)[1]。
本設(shè)計(jì)采用國(guó)內(nèi)流行的TLink物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，基于意法半導(dǎo)體STM32最小系統(tǒng)，ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)芯片、WiFi芯片、GSM模塊以及農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集傳感器，實(shí)現(xiàn)用戶通過手機(jī)客戶端或網(wǎng)頁客戶端實(shí)時(shí)查詢農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器信息以及對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的通風(fēng)、加濕等設(shè)備進(jìn)行控制[2]。
1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)由客戶端、TLink物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)、網(wǎng)關(guān)、節(jié)點(diǎn)組成。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。
客戶端分為手機(jī)端和網(wǎng)頁端，可以實(shí)時(shí)查看傳感器信息，TLink物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)作為一個(gè)開放的公共物聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái)[3]，通過給用戶提供開放的API接口使傳感器數(shù)據(jù)的接入、存儲(chǔ)和展現(xiàn)更加方便簡(jiǎn)單。網(wǎng)關(guān)基于STM32嵌入式最小系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)換[4]，主要有無線傳感網(wǎng)絡(luò)ZigBee協(xié)議、無線局域網(wǎng)WiFi協(xié)議和第二代全球移動(dòng)通信GSM協(xié)議。節(jié)點(diǎn)同樣基于STM32嵌入式最小系統(tǒng)搭建ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集傳感器信息并上傳[5]。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
網(wǎng)關(guān)是本系統(tǒng)的核心控制部分。網(wǎng)關(guān)以STM32F103RBT6為主控芯片，最多可支持五路串口，在STM32最小系統(tǒng)搭載HLK-RM04 WiFi模塊、CC2530 ZigBee協(xié)調(diào)器模塊、SIM900A GSM模塊。本網(wǎng)關(guān)模塊實(shí)現(xiàn)底層ZigBee網(wǎng)絡(luò)、GSM網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換。STM32必須提供外圍相關(guān)電路構(gòu)成最小系統(tǒng)，包括3.3 V穩(wěn)壓電源、8 MHz晶振時(shí)鐘、復(fù)位電路、數(shù)字和模擬間的去耦電路、調(diào)試接口。WiFi模塊與GSM模塊在功能上互補(bǔ)，充分考慮到無WiFi網(wǎng)絡(luò)情況下，數(shù)據(jù)可以通過GSM模塊傳送到用戶手機(jī)。各模塊與網(wǎng)關(guān)底板以插針的方式連接，方便程序升級(jí)更新。采用220 V轉(zhuǎn)5 V適配器供電。此外，網(wǎng)關(guān)增加功能設(shè)置按鍵和LED提示功能。按鍵主要功能為復(fù)位和啟動(dòng)/停止數(shù)據(jù)上傳。網(wǎng)關(guān)ZigBee模塊采用PCB天線，WiFi模塊采用airgain內(nèi)置天線[6]。
節(jié)點(diǎn)以STM32F103RBT6為主控芯片，最小系統(tǒng)搭載DHT11溫濕度傳感器、BH1750光強(qiáng)度傳感器、土壤濕度傳感器模塊、松樂SRD-05VDC-SL-C繼電器、CC2530 ZigBee芯片。底層構(gòu)建一個(gè)基于ZigBee協(xié)議的無線傳感網(wǎng)絡(luò)[7]。該無線傳感網(wǎng)絡(luò)涵蓋燈光控制、通風(fēng)控制、環(huán)境溫濕度的采集、升溫、加濕控制。硬件供電電源部分電路圖如圖2所示。
電源通過AMS1117-3.3 V芯片實(shí)現(xiàn)5 V轉(zhuǎn)3.3 V輸出，電源接口為PWR2.5，可接220 V轉(zhuǎn)5 V/2 A的電源適配器獲得。C7、C8、C9為濾波電容，保證電源電壓穩(wěn)定可靠。繼電器電路圖如圖3所示。
節(jié)點(diǎn)板繼電器部分采用PC817光耦隔離芯片，實(shí)現(xiàn)信號(hào)地和電源地之間的有效隔離。繼電器觸點(diǎn)容量為250 V/10 A（AC）或30 V/10 A（DC）。繼電器輸出為公共端和常閉端。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 軟件功能描述
基于STM32嵌入式軟件編程，實(shí)現(xiàn)通過一個(gè)串口服務(wù)器將芯片的三個(gè)串口USART1、USART2、USART3分別接到ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、SIM900A GSM模塊、HLK-RM04 WiFi模塊，波特率分別設(shè)置為115 200，9 600，115 200 （Bd/s）。節(jié)點(diǎn)板在主循環(huán)中完成對(duì)溫濕度、光照度、土壤濕度傳感器數(shù)據(jù)的采集，并將數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送至串口1，再由與串口1相連接的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)向上層網(wǎng)關(guān)板發(fā)送數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)聽接收網(wǎng)關(guān)板下達(dá)的控制命令[8]。
3.2 數(shù)據(jù)幀格式
節(jié)點(diǎn)板與網(wǎng)關(guān)板數(shù)據(jù)交互幀格式（節(jié)點(diǎn)上傳網(wǎng)關(guān)）見表1所列。
節(jié)點(diǎn)上傳網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度為11字節(jié)，幀首和幀尾固定為0XFE和0XFF，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度占1字節(jié)，數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度-幀首長(zhǎng)度-幀尾長(zhǎng)度-1字節(jié)=0X08。源端口號(hào)標(biāo)示ZigBee終端節(jié)點(diǎn)用于發(fā)送數(shù)據(jù)所占用的端口。
目的端口聳ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)用于接收數(shù)據(jù)所占用的端口。
網(wǎng)關(guān)地址標(biāo)示ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址，用2個(gè)字節(jié)表示，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。
網(wǎng)關(guān)下發(fā)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀格式見表2所列。網(wǎng)關(guān)下發(fā)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)幀格式數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度為8字節(jié)，幀首和幀尾固定為0XFE和0XFF。
數(shù)據(jù)長(zhǎng)度占1字節(jié)，數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度-幀首長(zhǎng)度-幀尾長(zhǎng)度-1字節(jié)=0X05。
源端口號(hào)為上傳數(shù)據(jù)幀中的目的端口號(hào)，目的端口號(hào)為上傳數(shù)據(jù)的源端口號(hào)。
節(jié)點(diǎn)地址標(biāo)示在ZigBee網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址，2個(gè)字節(jié)表示，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后，控制命令占1字節(jié)。
控制命令為0X00表示開第一路繼電器，控制命令為0X01則表示關(guān)第一路繼電器。
控制命令為0X02，表示開第二路繼電器，控制命令為0X03，表示關(guān)第二路繼電器。
網(wǎng)關(guān)板與云平臺(tái)數(shù)據(jù)交互幀格式（網(wǎng)關(guān)板上傳云平臺(tái)）見表3所列。
幀首、幀尾固定為0X4C和0XFF，分隔符固定為0X2C（對(duì)應(yīng)ASCII碼為“，”逗號(hào)）。
數(shù)據(jù)依次為溫度、濕度、光照度、土壤濕度。
云平臺(tái)與網(wǎng)關(guān)板建立的是一個(gè)TCP長(zhǎng)連接，云平臺(tái)控制命令下發(fā)至網(wǎng)關(guān)板則發(fā)送JSON格式數(shù)據(jù)：{“sensorDatas”：[{“sensorId”：“xxxxxxx”，“value”：“xx”}]}。其中，sensor ID是云平臺(tái)中每個(gè)開關(guān)型設(shè)備的編號(hào)，value是相應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)，每個(gè)設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)分別用00和01表示。
3.3 軟件流程圖
節(jié)點(diǎn)軟件流程圖如圖4所示，網(wǎng)關(guān)軟件流程圖如圖5所示。
4 TLink物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)
4.1 TLink簡(jiǎn)介
平臺(tái)的主要功能如下：
（1）接入傳感器設(shè)備能夠支持用戶使用Http，MQTT或Socket等方式連入平臺(tái)，支持以JSON，XML等標(biāo)準(zhǔn)格式上傳傳感器數(shù)據(jù)，在Socket模式下，能提供傳感器設(shè)備實(shí)時(shí)反向控制功能（即由Web或App遠(yuǎn)程控制接入設(shè)備），所有數(shù)據(jù)存入和取回等API手冊(cè)完全開放，并支持客戶進(jìn)行二次開發(fā)。
（2）RESTful的交互接口設(shè)計(jì)使得TLink與開發(fā)者之間的交互非常簡(jiǎn)潔、透明，輕松完成數(shù)據(jù)的添加、存儲(chǔ)、設(shè)置狀態(tài)或更新狀態(tài)等操作，能夠很容易的與移動(dòng)App或企業(yè)管理系統(tǒng)進(jìn)行整合。
（3）虛擬儀表功能在一個(gè)交互頁面上，以網(wǎng)關(guān)為單位整合和展現(xiàn)多個(gè)數(shù)值型傳感器的歷史數(shù)據(jù)和曲線圖，并能夠完成對(duì)傳感器的事件觸發(fā)配置。
（4）事件觸發(fā)能力能夠定義多種傳感器的閾值，在達(dá)到特定值時(shí)發(fā)送短信，Email或由微信推送。
（5）社交功能能夠在TLink公眾號(hào)上查看傳感器的狀態(tài)或歷史曲線，并通過微信共享給好友查看。傳感器數(shù)據(jù)能夠觸發(fā)微信交互，使微信關(guān)注者能夠直接與機(jī)器設(shè)備進(jìn)行交互和控制[9]。
4.2 TLink開發(fā)流程
TLink開發(fā)流程如下：
（1）通過http：//www.tlink.io/地址訪問TLink平臺(tái)注冊(cè)用戶，并登錄平臺(tái)個(gè)人中心。
