智慧农业发展中物联网技术在设施农业中的应用

武装

（山东农业大学信息科学与工程学院 山东省泰安市 271008）

智慧农业属于农业信息化建设的产物，以物联网为基础，与农业生产之间建立联系，可使农业生产服务水平得到提升。在技术的发展下，为了使农业生产需求得到满足，需要对农业生产进行创新，采取相应的技术来提高信息化农业水平，使农业生产各环节得到有效的支持，为农业发展提供良好的条件。因此，应结合智慧农业对物联网技术在农业中的应用进行分析，使农业发展速度加快。

1 物联网技术涵义

物联网技术是以互联网为基础，使互联网得到拓展，借助互联网技术及电子通信技术等将传感器接收的信号传给控制器，可对机器进行智能化控制。物联网技术可实现互联网资源的应用，自身具有独立性，可借助RFID、二维码区分不同的对象，获得相应的信息，完成分析及决策。物联网技术包括了传感器、RFID、M2M三种应用。传感器可对对象进行信息收集及传输，RFID可借助网络技术及数据库技术将标签嵌入到对象身上，建立物联网结构，M2M可实现机器之间的交互。

2 智慧农业概述

智慧农业是社会发展中产生的一种新型农业形式，运用信息技术可实现更多的功能，例如网络、物联网技术等，这些技术对农业建设有着积极的影响，可使农业建设过程中获得有效的支持，包括当前的远程诊断及控制等。可在农业生产中应用现代化技术，使流程得到全面的控制，可实现精细化管理的目标，保证管控的效果。智慧农业应坚持人文创新理念，在生产过程中实现环保、以人为本的基本理念，而智慧农业的发展需要技术的支持，管理人员需要对农业结构及生产的特点等进行分析，使其中的要素得到合理地调整，使农业能够向着智能化方向发展。智慧农业可使智能技术的优势体现出来，还可使人类发展智慧得到直接展现，使人与人、人与物之间的信息交流效率得到提升，使农业产业结构得到有效的优化，可使农业发展具备生态化的特点。

3 物联网技术在设施农业中应用的重要性

在当前的时代背景下，物联网技术的运用发挥了有效的作用，可实现物与物之间的联系，为不同领域提供了信息传播支持。在应用中，需要借助射频识别技术及定位技术等来实现其功能，根据协议将物体与网络之间建立一定的联系，可实现信息共享，还可发挥出更多的作用，例如定位、监控等。通过对物联网特点的分析，其与互联网之间存在着区别，两者之间相互联系。在设施农业中运用物联网技术可实现农业的发展，在互联网技术支持下可利用二维码、射频识别技术来达到区分个体获取数据的目的，还可经过对数据信息的分析进行决策及控制，达到智能管理的目的。但是由于物联网及互联网之间的差别比较大，物联网中包括了传感器、M2M以及RFID，其中RFID是利用数据库技术、网络技术，实现将RFID标签嵌入对象身体的目的，可形成一个物联网。物联网的传感器应用是通过监管对象周围，安装相应的传感器节点来实现对数据信息的收集及整理等，可完成对数据的控制及运输，而物联网M2M技术可实现机器之间以及机器与人间的交互及控制作用。

4 物联网技术应用的主要内容

4.1 Wi-Fi技术

Wi-Fi是将电子设备连接局域网，应用范围比较广，可实现电子设备的无线上网，可实现无线网络传输的目的。Wi-Fi理论上可在封闭的环境中达到100m的影响范围，在室外条件下更大。在当前的农业建设中，使用该技术可感知信息，实现对信息的快速传播，可将传感器与其结合，对信息进行高效收集，之后可使用该技术来进行信息交换。因此，应用Wi-Fi技术可为智慧农业建设带来帮助，使其具备完善的基础。

4.2 RFID技术

RFID指的是射频识别技术，通过无线电讯号感知监测目标，记录监测数据，适合用于短距离的信息传输中，RFID技术中包括了应答器、阅读其以及软件处理系统部分，有着比较强大的数据记忆容量，同时该技术的性能优越，可在物联网技术中发挥有效的作用。通过阅读器进行目标检测后可借助天线发出信号，系统接收信号后完成对其处理，并且将信息反馈，阅读器在收到了反馈之后可开始进行数据分析，有效完成对数据的控制，保证了技术应用效果。

