物联网技术在河南省智慧农业中的应用研究

于素萍 毛伟伟

（河南省洛阳理工学院 计算机与信息工程学院，河南 洛阳 471000）

农业信息化是国民经济信息化的基础和重要组成部分，我国中央政府先后下发了多个关于促进和加快农业信息化发展的重要文件。河南是我国的农业大省，发展和应用智慧农业是大势所趋，也是现代信息技术发展到一定阶段的产物。

1.智慧农业及物联网的内涵

智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有"智慧"。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。

农业物联网是运用物联网系统的温湿度、PH值、光照强度、CO2等传感器和摄像机，实时检测环境中的温湿度、PH值、光照强度、CO2浓度等环境参数和图像，并通过系统实现远程控制，保证农作物始终处于一个良好、适宜的生长环境。

2.智慧农业中物联网技术的关键技术

2.1 WiFi技术

WiFi技术就是允许电子设备连接到局域网的技术。可以支持诸多电子产品的无线上网，实施无线网络传输。WiFi技术在智能农业应用中承担了信息感知的任务，在信息感知方面传感器收集的环境及其他信息需要WiFi技术的支持才能够进行，而将收集到的信息相互交换以及传输给应用分析层面同样需要WiFi技术使其高效而安全的进行。可以说WiFi技术是物联网技术在智能农业中应用的基础，没有WiFi技术的支持，物联网技术就不能发挥其应有的作用。

2.2 RFID技术

RFID技术即射频识别，属于通信技术的一种。其主要原理是利用无线电讯号感知监测目标并进行数据的记录。其主要由三大部分组成：应答器、阅读器以及应用软件系统。其在物联网技术中的运行过程是：阅读器检测信号后通过天线将射频信号以相应的频率散发出，应用软件系统在接收到该信息频率信号后进行信息处理，设备内部的芯片将储存的信息传输出去，阅读器再次接收到频率信号进行数据分析处理，传输给后台操作系统，对信息数据进行控制。

2.3 传感网技术

传感网技术就是在需要进行信息采集与传输的区域将集成传感器、数据处理单位部件以及通信部件进行随机分布，相互联系形成网络结构，即为传感网。其节点数量相对较大，在复杂多变的环境中适应性较强。虽然其信息传输能力相对有限，且信号间存在一定程度的干扰性，但由于单个节点部件传递的数据较少，所以影响性较小。由于节点的密集且分布随机，使得其需要具备一定程度上的能量储存功能。传感网技术可以说是物联网技术的核心所在，其在物与物之间相互连接，进行信息交换与传输的方面起到十分重要的作用。

3.智慧设施农业中物联网技术的应用

3.1 现状及存在的问题

传统农业生产方式、理念根深蒂固，生产粗放，农业信息化发展缓慢，缺乏实时性，环境感知能力弱，感知精度低；农业数据传感采集、保存、共享的手段方式落后，人力资源浪费，信息相对闭塞；监管方式以人的到场监管为主，缺乏有效途径，系统集成度低、整体效能差，大部分生产基地没有或缺乏图像、文本信息记录，无法做到24小时监控，无法追踪问题的本源，监管力度不足，到场监管为主，缺少一站式解决方案。

在智慧农业发展中，物联网技术的应用可以实现农作物种植环境实时、动态、多尺度、多维度的信息采集，并以种植专家知识系统为基础，对农作物种植中的灌溉、施肥、病虫害防治等环节实现自动控制。本研究提出一种基于物联网技术的农产品质量安全溯源系统实，现物联网生产监管、病虫害检测、质量安全溯源和中心联网与应急功能，系统架构如图1所示。