（2）創(chuàng)建設(shè)備，在此處編輯設(shè)備名稱，并追加傳感器設(shè)備，設(shè)置連接協(xié)議，定義數(shù)據(jù)上報(bào)周期。
（3）編輯設(shè)備，定義協(xié)議標(biāo)簽。數(shù)據(jù)頭標(biāo)簽：[H：數(shù)據(jù)] [HE：數(shù)據(jù)]，分隔符標(biāo)簽：[S：數(shù)據(jù)][SE：數(shù)據(jù)][SN長(zhǎng)度]，數(shù)據(jù)標(biāo)簽：[D？][D[長(zhǎng)度]][DE[長(zhǎng)度]|數(shù)據(jù)][DEC[長(zhǎng)度]|數(shù)據(jù)][DF[長(zhǎng)度]|數(shù)據(jù)][GPS]，結(jié)束符標(biāo)簽：[T：數(shù)據(jù)][TE：數(shù)據(jù)] [CRC16][CRC8]。其中H代表字符型數(shù)據(jù)，HE代表16進(jìn)制數(shù)據(jù)，D代表字符型的十進(jìn)制數(shù)，DE代表16進(jìn)制整型數(shù)據(jù)，DEC代表16進(jìn)制整型字符串?dāng)?shù)據(jù)，DF代表16進(jìn)制浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，GPS代表定位數(shù)據(jù)，CRC16和CRC8分別代表CRC16位和8位校驗(yàn)值。
（4）設(shè)置連接協(xié)議。平臺(tái)支持的協(xié)議類型有TCP透?jìng)鳎簲?shù)據(jù)透?jìng)?，自定義解析協(xié)議；MQTT：協(xié)議規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)，開發(fā)者集成協(xié)議；HTTP：HTTP RESTful API，開放接口，支持快速擴(kuò)展；Modbus RTU：工業(yè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，外接聯(lián)網(wǎng)模塊可直接使用。
（5）等待客戶端連接。
4.3 云端配置
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了TCP透?jìng)麈溄訁f(xié)議。協(xié)議標(biāo)簽格式為： [H：@][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][T：#]
實(shí)際數(shù)據(jù)示例：@，xx，xx，xx，xx，xx，xx，xx，xx #，一次上傳8個(gè)數(shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)1的溫度、濕度、光照度、土壤濕度和節(jié)點(diǎn)2的溫度、濕度、光照度和土壤濕度。
此外，TLink平臺(tái)還提供一些個(gè)性化服務(wù)，如觸發(fā)器，可以設(shè)定某個(gè)傳感器的閾值范圍，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超出這個(gè)范圍后，就進(jìn)行微信報(bào)警；組態(tài)應(yīng)用，可以編輯個(gè)性化的Web界面，通過各式各樣的控件更加直觀、方便地查詢傳感器數(shù)據(jù)和控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
4.4 客戶端
客戶端基于TLink提供的開放API接口實(shí)現(xiàn)，用戶根據(jù)自己的需要編輯客戶端界面?？蛻舳朔譃槭謾C(jī)客戶端和網(wǎng)頁客戶端，用戶可通過任意一個(gè)客戶端登錄TLink平臺(tái)查看傳感器信息以及控制農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。
5 測(cè)試與分析
5.1 系統(tǒng)丟包率測(cè)試
本系統(tǒng)采用無線GSM、ZigBee、WiFi三種無線通信技術(shù)。GSM的工作頻段為900 MHz，主要頻率范圍為890～915MHz和935～960 MHz，ZigBee和WiFi的工作頻段均為ISM 2.4 GHz，因此可能會(huì)出現(xiàn)ZigBee與WiFi信號(hào)沖突的問題。針對(duì)此問題做如下測(cè)試：
ZigBee模K和WiFi模塊采用隨機(jī)信道，4個(gè)ZigBee模塊分為2組，1組發(fā)送數(shù)據(jù)，1組接收數(shù)據(jù)，2個(gè)WiFi模塊同時(shí)向云平臺(tái)建立TCP連接。測(cè)試結(jié)果見表4所列。
5.2 丟包測(cè)試分析
基于IEEE 802.15.4的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議ZigBee標(biāo)準(zhǔn)定義了16個(gè)信道，每個(gè)信道寬為2 MHz，然而基于IEEE 802.11協(xié)議的WLAN標(biāo)準(zhǔn)定義了14個(gè)信道，每個(gè)信道寬為22 MHz。以上兩種標(biāo)準(zhǔn)物理層都基于2.4 GHz ISM頻段，信道存在相互重疊的可能[10]。
ZigBee信道分布圖如圖6所示，WiFi信道無重疊分布圖如圖7所示。
對(duì)ZigBee與WiFi協(xié)議信道進(jìn)行不重疊篩選，可有3信道不發(fā)生重疊，當(dāng)ZigBee與WiFi設(shè)備同時(shí)開啟時(shí)，通過干預(yù)各自的隨機(jī)動(dòng)態(tài)信道分配方式，即WiFi信道選用不重疊1，7，13信道，ZigBee選用15，16，21，22信道，可有效避免不同通訊方式占用同一信道的情況，從而降低系統(tǒng)丟包率。
5.3 系統(tǒng)功能性測(cè)試
Web網(wǎng)頁客戶端如圖8所示，手機(jī)客戶端以及微信報(bào)警界面如圖9所示。
網(wǎng)頁客戶端和手機(jī)App端均可顯示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)異常，超過設(shè)定閾值時(shí)，本系統(tǒng)設(shè)定溫度值高于30 ℃便觸發(fā)微信報(bào)警功能。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。
6 結(jié) 語
本設(shè)計(jì)保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠通信，達(dá)到了預(yù)期對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性的要求。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行在溫室環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室的智能監(jiān)控。
摘要：將物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，可有效實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的高效安全生產(chǎn)，而節(jié)水又是農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)的核心內(nèi)容之一，如何開展精細(xì)化灌溉成為了農(nóng)業(yè)灌溉的研究重點(diǎn)，即解決何時(shí)灌溉以及灌溉多少的問題。本文，結(jié)合當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)灌溉發(fā)展的基本現(xiàn)狀，深入地分析了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)水灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；農(nóng)業(yè)灌溉；數(shù)據(jù)感知
物聯(lián)網(wǎng)是近年來新興的一種信息技術(shù)，它被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后一次新的技術(shù)革命，然而在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方面的應(yīng)用還不是很多[1]。目前，在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方面的主要新技術(shù)有：1）與生物技術(shù)相結(jié)合的作物調(diào)控灌溉技術(shù)；2）應(yīng)用3S技術(shù)的精細(xì)灌溉技術(shù)。即：全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）；三是智能化節(jié)水灌溉裝備技術(shù)。就是把生物學(xué)、自動(dòng)控制、微電子、人工智能、信息科學(xué)等高新技術(shù)集成節(jié)水灌溉機(jī)械與設(shè)備。
1 物聯(lián)網(wǎng)灌溉基本情況
隨著我國(guó)水資源的日漸緊缺，我國(guó)的水資源供需矛盾也逐漸表現(xiàn)出來，而農(nóng)業(yè)作為用水大戶，其發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)已經(jīng)成了農(nóng)業(yè)未來發(fā)展勢(shì)在必行的方向[2]。目前節(jié)水農(nóng)業(yè)主要采取了滴灌、噴灌、微灌等節(jié)水灌溉措施，雖然相對(duì)于大水漫灌而言，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較高的用水效率，但綜合分析，其精準(zhǔn)度依舊不夠，無法根據(jù)農(nóng)作物的具體需水要求進(jìn)行灌溉。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合農(nóng)業(yè)的發(fā)展誕生了物聯(lián)網(wǎng)智能灌溉系統(tǒng)，不僅提高了灌溉精準(zhǔn)度，同時(shí)也減輕了人力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，全面提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)效率。物聯(lián)網(wǎng)智能化農(nóng)業(yè)灌溉是指不需要人進(jìn)行其實(shí)控制，系統(tǒng)能夠自動(dòng)的感知對(duì)農(nóng)作物何時(shí)進(jìn)行灌溉，以及為農(nóng)作物灌溉多少的問題。物聯(lián)網(wǎng)智能化灌溉可以根據(jù)農(nóng)作物的數(shù)據(jù)采集結(jié)果自動(dòng)開啟灌溉系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)灌溉技術(shù)是目前我國(guó)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)支撐，也幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了向遠(yuǎn)程化、精細(xì)化、自動(dòng)化、虛擬化的轉(zhuǎn)型[3]。物聯(lián)網(wǎng)智能灌溉系統(tǒng)提高了灌溉的綜合管理水平，將原本最需要人的經(jīng)驗(yàn)才可以進(jìn)行生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)，轉(zhuǎn)變成了科技化生產(chǎn)模式，不僅杜絕了人為操作的盲目性與隨意性，同時(shí)提高了全面管理水平，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)人對(duì)上萬畝地的管理。由此可見，推廣物聯(lián)網(wǎng)智能化節(jié)水灌溉，不僅可以有效地緩解我國(guó)的水資源短缺危機(jī)提高我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的水平，改變?cè)却址攀降墓嗨Ｊ?，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理水平的提升，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，減少人力勞動(dòng)，全面優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。所以基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，必然成為今后農(nóng)業(yè)灌溉的發(fā)展趨勢(shì)。