4.3 传感网络技术

传感网络是由传感器所构成的网络，其中包括了传感器以及数据处理部件等，可便捷地进行信息采集，通过对信息的传输来建立网络结构。由于传感器中有着较多的节点，在实际应用过程中具有比较强的环境适应性，传感器中节点比较密集，分布具有随机性，需要具备一定的能力存储能力，使其发挥出相应的作用。在实际应用中，传感器可作为物联网技术的核心，物联网实现不同的功能需要传感器的支持，例如信息感知及传输等，能够实现物之间的连接，还能够加强信息传输的效果，提升了整个过程的效率，达到相应的目的。

5 智慧设施农业中物联网技术的应用

在智慧农业背景下，物联网技术的应用可使农作物种植环境的管理获得相应的数据支持，通过信息采集来为管理提供支持，以种植专家知识系统为基础，实现对农作物种植的灌溉、施肥以及病虫害防治等自动控制，在实际应用中，包括了以下几方面内容。

5.1 系统设计内容

智慧大棚对大气以及土壤等环境管控具有良好的应用效果，可实现对人员的有效监控，在应用中借助宽带网络可实现对大棚的全覆盖，为监控功能的实现带来保障。设计过程中，需要包括感知、传输以及应用三个方面，其中感知层可获取感知信息，对大棚的各项信息进行监测，传输层可实现信息的传输，而应用层可进行信息的处理，经过处理之后将其存储起来，还可设置相应的标准值来实现预警功能。在系统设计中，需要包含环境感知系统、监控系统以及传输网络系统等，各部分系统的运行影响着整体的使用效果。其中，感知系统需要借助传感器来获取温度、二氧化碳等参数信息，还可对温度及湿度等进行全面监控。视频监控系统可借助无线高清视频监控技术来实现对大棚中的情况的全面了解，便于工作人员了解各项情况，采取有效措施进行管控，避免大棚管理出现漏洞。同时，各大棚都属于系统子单元，可运用无线宽带网络使数据传输到数据处理中心，之后中心可实现对数据的处理、显示，有效保证了管控的效果，并且完成相应的程序。

5.2 系统设计构成

5.2.1 无线传感网络子系统

智慧大棚系统中环境感知模块监测对象有棚中的大气环境、土壤环境，可通过自组织无线传感网络来实现，以ZigBee协议为基础，具备传输能耗低、传输速度低以及成本低的特点，其中有感知节点、协调器节点、感知节点上所感知的数据经过多条传输途径汇集到协调器节点，向上层系统传输，可实现对环境的监测。在大棚中可设置多各类型的传感器，实现对湿度、温度以及光照度等因素的监测。同时，系统中还包括了较多的控制节点，能实现对不同系统的控制，同时，传感器模块中使用了工业级继电器开关控制模块，可发挥出其优势，有效对环境的数据进行感知，并且对系统进行控制，以满足环境条件的调节。

5.2.2 无线宽带网络传输子系统

无线宽带网络技术中应用了Mesh网络，其中有WiFi技术、自组网技术，能够实现无线覆盖，形成高性能及速度的无线自组织网络，具有良好的抗干扰能力，传输距离也具有优势，满足了环境方面的要求，还可进行无线视频监控，满足更多的需求。借助无线宽带网络可实现不同的功能，其中包括了蓄电池以及太阳能供电系统，在其中发挥出了重要的作用。在传感器获取了信息后，将其进行汇集，并且与网络节点之间建立通信，节点接收数据信息之后可传输到数据中心之中。数据中心可通过该网络向不同节点发送指令，同时该网络的运行不需要建设大量的基站，同时可简化其中的过程，应用的效果比较显著，网络的覆盖具备了灵活的特点，适合用于偏远地区以及范围比较大的农业大棚集群管理。