图1 农产品质量安全溯源系统图

3.2 物联网生产监管

在系统中，环境感知模块的监测对象包括棚内的大气环境及土壤环境，主要通过一种自组织无线传感网络来实现，其基于ZigBee协议，具有传输功耗低、传输速率低、成本低的优势， 主要包括感知节点、协调器节点，感知节点上所感知到的数据经过多条传输途径汇至协调器节点，再向上 层系统传输，最终实现大棚环境的实时监测。在大棚内随机设置多个各种类型的传感器，可以实现湿 度、温度、光照度、气体浓度、土壤pH值的监测，如图2所示。

图2 生产监管系统图

3.3 病虫害检测

通过单兵或虫情测报箱内置的高清相机拍摄现场图片，上传至专家远程诊断系统，在后台分析病虫害的种类、数量、性别、虫龄等信息，并将相应的解决方案反馈给生产人员。

通过虫情测报箱内置的高清相机拍摄现场图片，上传至专家远程诊断系统，在后台分析病虫害的种类、数量、性别、虫龄等信息，并将相应的解决方案反馈给生产人员。

3.4 质量安全溯源

农产品质量安全溯源是借助物联网、视频监控技术，通过运用条形码、二维码、RFID标签及手持终端等设备，对农产品的生产、运输、仓储、加工及零售等可能影响产品质量的所有环节进行信息化、可视化跟踪，共享全链条关键环节信息，追溯问题发生的节点，帮助企业规范作业流程，防范作弊行为，同时协助政府做好监管工作。质量安全溯源综合利用网路技术、短线技术、条码识别技术等，实现网站、POS机、短信和电话号码于一体的多终端农产品质量追溯。传输系统采用http协议进行传输，支持断点续传。 采用多线程技术，可多点同时进行。 传输数据经过高度压缩和加密处理，安全性好。 条码解析器采用数据内存预加载方式，解码速度快。 系统基础资料全部采用内存预加载方式处理，系统运行速度快。可对产品进行生产、运输、仓储、加工、零售全程追溯，如图3所示。

图3 农产品质量安全溯源系统图

3.5 中心联网与应急

政府监控中心接收各个生产基地实时上传的环境监测数据和视频监控图像数据，政府人员可查看各地、市大棚温室环境信息和实时生产情况，便于统一规划和指挥农业生产行动，还可为后期的生产性研究、资源合理调度、农产品质量追溯、大数据分析等不断积累基础数据。

3.6 系统应用效果

3.6.1 生态效益

系统通过布设在田间地头的物联网传感设备和智能视频监控摄像机，实时监测大棚内生产环境信息，并根据环境变量的变化情况结合工人经验与系统控制逻辑作出综合决策，保证植株始终处在一个良好、适宜的生长环境中，切实提高大棚作物的管理种植水平，使果蔬产量和品质得到直接提升，减少施肥施药频率，引领当地大棚农业走上高产优质、安全可靠、资源节约、环境友好的现代农业发展道路。

3.6.2 经济效益

代替人眼进行24小时不间断盯防，有效防止闯入、偷盗、恶意破坏、“投毒”等事件的发生，给不法分子以直接的提醒和威慑，大大节省农业业主在大棚看护上投入的人力和费用，提高间接经济效益。

3.6.3 社会效益

县、市内的农业生产基地通常分散在县域内各个不同的区域，传统的“走访巡查”方式很难对全局进行有效地监管，系统可以实时上传环境监测数据和视频监控图像数据，使政府人员实现对当地所有接入系统内的温室生产情况进行实时监看和督查，统一各级单位的监管、服务行动，还可为后期生产性研究、资源合理调度、农产品质量追溯、大数据分析等不断积累基础数据。

4.结语

总之，随着信息技术、网络技术的不断发展，在“互联网+农业”这一先进理念的指导下，智慧农业的发展进程也在不断加快，物联网技术更是实现农业大数据发展、促进农业生产向着集约化、科学化、标准化、信息化发展的重要途径。当然，物联网技术仍然存在着一些尚未克服的技术难题与应用难题，但是，相信随着时代的发展，这些问题必将迎刃而解，以促进河南智慧农业的快速发展，从而实现农业产业的可持续发展。