2 基于物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)水灌溉體系
為了全面實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)高效灌溉系統(tǒng)的建設(shè)，必須要大力推廣基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)灌溉應(yīng)用，這就需要建立基于物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)水灌溉體系[4]。利用物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)水灌溉體系首先應(yīng)該利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過傳感器采集土壤的溫度、濕度、墑情、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等基本信息，然后通過適合的無線傳感設(shè)備，將采集的基本信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并通過無線通訊方式將這些信息的數(shù)字信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)將采集的信息進(jìn)行智能化判斷，根據(jù)需要及時(shí)的控制相關(guān)的智能灌溉設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，對(duì)，農(nóng)作物進(jìn)行智能化、精細(xì)化的灌溉。從而做到灌溉水量、灌溉時(shí)間和灌溉周期的三準(zhǔn)確，提高水資源的利用率，達(dá)到灌溉用水的智能化控制。且由于物聯(lián)網(wǎng)傳感器的網(wǎng)絡(luò)具有信息互遞、自主組建網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)間同步等特點(diǎn)，因此可以對(duì)整個(gè)灌溉區(qū)域與灌溉節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對(duì)比分析，即便個(gè)別數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，也可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更正[5]。同時(shí)采集的數(shù)據(jù)也可以直接上傳到網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員的分析，可以根據(jù)分析結(jié)果對(duì)灌溉數(shù)據(jù)進(jìn)行更正，從而確保灌溉的準(zhǔn)確性與高效性，如果發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物發(fā)生病蟲害，也可以通過灌溉系統(tǒng)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行除病害作業(yè)。同時(shí)隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)，也可以將這些數(shù)據(jù)上傳到平臺(tái)進(jìn)行管理，對(duì)于構(gòu)建一個(gè)高效、低耗、低投入、多功能的農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水平臺(tái)就這十分重要的意義，然后也對(duì)平臺(tái)采集的信息進(jìn)行分析，并根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行灌溉，甚至可以對(duì)預(yù)期將會(huì)發(fā)生的天獗浠進(jìn)行預(yù)防性灌溉，提高農(nóng)作物對(duì)災(zāi)害的抵抗能力，這也是未來物聯(lián)網(wǎng)智能化灌溉發(fā)展的必然要求。
3 結(jié)束語
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為新一代信息化技術(shù)的高度集成與綜合性應(yīng)用，已經(jīng)成為了當(dāng)前科技界發(fā)展的戰(zhàn)略發(fā)展方向之一。通過物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)的相結(jié)合，為農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提供了新的機(jī)遇，同時(shí)農(nóng)業(yè)也為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)廣闊的應(yīng)用平臺(tái)，尤其是節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用，可以直接有效地解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展遇到的問題，為農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程提供強(qiáng)勁的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)高效的精準(zhǔn)化灌溉，全面提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。
（作者單位：湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院）
摘 要：采用ZigBee技術(shù)和3G通信技術(shù)結(jié)合的方式，將不同的農(nóng)業(yè)基地以及相關(guān)設(shè)備組成一個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，然后根據(jù)不同農(nóng)業(yè)基地的傳感器收集傳感器參數(shù)，更加精確地控制不同農(nóng)業(yè)基地的狀況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備和人員之間的信息交互，組成基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多次測(cè)試，證明系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，可實(shí)時(shí)監(jiān)控，采集信息，進(jìn)行環(huán)境控制，廣泛應(yīng)用于農(nóng)場(chǎng)的遠(yuǎn)程管理。
關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè)；監(jiān)控系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；ZigBee
0 引 言
中國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一直以來都依靠傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，浪費(fèi)了大量的人力物力，而且對(duì)環(huán)境造成了污染與破壞，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，如何順應(yīng)新時(shí)期和諧社會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，利用現(xiàn)有技術(shù)和平臺(tái)來設(shè)計(jì)一個(gè)滿足要求的新系統(tǒng)，成為迫切需要解決的問題。智慧農(nóng)業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)、云儲(chǔ)存、ZigBee等技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)化監(jiān)控與管理。
1 系統(tǒng)總體方案
監(jiān)控系統(tǒng)是基于現(xiàn)有技術(shù)特點(diǎn)，由嵌入式網(wǎng)關(guān)，RFID，ZigBee及各種傳感器模塊組成，在遵循物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，包含安卓客戶端和Web客戶端的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過各傳感器來采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后利用ZigBee無線技術(shù)完成數(shù)據(jù)從傳感器到嵌入式網(wǎng)關(guān)的傳輸，再依據(jù)TCP協(xié)議使數(shù)據(jù)從嵌入式網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)絎eb服務(wù)器，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析形成信息在安卓客戶端和Web客戶端顯示，實(shí)現(xiàn)將農(nóng)業(yè)大棚里的環(huán)境參數(shù)在相應(yīng)客戶端與移動(dòng)端顯示的功能。同時(shí)依據(jù)傳感器反饋的信息對(duì)大棚里的控制設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單控制，以保證環(huán)境參數(shù)的穩(wěn)定。此外，系統(tǒng)還為Web用戶和移動(dòng)用戶提供了友好的顯示界面，管理和控制界面，給予用戶良好的體驗(yàn)。監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由Android手機(jī)客戶端、嵌入式網(wǎng)關(guān)和ZigBee模塊組成。
Android手機(jī)客戶端主要用以實(shí)現(xiàn)人性化的人機(jī)交互界面。進(jìn)入智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面后可以一覽大棚內(nèi)多種環(huán)境參數(shù)，如大棚內(nèi)的厥度信息、是否存在有毒氣體、是否有人闖入大棚，大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度等。
四個(gè)ZigBee模塊上的傳感器會(huì)對(duì)大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集，其中溫濕度傳感器用以實(shí)時(shí)采集大棚內(nèi)的溫度和濕度信息；廣譜氣體傳感器用以感應(yīng)室內(nèi)有害氣體（CO、SO2等）是否超標(biāo)；人體檢測(cè)主要對(duì)大棚內(nèi)的作物起保護(hù)作用，當(dāng)有人私自闖入大棚時(shí)，會(huì)感應(yīng)到并及時(shí)報(bào)警；傳感器將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到各ZigBee模塊，然后通過ZigBee的自組織網(wǎng)絡(luò)傳遞給整個(gè)網(wǎng)路中的ZigBee協(xié)調(diào)器，此外，基于CC2530的風(fēng)扇起到了排氣效果，協(xié)調(diào)器通過RS 232串口將數(shù)據(jù)傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)進(jìn)行相應(yīng)的處理。
嵌入式網(wǎng)關(guān)將接收到的由ZigBee協(xié)調(diào)器傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并通過局域網(wǎng)傳送給手機(jī)客戶端，對(duì)于手機(jī)客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對(duì)相應(yīng)的傳感器、生長(zhǎng)燈、風(fēng)扇進(jìn)行控制?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)需要滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)連接等功能。
