农业物联网工程技术智能管理系统

李娜 江鑫 陈永琪 陈奇 郭玉霖

(江苏农林职业技术学院,江苏 镇江 212400)

引言

随着计算机技术、物联网技术和人工智能等新型信息技术的出现和发展，这些新型技术也逐渐应用于农业设施，使农业逐渐向智能农业方向发展，而智慧农业利用网络、云计算，依托大量传感器和网络对种植地覆盖，利用农业物联网技术对相关作物的生长环境进行有效追踪和管理。虽然物联网技术与农业相结合的智慧农业能有效提高产能，避免资源浪费和环境污染，但是由于构建一整套的传感器网络成本极高，对于目前农村形势来说是不可能大规模推广的。而且物联网目前是新型的信息技术，相对还不够成熟，可能会出现高投入低收益的情况。为了解决此类问题，本文采用了物联网技术中的嵌入式技术，利用嵌入式技术搭建平台，极大地降低了构建平台的成本。同时也使得对整套系统的控制变得简单，让各个硬件设施发挥出最高的性能，而不冲突。这种方式有效地优化了农业物联网系统，使其可以更迅速、更准确地对相关农作物生长的环境做出有效追踪和管理，并提出更充分、更有效的预判、分析和指导。

本文所设计的农业物联网智能管理系统对传感器的数据进行实时采集储存和分析，并对这些数据进行周期性的整理，同步分析相关农作物的情况，进而给出精确定位的科学诊断以及相关的指导建议，大幅度提升生产力。整套系统以网络技术实现连接，提高了整个系统的稳定性和可靠性，构建了一个高效的框架，使用成本和使用难度都大大下降。利用更低廉的生产投入实现更为理想的收入，同时避免了环境的破坏和资源的浪费，使土地实现最大的经济以及环境收益。

1 系统构建

农业智能管理系统是以软硬件相结合的方式构建的，硬件装配相关芯片，能够通过Wi-Fi无线通信技术，远程遥感等相关技术实现控制各个传感器，收集各个传感器的采集数据，并将数据进行汇总，打包上传到软件终端，在系统内部对数据分析，并连接大数据找到相关的方案，为用户提供智能的解决方案，及时纠正异常情况，实现收益最大化。

系统以典型的智慧温室大棚、智慧生态畜禽养殖、智慧水产养殖作为虚拟对象，将生产场景与背景、农业物联网设备、执行机构、种养殖简单生长规律等虚拟，采用真实的工业通讯协议、真实的Web、App智慧农业管控编程体系与平台，完全开放式地实现了农业物联网工程虚拟预算、农业物联网工程智慧控制、农业物联网基础设备虚拟安装与调试、智能农业先进算法研究等实验实训功能，产品同时也能作为成熟的农业物联网工程设备服务于现代农业。基础架构如图1所示。

2 系统架构

2.1 整体结构图

智能温室大棚的建设主要包括温室大棚内的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度。根据农作物生长条件来改变温室大棚内的环境使农作物能够生长在适宜的环境当中，搭配各种外置传感器，分别监测空气温度、空气湿度、当前地点风速、当前地点的风向、CO2浓度、pH值、土壤温度、土壤湿度和光照等环境参数，并且通过Wi-Fi无线传感网络技术进行实时上传储存，在数据储存后进行整理分析。方便用户远程查看目标区域的各项信息。整体设计方案如图2所示。

2.2 远程控制

为了实现自动化处理，会在检测地点安装一系列仪器、设备进行调控，调控一般自动化，但是也有手动控制操作。其原理是通过使用物联网技术实现对相关地点在同一局域网络下所有设备的远程操控的功能，最终效果为用户可以在软件端中实现对整个农业物联网系统进行实时调控。

2.3 预警系统

针对不同农作物的所需环境，查找相关环境数据设立一个报警线，在数据进行传输分析时进行数据对比，一旦发现采集数据与系统设置报警线的数据严重不符时(即数据差别在预设误差值以外)，会通过软件端对用户进行实时报警，以提醒用户出现异常，方便用户及时采取调整环境的措施，避免造成不必要的损失，使得农作物处于最佳的生长环境，能够正常生长发育，保证了最大的经济效益。

2.4 报表管理

通过网络收集到的各个传感器的数据，在农业物联网智能管理系统软件平台中进行二次数据整理，整理后的数据储存在表格中，绘制对应的图像(所绘制的具体图表看设定图表格式)，可以实时调出查看，并进行叠加分析，找到规律性，便于后期的人为观测分析，并能及时采取预防(或治理)措施。

2.5 视频监控

目前市面上大量使用网络监控系统，弥补了非数据错误的意外发现，如动物偷食、人为破坏等，实现了远程网络视频服务，在检测点设置视频采集点(摄像头)，每个摄像头都将实时图像传输到农业物联网智能管理系统的软件端，凡是在有网络覆盖下的摄像头都可以通过软件端进行观看，通过关联摄像头可以更好地观看农作物的现场状况(摄像头可以通过手动控制转换监控方向)，达到实时观察农作物长势以及避免园区农作物丢失的目的。