5.2.3 视频监控子系统

智慧农业体系中，视频监控系统的运用发挥了重要的作用，其中包括了无线智能摄像头、数据处理系统等部分，其中摄像头的性能良好，可实现全方位的监控，还具有一定的自我防护功能，能够适应不同的环境条件。在应用系统的时候，管理人员可更好地查看各部分的情况，这种管理模式的应用可加强管理效果，避免产生问题，便于及时处理各类问题。而传统的视频监控系统应用过程中，其中有着较多的数据有待进一步处理，同时大部分是无用的内容，占用了较多的存储空间，事后的查询难度比较大。智能视频监控可使食品监控的效果加强，并且加强可靠性，还可减少人工监控管理工作量，使工作的效果得到有效改善。

5.2.4 数据处理子系统

数据处理部分对智慧农业建设有着重要的意义，包括数据库、视频应用等不同部分，其中涉及到了较多的软件。在数据处理模块中，有系统配置管理模块、数据存储模块以及处理模块等，系统可根据不同的用户来设置管理权限，并且通过各模块的运行来实现信息的处理，使智慧大棚的信息处理流程能够顺利进行，该系统可实现对监控及宽带网络参数的调整，使系统能够稳定运行，对各项数据进行保存及处理，满足系统的运行需求，发挥出更好的作用。同时，使用数据处理系统可结合分析的结果来向系统发生控制信息，包括水泵的启动停止、温度及湿度的调控等，可针对各类感知信息来生成处理图表，将其打印出来。数据处理系统具有移动终端访问的作用，用户可使用智能手机、平板电脑等来随时获取大棚中的数据信息，使管理控制的灵活性得到有效的提升，进而使系统的使用性能加强。

5.3 系统实际应用效果

可结合物联网技术来进行智慧农业系统进行测试，使用物联网的无线传感网络、无线宽带网络等来实现对棚中的大气环境、土壤环境的监测，便于种植管理人员及时了解大棚的情况，使农业种植的科学化水平得到提升，改系统的扩展性比较显著，结合中职环境监测需要对感知节点及控制节点进行扩充，使检测指标的种类得到丰富，可使其发挥出更好的作用。

6 未来农业生产的发展趋势及展望

随着技术的发展，物联网支持下的人工智能技术在农业生产中可发挥出有效的作用，使生产的效益水平提升，使农业发展具备信息化特点可促进农业技术的全面发展。但是人工智能技术的应用还有待完善，与实际的目标之间差异比较大，在研究的深入下，其中还存在着较多的不足，这使其应用产生了问题。人工智能技术需要进一步完善，不能广泛地应用在其中，例如，计算机模式识别技术丶研究已经获得了相应的成果，部分投入到了实际生产中，但是其识别的原理方式与智能化识别之间的机制还有一定的差异，参考人的感官机制来看，人的形象思维能力比较高，而当前的技术还达不到相应的水平，因此，无法替代人类完成一些工作。再比如，机器人的智能化水平有待提升，其只能机械地替代人类完成一些工作，而替代人类进行实际生产还需要经历较长一段时间。同时，农业专家库的建立具有复杂的特点，生产周期比较长、知识的获取难度比较大，涉及的因素比较多，农业专家系统研制需要一定的时间。专家系统可使某些专门问题得到解决，但是在实际应用过程中发现，其具有知识获取难度大、处理问题时间久以及理论体系不完善等问题。同时硬件设施需要全面完善，通过对硬件设备的完善，人工智能技术可发挥出更好的作用，为农业生产提供相应的支持。为了使物联网及智能化技术的发展带来更好的效果，需要对农业生产中的技术进行研究，改善技术应用效果，使其发挥更好的效果，能够为我国的农业生产带来帮助。通过对相关技术的创新，可使农业生产的效率及效益得到提升，进而促进农业的全面发展，使其在技术上有更多的优势。通过对智能传感以及 GPS 等技术的应用来最终实现人与物之间交互传播信息技术的实现。物联网技术的实现，在一定层面上是对传统农业结构的颠覆，使农业发展的向朝向高效、生态的方向发展。

7 结语

随着农业技术的发展，物联网技术在其中得到了有效的应用，可通过对物联网技术及系统的设计来实现高效生产，建立无线传感网络子系统、无线宽带网络传输子系统、视频监控子系统等系统来实现设计的目的，可使技术的优势发挥出来，为智慧农业体系的建立带来帮助，同时可促进农业技术的快速发展，加快农业建设的速度，完成对农业技术的创新任务，提升农业生产水平。