2.1 短距離ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
ZigBee技術(shù)作為一種低速率、低復(fù)雜度、低損耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，逐漸成為近距離通信應(yīng)用的首選。從農(nóng)業(yè)大棚的要求來看，一般大棚所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型對(duì)通信速率要求并不高，所以使用ZigBee方式取代傳統(tǒng)的布線方式可行性極大?？紤]到一般農(nóng)業(yè)基地均具有控制距離較短，測(cè)點(diǎn)多、設(shè)備多等特點(diǎn)，采用ZigBee的Mesh組網(wǎng)方式。Mesh網(wǎng)絡(luò)由路由器、協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成，屬于多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間可以直接通信，每次通信都由一條或多條路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼，最后傳給目的節(jié)點(diǎn)。ZigBee終端節(jié)點(diǎn)工作流程如圖2所示。
2.2 嵌入式操作平臺(tái)設(shè)計(jì)
采用ARM-Linux控制器模式，硬件的部分選取ARM Cortex-A9系列作為嵌入式控制器的微處理器，該系列處理器具有性能高、處理能力強(qiáng)、低功耗等特點(diǎn)；軟件部分采用Linux操作系統(tǒng)，它具有多任務(wù)、多用戶、兼容性高、界面操作簡(jiǎn)單、支持多種平臺(tái)、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
2.3 視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)
視頻監(jiān)控采用云臺(tái)高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭，它不僅可以通過手動(dòng)控制攝像頭旋轉(zhuǎn)，還可以通過Web或者手機(jī)App來控制，擁有標(biāo)準(zhǔn)的H.264算法，同時(shí)能夠支持CIF、D1兩種分辨率，適合無線網(wǎng)絡(luò)；支持?jǐn)z像頭360度旋轉(zhuǎn)；可通過WiFi，藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)，適用于不便布線的場(chǎng)合。
攝像頭將采集到的視頻數(shù)據(jù)通過內(nèi)置編碼器編碼，經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾碇行模瑫r(shí)解碼器會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)解碼后播放視頻。
3 遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心
遠(yuǎn)程管理中心主要由介入設(shè)備和計(jì)算機(jī)組成，用以完成大棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)的采集、傳輸和顯示，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)基地環(huán)境參數(shù)和視頻的遠(yuǎn)程控制或者聯(lián)動(dòng)控制。
遠(yuǎn)程管理中心采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式，用戶通過瀏覽器或者手機(jī)App登錄管理控制中心，通過實(shí)時(shí)獲取的視頻圖像，直觀地觀察各大棚內(nèi)的植物生長(zhǎng)情況，并通過顯示的環(huán)境參數(shù)對(duì)生長(zhǎng)狀況進(jìn)行分析。根據(jù)用戶對(duì)于系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)了如下幾個(gè)主要功能：
（1）具有設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備管理、視頻監(jiān)控、系統(tǒng)設(shè)置、報(bào)警記錄功能；
（2）對(duì)各基地的空氣溫濕度、有害氣體、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度等參數(shù)實(shí)時(shí)顯示，擁有風(fēng)扇、燈光、水泵等裝置，用戶只需點(diǎn)擊開關(guān)裝置便可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程裝置的開關(guān)操作；
（3）對(duì)于植物生長(zhǎng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行正常范圍的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境參數(shù)的聯(lián)動(dòng)控制。
智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控的系統(tǒng)參數(shù)如圖4所示。
4 結(jié) 語
該系統(tǒng)通過各傳感器來采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，利用ZigBee無線技術(shù)將數(shù)據(jù)從傳感器傳輸?shù)角度胧骄W(wǎng)關(guān)，再依據(jù)TCP協(xié)議，完成數(shù)據(jù)從嵌入式網(wǎng)關(guān)到Web服務(wù)器的傳輸，之后將數(shù)據(jù)分析形成的信息在安卓客戶端和Web客戶端顯示。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)大棚里環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示（包括相應(yīng)的移動(dòng)端顯示），同時(shí)可以依據(jù)傳感器反饋的信息對(duì)大棚里的控制設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單操作，以保證環(huán)境參數(shù)的穩(wěn)定。
摘要：針對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用區(qū)域分布廣、電源接入困難、電壓不穩(wěn)定的問題，對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中各子系統(tǒng)的供電技術(shù)進(jìn)行深入研究，并以南陽鎮(zhèn)高密度環(huán)保魚類養(yǎng)殖項(xiàng)目為例，探索出可靠的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)電源系統(tǒng)解決方案，闡述農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)電源系統(tǒng)的具體運(yùn)作。旨為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣應(yīng)用和可持續(xù)性發(fā)展提供參考。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；電源系統(tǒng)；無線傳感器；網(wǎng)絡(luò)；供電
1 概述
我國(guó)農(nóng)業(yè)正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的時(shí)期，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)興起，物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)的深度結(jié)合，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將傳感器加入到土地、水體、灌溉系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機(jī)械等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、流通的工具和環(huán)境中去，然后通過網(wǎng)絡(luò)把這些事物連接起來，進(jìn)行智能化分析運(yùn)算，實(shí)施精細(xì)、動(dòng)態(tài)、全面的管理及控制，推動(dòng)生產(chǎn)力水平的提升，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展。
作為電子信息設(shè)施，無論是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)或其它領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)，都離不開穩(wěn)定的電源供應(yīng)。由于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有著應(yīng)用區(qū)域分布廣、電源接入困難、電壓不穩(wěn)定的特殊情況，因此，如何獲得穩(wěn)定可靠、長(zhǎng)期耐用的電源系統(tǒng)，一直是困擾農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)難題。一方面，一旦發(fā)生電源供應(yīng)中斷的故障，將有可能給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來不可挽回的損失；另一方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的區(qū)域廣泛分布在山間、田野，若不能獲得電源供應(yīng)，這些區(qū)域的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就不能得到根本性解決。因此，有效的電源供應(yīng)，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)得以大力發(fā)展的重要保障。目前，此領(lǐng)域相關(guān)研究成果還非常少。為此，本文對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)電源系統(tǒng)進(jìn)行全方位研究，為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的推廣應(yīng)用提供可靠的電源解決方案，并結(jié)合對(duì)農(nóng)戶指導(dǎo)應(yīng)用的實(shí)例，進(jìn)行詳細(xì)闡述。
2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用范圍
物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：
（1）應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)建立精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)，收集溫室、田間的環(huán)境數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)作物的生長(zhǎng)情況，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)規(guī)劃、自動(dòng)生產(chǎn)控制等。
（2）應(yīng)用RFID（射頻識(shí)別，Radio Frequency Identification）技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)、加工、批發(fā)以及零售等各個(gè)環(huán)節(jié)的有效管理，構(gòu)建食品供應(yīng)鏈跟蹤與可追溯體系。