3 农业物联网技术应用

在作物生长范围内安装传感设备，并覆盖网络，通过约定的协议可以将农业环境与网络相连接。基于Wi-Fi无线网络技术、RFID技术和传感网络技术的发展，对传感器采集的各种信息进行数据分析、整理，发布在软件端，并给予相关解决措施，让用户及时做出调试，智能控制农作物生长的最优环境，以达到最适合农作物生长的条件。

3.1 技术解析

Wi-Fi技术的使用，把各种传感器设备与局域网相连，实现数据的无线网络传输。

RDID技术对于整个系统中通过接收频率信号实现数据分析处理，并把数据传输到云端，实现对数据信息的控制。

传感网是物联网的核心技术，主要是用于信息交换和传输，同时具有数据储存的功能。

3.2 经济社会效益

3.2.1 节省人员投入

通过该农业物联网智能管理系统，利用物联网技术能够基本实现范围区内的自动化控制，大大减少了农业作业人员投入，降低了劳动强度。

3.2.2 节省资源投入

通过大量的传感器对目标区域的环境进行监测，能够相对准确地掌握农作物生长的基本情况，并进行科学的施肥、灌溉、除虫等操作，大大减少了化肥、灌溉用水和农药的使用。

3.2.3 保护环境

对于目标区域的智能监测，减少了大量不必要的物资投入，降低了肥力过剩、土地盐碱化等环境问题，保持了良好的土地肥力，延长使用时限，保护了环境。

3.2.4 增加产量，提升品质

通过农业物联网智能管理系统对农作物的环境分析和调整，使得农作物处于最优的生长条件，极大地提高了种子的存活率，大大缩短了育种和成熟的周期，因为精确的施肥灌溉，农作物的品质也大幅度提高。

4 农业物联网智能管理系统

本系统利用物联网技术，选取不同类型的外置传感器，收集检测区域内的环境数据和视频数据，通过通讯技术将数据进行整理，并上传至农业物联网智能管理系统的软件平台，平台对于这些数据进行二次整理，对相应程序进行数据分析、处理。农业物联网智能管理系统平台是整个物联网系统的核心和大脑，承担着数据储存、分析、报警、制表等功能，是串联起所有仪器设备的关键节点。系统展示如图3所示。

农业物联网智能管理系统的主要功能为实时监控、数据分析、预警信息、报表管理以及系统管理。其中，监控数据显示以及预警包括目标区域农作物生长环境数据信息、农作物个体生长状况信息等实时数据展示、预警，前端高清视频的查看和回放。数据统计分析和决策指导，即系统根据实时数据制作表格并绘制各种图表，如农作物生长于环境对比图，并对这些图表进行叠加分析展示，进行关联性分析，并对问题进行相关的大数据搜索，指导用户进行优化。策略编辑界面如图4所示。

远程操控功能指，用户可以通过软件端(手机App或者PC端)进行远程手动控制设备，如查看到相关作物有缺水的情况，用户可以手动开启灌溉设备，也可以通过设定进行自动灌溉操作。

当前中国农业的生产方式依然以传统生产模式为主，对于农作物生长环境的管控仍停留在依靠经验上。以当前情况来说，种植环境监测困难，技术十分落后。系统将现在新兴的信息工程技术(物联网技术)应用在传统农业的生产当中，建立起一个集环境监测、远程控制、情况预警、生长状况分析于一体的综合性农业物联网智能管理系统，实现了远程实时监控(环境监控和视频监控)等多项便利功能。只要有网络，管理人员和用户都可以通过软件端登录到该系统的平台上，查看各种环境参数、历史曲线、视频监控等信息。由于采用了新兴的连接技术，操作极其简单，只需专业人士定期对该系统各组件进行检查和调试，极大地方便了用户，且便于用户能够随时随地对目标区域进行监控和管理，让农作物处于最优的生长环境，创造更大的经济利益。

5 结束语

随着国民经济水平的快速增长，现代农业产业得到长足发展，现代化设施农业的技术研究和应用推广越来越受到社会重视，传统的农业形势纷纷进行现代化改造，这对于促进我国的经济发展有着重要的影响。通过物联网技术加强农作物种植地的自动化管理，注重农作物在种植过程中各种物联网应用技术的合理运用，对生长空间的优化、改革产生了巨大的帮助，通过科学有效的方法扩大产能、提升品质。满足当下人们对生活物质需求的同时，为现代农业的改革做出新的尝试，增强农产品的营养价值、产量、质量，提高农业的自动化、机械化与智能化。利用和发展智慧农业是我国“四化同步”的国家战略，是加快转变农业现代化建设的迫切需求，有助于促进信息化与农业现代化深度融合，推动农业全产业链的改造升级。

随着智慧农业的不断发展，其会形成一个行政引领、社会保障、市场促进、民众支持的良性循环模式，体现了长远发展的潜力和可能性，对于社会生产的发展发挥巨大的价值。