（3）隨著物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)進(jìn)步和推廣應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)的融合不斷加深 ，除農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)外，還將在農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)、農(nóng)村社會(huì)管理、農(nóng)業(yè)信息服務(wù)、農(nóng)業(yè)規(guī)?；l(fā)展等方面大顯身手。
3 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)電源系統(tǒng)分類與解決方案
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)離不開電源供應(yīng)，由于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的多樣性，對(duì)電源供應(yīng)方式的要求也相應(yīng)多種多樣。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，供電系統(tǒng)根據(jù)模塊功能可分為：數(shù)據(jù)處理與控制中心供電、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）供電、指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電等三個(gè)部分。
3.1 數(shù)據(jù)處理與控制中心供電解決方案
數(shù)據(jù)處理與控制中心是整個(gè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心，該部分對(duì)供電要求最高，必須做到7*24小r不間斷供電。主電源由市電線路供電，由于農(nóng)村電網(wǎng)電壓不穩(wěn)，且時(shí)有停電的情況，所以必須裝備在線式UPS（備用電源系統(tǒng)）。規(guī)模化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入非常大，為確保用電不間斷，UPS系統(tǒng)必須采用雙機(jī)互為備份，備用電源系統(tǒng)的電池組容量應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貑未瓮ｋ娮铋L(zhǎng)時(shí)間及所有設(shè)備總功率來確定，市場(chǎng)上常用的鉛酸電池由于其壽命短，使用效果不佳，不適合應(yīng)用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)這類需要長(zhǎng)期穩(wěn)定電源的場(chǎng)合。備用電源系統(tǒng)的電池組應(yīng)選用鋰電池組，鋰離子電池以單位能量密度大、壽命長(zhǎng)、重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)著稱，能勝任野外惡劣的環(huán)境?？紤]到農(nóng)村時(shí)常停電，有時(shí)候UPS的電池組會(huì)因市電供應(yīng)不足而充不滿電，給農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)帶來隱患，因此，還應(yīng)在房頂或附近的空地上架設(shè)功率適用的太陽能電池板，有陽光的日子可以給后備電池組進(jìn)行充電，還可將多余的電能提供給系統(tǒng)用?？紤]到在極端情況下會(huì)出現(xiàn)連續(xù)多日的陰雨天氣，導(dǎo)致在市電長(zhǎng)時(shí)間斷電的同時(shí)，太陽能電池板無足夠的日照時(shí)間來給電池組充電，當(dāng)電池容量過低時(shí)，系統(tǒng)將向管理員發(fā)出報(bào)警信息，在得到管理員回復(fù)確認(rèn)后，啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)來給系統(tǒng)供電，以保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性。該方案供電原理見圖1所示。
3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)供電解決方案
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量低廉的微型傳感器組成的負(fù)責(zé)感知、采集和處理檢測(cè)區(qū)域中信息的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其通過無線方式進(jìn)行通信，采用多跳、自組織的方式組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系。通常一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由終端傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)組成。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能耗決定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)比較分散，從硬件結(jié)構(gòu)看，節(jié)點(diǎn)的能耗主要是在微處理器模塊和無線通信模塊。這為設(shè)計(jì)供電方式時(shí)提供了思路，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的低功耗及可持續(xù)性供電。
3.2.1 終端節(jié)點(diǎn)供電方案 終端節(jié)點(diǎn)可以從外界感知相關(guān)信息，采集所需要的環(huán)境參數(shù)。主要獲取風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、光照及農(nóng)田中空氣的溫濕度數(shù)據(jù)，為灌溉量的決策提供依據(jù)。一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)一般由傳感器單元、處理單元、收發(fā)單元以及電源模塊構(gòu)成， 電源模塊可采用太陽能電池板、無線充電和鋰電池共同供電的方式來提供電源，實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)能源的持續(xù)供給。在無光照的使用環(huán)境中，可只提供無線充電方案對(duì)節(jié)點(diǎn)的鋰電池進(jìn)行充電，但必須采用適合的無線充電算法，以確保終端節(jié)點(diǎn)能夠補(bǔ)充到可以維持其正常工作的電能。終端節(jié)點(diǎn)供電原理見圖2所示。
采用太陽能電池及無線充電方式充電改變了傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)能量單向遞減的過程，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)能量自給，無須為節(jié)點(diǎn)更換電池。
在大規(guī)模的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，傳感器節(jié)點(diǎn)的使用量非常大，且分布區(qū)域廣，部署環(huán)境復(fù)雜，如果全部使用耗能型電源（電源的電量越用越少），經(jīng)過一段時(shí)間后，節(jié)點(diǎn)將因缺電而停止工作，而通過更換電池的方式來補(bǔ)充能量是不現(xiàn)實(shí)的，會(huì)造成的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)難以預(yù)計(jì)的損失。因此，通過研究使用無線充電的方法來對(duì)大量的無線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)充電，采用合理的充電調(diào)度算法，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的電池電壓低于設(shè)定值時(shí)，向控制中心發(fā)送充電請(qǐng)求信號(hào)，控制中心發(fā)出指令給智能無線充電系統(tǒng)（或無線充電機(jī)器人），由智能無線充電設(shè)備根據(jù)控制中心的指令，對(duì)缺電的節(jié)點(diǎn)定向充電?？刂浦行倪€可根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)歷次發(fā)出的充電請(qǐng)求，預(yù)測(cè)出該節(jié)點(diǎn)下一次應(yīng)充電時(shí)間，提前對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電，確保無線節(jié)點(diǎn)能夠長(zhǎng)期使用。無線充電原理見圖3所示。
3.2.2匯聚結(jié)點(diǎn)供電方案 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)間通信，處理數(shù)據(jù)。匯聚節(jié)點(diǎn)包括處理器、射頻芯片、GPRS模塊和電源模塊，是終端節(jié)點(diǎn)通往控制中心的一個(gè)樞紐，其能否持續(xù)正常工作，關(guān)系到所管轄區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成敗。匯聚結(jié)點(diǎn)的功耗往往比終端節(jié)點(diǎn)大很多，因此其供電部分，主要采用以固定電源供電為主，太陽能充電為補(bǔ)充的供電方式。為確保萬無一失，當(dāng)以上供電方式失效且電池剩余電量低于設(shè)置值時(shí)，匯聚結(jié)點(diǎn)將向控制中心發(fā)出供電異常警報(bào)，以便管理人員及時(shí)排除供電故障。匯聚節(jié)點(diǎn)供電原理見圖4所示。
3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電解決方案
數(shù)據(jù)處理中心把各節(jié)點(diǎn)收集上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的操作（如水泵、風(fēng)扇、卷簾機(jī)、加熱器、增氧機(jī)等），以實(shí)現(xiàn)灌溉、溫濕度控制、光照控制等農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的目的。這些設(shè)備多為大功率設(shè)備，因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源必須由大功率的電源提供。在實(shí)際應(yīng)用中，其供電方式可參考控制中心供電方式。
4 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)電源解決方案應(yīng)用實(shí)例―南陽鎮(zhèn)高密度環(huán)保魚類養(yǎng)殖項(xiàng)目
在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)電源系統(tǒng)應(yīng)用解決方案研究過程中，根據(jù)廣西南寧市南陽鎮(zhèn)水產(chǎn)養(yǎng)殖農(nóng)戶的要求，設(shè)計(jì)實(shí)施了高密度環(huán)保魚類養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，現(xiàn)結(jié)合此系統(tǒng)，對(duì)前述電源解決方案進(jìn)行應(yīng)用闡述。
4.1 南陽鎮(zhèn)高密度環(huán)保魚類養(yǎng)殖項(xiàng)目簡(jiǎn)介
采用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的南陽鎮(zhèn)高密度環(huán)保魚類養(yǎng)殖項(xiàng)目，取得了顯著的養(yǎng)殖成效，其養(yǎng)魚密度可以達(dá)到一般狀況下的8倍，帶來的經(jīng)濟(jì)效益明顯，同時(shí)減少污染，具備較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。項(xiàng)目包括控制中心和養(yǎng)殖基地兩個(gè)組成區(qū)域，控制中心設(shè)在農(nóng)戶居住區(qū)，養(yǎng)殖基地位于野外。養(yǎng)殖基地根據(jù)養(yǎng)魚生態(tài)鏈劃分為養(yǎng)魚系統(tǒng)、沉淀物處理系統(tǒng)、微生物水處理系統(tǒng)、微生物利用系統(tǒng)、水體消毒與循環(huán)再造系統(tǒng)、安保系統(tǒng)等幾個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都包括傳感器及控制部件。這些子系統(tǒng)都由相應(yīng)的電源模塊進(jìn)行支持。
4.2 高密度環(huán)保魚類養(yǎng)殖項(xiàng)目的電源系統(tǒng)
4.2.1 電源系統(tǒng)分類 結(jié)合實(shí)際情況，項(xiàng)目電源系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)中心供、傳感器網(wǎng)絡(luò)供電、執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電等三個(gè)部分。
4.2.2 供電方案 數(shù)據(jù)中心供電：數(shù)據(jù)中心建設(shè)在控制室內(nèi)，架設(shè)有數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。供電系統(tǒng)以市電為主，在供電回路中串聯(lián)一臺(tái)在線式UPS，當(dāng)市電供應(yīng)中斷時(shí)，UPS為服務(wù)器提供24小時(shí)不間斷的電源供應(yīng)，保證數(shù)據(jù)處理服務(wù)器能夠連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
傳感器網(wǎng)絡(luò)供電：由于該養(yǎng)殖基地建設(shè)在野外荒地上，離數(shù)據(jù)處理與控制中心相距大約2公里遠(yuǎn)，無穩(wěn)定的市電供應(yīng)來源，架設(shè)專用供電線路成本過高，因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)供電主要以太陽能發(fā)電系統(tǒng)為主，備用發(fā)電系統(tǒng)為輔。傳感器網(wǎng)絡(luò)主要由匯聚結(jié)點(diǎn)綜合控制器及終端結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)取樣傳感器構(gòu)成，總功耗約為15W。匯聚結(jié)點(diǎn)直接使用有線方式供電。終端傳感器結(jié)點(diǎn)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與匯聚結(jié)點(diǎn)連接，使用自帶電池供電，當(dāng)電量小于設(shè)定值，即發(fā)送數(shù)據(jù)給控制中心，控制中心發(fā)出無線充電指令給管理員確認(rèn)后對(duì)該結(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線充電。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電：執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由水泵、紫外線消毒裝置、增氧泵、LED照明燈、電磁閥等構(gòu)成，總功耗約為200W。執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電方式與匯聚結(jié)點(diǎn)相同。
4.2.3 供電設(shè)備 供電設(shè)備主要有：智能電源管理系統(tǒng)、4塊單體實(shí)際功率為100W的單晶太陽能發(fā)電板、12V200AH磷酸鐵鋰電池組、太陽能充電控制器以及500W直流轉(zhuǎn)交流DC12V-AC220V逆變器等。4塊太陽能面板并聯(lián)工作，每塊太陽能板最高輸出電壓18V、電流5.5A。根據(jù)南寧地區(qū)經(jīng)緯度計(jì)算得知，每天的有效發(fā)電時(shí)間約為6小時(shí)，日發(fā)電量2.4KWH。太陽能供電示意圖見圖5。
太陽能控制器主要功能是將太陽能發(fā)電板發(fā)出來的連續(xù)但電壓不穩(wěn)定的直流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電，對(duì)鋰電池組進(jìn)行充電。
磷酸鐵鋰電池組主要是將太陽能板發(fā)出來的電能進(jìn)行存儲(chǔ)。由于養(yǎng)殖基地?zé)o市電供應(yīng)，因此對(duì)電池組各方面的要求較高，須能在0-60攝氏度范圍內(nèi)工作，且電池組連續(xù)工作5年容量不能少于80%，所以磷酸鐵鋰電池組為最佳選擇（磷酸鐵鋰電池充放2000次循環(huán)，容量不低于80%；工作溫度范圍：0-80攝氏度）。
電源逆變器主要功能是將儲(chǔ)存在電池組中的12V直流電轉(zhuǎn)化為220V交流電，供給基地內(nèi)所有220V用電設(shè)備使用。逆變器的最大功率為500W，可滿足基地內(nèi)所有用電設(shè)備同時(shí)使用。
備用發(fā)電系統(tǒng)主要由一臺(tái)功率為1KW的汽油發(fā)電機(jī)構(gòu)成，當(dāng)日照不足導(dǎo)致太陽能發(fā)電板無法對(duì)電池組進(jìn)行及時(shí)充電時(shí)，控制中心根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)傳來的電池剩余容量數(shù)據(jù)通知管理員，管理員可通過手機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)發(fā)電機(jī)對(duì)鋰電池組進(jìn)行充電，當(dāng)管理員不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行回復(fù)時(shí)，控制中心將直接啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電。
4.3 實(shí)施情況小結(jié)
在電源系統(tǒng)解決方案有效實(shí)施的情況下，此項(xiàng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高密度環(huán)保魚類養(yǎng)殖項(xiàng)目得到順利開展，除經(jīng)濟(jì)效益明顯外，其應(yīng)用解決方案對(duì)于我國(guó)廣泛分布的山間、野外的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)都具有一定的借鑒價(jià)值。
5 結(jié)論與展望
有效供電問題一直是影響物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用的重要瓶頸，本文針對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)電源系統(tǒng)進(jìn)行了詳盡分析，并提出相關(guān)解決方案。展望未來，除了按本文撰述為系統(tǒng)中各部分提供穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)之外，還應(yīng)盡可能的減小各節(jié)點(diǎn)的功耗，做到開源節(jié)流，以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。隨著電子科學(xué)技術(shù)不斷快速發(fā)展，相信在不久的將來可研發(fā)出在使用壽命期限內(nèi)不需要進(jìn)行能量補(bǔ)充的終端傳感器，以及更多的節(jié)能環(huán)保配件，大力推動(dòng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
摘 要 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)作為新一代的信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，在很大程度上促進(jìn)了我國(guó)的農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展。通過改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)向精細(xì)化以及智能化的方向轉(zhuǎn)變。本文從農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的概念著手，對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與傳感儀器的發(fā)展進(jìn)行研究。
【關(guān)鍵詞】農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 傳感儀器 研究進(jìn)展
我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，想要實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，就必須要借助科學(xué)的技術(shù)手段，通過利用智能化以及信息化的技術(shù)管理，；來實(shí)現(xiàn)我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型，進(jìn)而為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。在我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型過程中，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以及傳感器的研究進(jìn)展發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是二十一世紀(jì)的新型技術(shù)，在世界各國(guó)都得到了普遍的關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)主要涉及三個(gè)層面，即感知層、傳輸層以及應(yīng)用層。農(nóng)業(yè)傳感儀器在物聯(lián)網(wǎng)中隸屬于感知層，通過傳感器可以對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行一定的了解，農(nóng)業(yè)信息的傳輸需要通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳輸層這個(gè)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)，傳輸層能夠有效的保障農(nóng)業(yè)信息的獲取，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層主要是對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)加工等進(jìn)行有效的管理。通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)這三個(gè)層次的研究與發(fā)展，可以對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展起著一定的積極影響。
1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的概念分析
在二十世紀(jì)末期，物聯(lián)網(wǎng)概念被提出，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要是通過各種傳感器來對(duì)信息進(jìn)行采集，幫助農(nóng)民及時(shí)的發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題，并且對(duì)發(fā)生問題的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。這樣農(nóng)民就能通過機(jī)械生產(chǎn)的模式對(duì)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化以及自動(dòng)化的生產(chǎn)。物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)通信網(wǎng)之后的被世界公認(rèn)的信息產(chǎn)業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)是以感知為前提，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物以及物與物的全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。通過傳感器對(duì)物理世界的各種信息進(jìn)行獲取，再通過局部的互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)以及移動(dòng)通信網(wǎng)等各種通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互傳遞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)世界的感知。
2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究進(jìn)展
2.1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)組成分析
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要由感知層、傳輸層以及應(yīng)用層三個(gè)方面構(gòu)成，感知層主要是由各種感知器以及傳感節(jié)點(diǎn)組成，主要是對(duì)土壤水分以及苗情的長(zhǎng)勢(shì)等農(nóng)業(yè)信息進(jìn)行獲取。傳輸層主要是通過有線或者無線的方式將感知層獲取的各類數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綉?yīng)用層上。應(yīng)用層再對(duì)收集的信息進(jìn)行有效的處理和決策，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的管理與控制。
2.2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的感知技術(shù)
在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，感知技術(shù)一項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)，傳感器則是感知技術(shù)的核心。近些年來，我國(guó)的農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)的發(fā)展步伐比較快，主要有農(nóng)業(yè)信息傳感器以及農(nóng)業(yè)環(huán)境傳感器。當(dāng)前，光、水等常規(guī)的環(huán)境傳感器發(fā)展已經(jīng)比較成熟，土壤傳感器是目前農(nóng)業(yè)傳感器研究的重點(diǎn)。采用電子以及電磁學(xué)等方法對(duì)土壤的電阻以及電容等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，很容易受土壤組成的影響。利用電磁波對(duì)土壤進(jìn)行測(cè)量可以對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)以及物理化學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行測(cè)量。電化學(xué)方法可以對(duì)土壤中的某些離子等進(jìn)行測(cè)量，土壤的組成具有一定的復(fù)雜性，因而，原位測(cè)量傳感器在國(guó)際范圍中都是研究的難點(diǎn)。信息傳感器同樣也是研究的難點(diǎn)，主要采用光學(xué)以及電磁學(xué)等物理學(xué)原理，根據(jù)被測(cè)對(duì)象的性質(zhì)來對(duì)動(dòng)植物生命體進(jìn)行檢測(cè)，然而動(dòng)植物生命過程具有一定的復(fù)雜性，想要對(duì)其信息進(jìn)行精準(zhǔn)的探測(cè)，就必須在其計(jì)量模型上有一定程度上的突破。
2.3 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)分析
農(nóng)業(yè)環(huán)境具有一定的復(fù)雜性，因而想要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息的傳輸對(duì)通訊技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的搬用是不行的，要根據(jù)實(shí)際情況選擇適宜的通訊方式。農(nóng)業(yè)設(shè)施中不僅要考慮墻體的厚度，同時(shí)還要考慮材質(zhì)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的信息通訊的影響。比如，大田的作物要考慮農(nóng)作物的高度以及地形地貌特征對(duì)通訊的影響，基于此種情況的考慮，節(jié)點(diǎn)布設(shè)以及節(jié)能機(jī)制就成為研究的重點(diǎn)。果園中樹冠的形狀以及與天線的相對(duì)高度直接影響著信息的傳輸。
2.4 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用分析
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是一個(gè)閉環(huán)控制的過程，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中其關(guān)鍵性的技術(shù)有云計(jì)算以及云服務(wù)。因?yàn)?，農(nóng)業(yè)具有一定的生命特性以及生態(tài)區(qū)域性特征，因而農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用很難通過一種技術(shù)以及模式來對(duì)問題進(jìn)行解決。在實(shí)踐中，一般都是按照實(shí)際的情況來對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行應(yīng)用。就其應(yīng)用模式而言，可以是WEB服務(wù)應(yīng)用也可以是智能的單體應(yīng)用。
伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，很多歐美發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開展了示范性的研究。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)踐與推廣。我國(guó)在此基礎(chǔ)上也開展了一系列的應(yīng)用研究，為我農(nóng)業(yè)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
3 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)分析
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)于農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)管理具有很大的積極作用。以下分別從幾個(gè)方便對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景進(jìn)行闡述：
3.1 農(nóng)業(yè)傳感器的新研究
農(nóng)業(yè)傳感器是農(nóng)業(yè)信息獲取的“眼睛”在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息感知系統(tǒng)中發(fā)揮著積極的作用。全新的農(nóng)業(yè)傳感器的研究在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中也是不可忽略的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，微機(jī)電系統(tǒng)農(nóng)業(yè)傳感器也將成為重要的研究領(lǐng)域。
3.2 農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)更加精細(xì)化
伴隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品的精細(xì)化的管理將會(huì)成為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行精準(zhǔn)化的播種、育秧以及對(duì)其生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行精確的控制等，都在很大層面上節(jié)省了人力資源，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的附加值，進(jìn)而更好的促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)精細(xì)化的發(fā)展。
4 結(jié)語
綜上所述，雖然物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)實(shí)踐中的應(yīng)用依舊面臨著很大的挑戰(zhàn)，但是隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化的逐步建立與完善，以及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，將會(huì)更快的促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展。
摘 要：銅山區(qū)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過近十年的推廣，取得了一定成績(jī)，示范點(diǎn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、儲(chǔ)存運(yùn)行良好，但同時(shí)也存在不少問題。該文介紹了銅山區(qū)應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要措施，針對(duì)存在的問題提出了相應(yīng)的對(duì)策建議。
關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；主要做法；問題；應(yīng)用；銅山區(qū)
按照國(guó)家關(guān)于“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”工作要求，貫徹落實(shí)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和措施，銅山農(nóng)委結(jié)合實(shí)際情況，積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和虛擬化在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，截至2016年年底，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用面積比例達(dá)24.5%。
1 主要做法
1.1 因地制宜，制定2016―2018年農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃 根據(jù)農(nóng)業(yè)部關(guān)于“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”工作部署，按照區(qū)委、區(qū)政府農(nóng)村工作要求，區(qū)農(nóng)委制定《銅山農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用三年發(fā)展規(guī)劃》。其中2016年建設(shè)智能園區(qū)1個(gè)，智能溫室23.33hm2，自動(dòng)化養(yǎng)殖場(chǎng)3個(gè)，新增漁業(yè)智能養(yǎng)殖面積6.67hm2，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用面積占比達(dá)到24.5%。2017年建設(shè)智能溫室6.67hm2，自動(dòng)化養(yǎng)殖場(chǎng)5個(gè)，新增漁業(yè)智能養(yǎng)殖面積10hm2，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用面積占比達(dá)到27.2%。2018年新增漁業(yè)智能養(yǎng)殖面積13.33hm2，智能溫室33.33hm2，自動(dòng)化養(yǎng)殖場(chǎng)5個(gè)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用面積占比達(dá)到29%。
1.2 深入農(nóng)村調(diào)查研究，督促農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工作進(jìn)展 區(qū)農(nóng)委高度重視農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展工作，要求必須抓住機(jī)遇，因地制宜，做出銅山特色。研究制訂《銅山區(qū)“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”發(fā)展工作實(shí)施方案》，成立了由農(nóng)委主任任組長(zhǎng)，分管業(yè)務(wù)工作副主任任副組長(zhǎng)，信息科科長(zhǎng)及各鎮(zhèn)（辦事處）農(nóng)技中心主任任組員的全區(qū)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工作領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)該項(xiàng)工作的督查推進(jìn)、考核獎(jiǎng)懲等。工作組深入到農(nóng)村田頭地邊、養(yǎng)殖圈舍和林場(chǎng)魚塘等地方，同老百姓親切交談，了解他們?cè)诜N養(yǎng)殖方面面臨的困難，研究制定解決方案。另外，依托農(nóng)業(yè)信息化工程，完成植保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)管理平臺(tái)建設(shè)，運(yùn)用植保決策系統(tǒng)、移動(dòng)工作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)資料庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田病蟲情況的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警，有利于廣大農(nóng)戶提前做好病蟲害的防范工作。
1.3 組織各類培訓(xùn)，為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展積蓄人才 區(qū)農(nóng)委科教科和信息科積極配合，邀請(qǐng)各大院校教授、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及系統(tǒng)集成專業(yè)人才，加強(qiáng)對(duì)大學(xué)生村官、復(fù)員軍人、農(nóng)村創(chuàng)業(yè)青年、合作社負(fù)責(zé)人、回鄉(xiāng)畢業(yè)生等人員的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及農(nóng)業(yè)智能化方面培訓(xùn)，為有效解決農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展積蓄人才，2016年累計(jì)培訓(xùn)600多人次。通過培訓(xùn)，銅山久久生態(tài)園技術(shù)人員熟練掌握蔬菜種植物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并安裝了大棚物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，通過溫室傳感器獲取大棚的環(huán)境信息，然后將信息通過網(wǎng)絡(luò)傳到中央處理器，經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)分析后確定溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等指標(biāo)是否在正常范圍內(nèi)，基本實(shí)現(xiàn)了蔬菜種植自動(dòng)化、智能化。
1.4 引導(dǎo)社會(huì)投資，推動(dòng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用 銅山區(qū)農(nóng)委大力宣傳農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用，鼓勵(lì)社會(huì)資金用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的投資。徐州嘉祥草莓專業(yè)合作社位于徐州市南郊的臺(tái)上村，全村草莓種植面積約400hm2，合作社成員2 800多人，通過區(qū)農(nóng)委牽線搭橋，與南京農(nóng)科院合作建立草莓組培室，利用自有資金為智能溫室添置一套物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，根據(jù)草莓物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)資源，研發(fā)草莓新品種獲得成功。而且將草莓新品種在全村統(tǒng)一種植，統(tǒng)一追肥以及防治病蟲害，節(jié)約了勞動(dòng)成本，提高了收益。
2 存在的主要問題
2.1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)投入成本大，運(yùn)維技術(shù)要求高 國(guó)家對(duì)于農(nóng)業(yè)各項(xiàng)建設(shè)給予財(cái)政支出力度逐漸加大，銅山區(qū)級(jí)財(cái)政支出也隨之水漲船高，但目前還遠(yuǎn)不夠，要建設(shè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需要下大力氣支持，尤其是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是高技術(shù)、高產(chǎn)業(yè)、高市場(chǎng)化的a業(yè)，要達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)業(yè)的程度沒有財(cái)政支持是不行的。
2.2 現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不成熟，產(chǎn)品存在缺陷，集成運(yùn)用不夠 目前我國(guó)農(nóng)用傳感器種類不到世界的10%，國(guó)產(chǎn)化率低，性能不夠穩(wěn)定，使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，需要經(jīng)常校正，而且器材壽命短。
2.3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)人才缺乏，在農(nóng)業(yè)上運(yùn)用程度不高 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在我國(guó)尚處于起步和轉(zhuǎn)型階段，一些人認(rèn)識(shí)還不深，對(duì)于建設(shè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的做法更是有待進(jìn)一步探討。
3 解決途徑
3.1 爭(zhēng)取財(cái)政項(xiàng)目支持，引導(dǎo)社會(huì)各方投資 要緊緊圍繞推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，按“政府引導(dǎo)、市場(chǎng)主體、多元投入、協(xié)調(diào)發(fā)展”總體思路，大力實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)行動(dòng)。從生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、服務(wù)方面入手，加快補(bǔ)齊生產(chǎn)信息化這一農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化首要任務(wù)的短板，利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)，推行“專家+推廣單位+示范戶”模式，大膽探索租賃合作、政府購(gòu)買服務(wù)、設(shè)備入股等應(yīng)用機(jī)制。加大物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目工作推進(jìn)，整合社會(huì)投資，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，打通為農(nóng)服務(wù)“最后一公里”。
3.2 利用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備資源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)智能化生產(chǎn) 當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備還不夠接“地氣”，在滿足農(nóng)民使用需求方面還要繼續(xù)探索，銅山區(qū)農(nóng)委正在研究建立農(nóng)業(yè)信息補(bǔ)貼制度，加快推動(dòng)將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品和裝備納入農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼目錄，以此鼓勵(lì)電信運(yùn)營(yíng)商和科研院校等社會(huì)力量的積極性，降低傳感器等儀器設(shè)備的成本，通過單項(xiàng)技術(shù)突破與集成應(yīng)用并舉，逐步形成政府引導(dǎo)投資主體多元化、運(yùn)行維護(hù)市場(chǎng)化的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展策略。
3.3 加強(qiáng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)培訓(xùn)，建設(shè)典型示范基地 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需要新型的知識(shí)農(nóng)民作為基礎(chǔ)，因此需要加大對(duì)農(nóng)民的科技文化培訓(xùn)，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用示范基地，通過現(xiàn)場(chǎng)參觀和教學(xué)，不斷提高其對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的認(rèn)知能力，逐步把他們培養(yǎng)成為懂科技、懂電腦、懂網(wǎng)絡(luò)、懂市場(chǎng)、懂管理、懂運(yùn)營(yíng)的新型知識(shí)農(nóng)民。
4 發(fā)展方向
從發(fā)展規(guī)律上看，智慧農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代先進(jìn)的生產(chǎn)方式，農(nóng)業(yè)進(jìn)入掌握包括土壤、環(huán)境、植物生長(zhǎng)全過程的時(shí)代，而智慧時(shí)代就要更加智能化地管理農(nóng)作物生長(zhǎng)過程等。最新的《全國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化發(fā)展“十三五規(guī)劃”》透露，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有望在農(nóng)業(yè)部確定的200個(gè)國(guó)家級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)獲得農(nóng)業(yè)部和財(cái)政部的補(bǔ)貼，重點(diǎn)開展先行先試，讓農(nóng)村信息化總體水平在今后5年提高到35%。因此，銅山區(qū)要利用好國(guó)家給予農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇，加大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推廣的精準(zhǔn)覆蓋，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)同種植、養(yǎng)殖和水產(chǎn)的深度融合。
（責(zé)編：張宏民）
