试论智慧农业发展中物联网技术在设施农业中的应用

史向玉

（阜新蒙古族自治县职业教育中心，辽宁阜新 123100）

1 物联网技术

在互联网技术蓬勃发展的同时，物联网技术也在日益完善，物联网技术主要以物联网为基础，并基于此拓展延伸互联网，实现物与物的信息传递和交流。简言之，就是依托互联网和电子通信技术，将物连接起来，之后再依靠传感器将获取的信息，及时传递给控制器，达到智能化远程控制机器的目的。不同于互联网技术，物联网虽然与其紧密相连，但是又区分互联网技术，物联网是其延伸和拓展，并且能够有效兼容互联网应用服务和资源，因此，物联网本身又是独立的，其可以依托二维码、FID区分对象个体，并获得相应地信息，分析、控制、决策信息，达到智能化管理的目的[1]。当前物联网技术主要被分为三类应用，即，M2M、传感器、RFID等，其中传感器属于一种新型信息收集节点装置，即通过在监管对象上的安装，实时收集各类感应信息，实现收集、传输与控制一体化操作。RFID技术的应用则是依据网络技术，以及对数据库技术的综合，使FID标签与控制对象保持一致，构建起标签与控制对象的完整物联网[2]。M2M作为人机交互系统，主要功能是实现人与机器、机器与机器间的交互及控制。

2 智慧农业中物联网技术主要功能及关键技术

2.1 智慧农业下物联网技术主要功能

物联网的诞生，颠覆了传统农业结构，将其合理运用到智慧农业中具体包含了以下几点功能：第一，即时监测功能，在智慧农业生产设备中接入物联网，可依托传感器对大棚设施农业中相关数据信息进行收集，比如，棚内土壤温度、空气湿度、二氧化碳、土壤水分、光照、棚外风速、温度等，借助物联网将及时将数据传输给服务管理平台，分析处理相关数据，农户进行针对性地调整，确保农作物的良好生长。第二，远程控制功能，在条件许可的农田、大棚中安装机电设备，比如，电动灌溉系统、排风机、电动卷帘等等，农业管理人员通过收手机、计算机登入系统，对设施农业中的水阀开关、排风扇，卷帘机进行远程控制，还可以根据设施农业的实际进去顾客，设定好控制逻辑，系统根据实际情况开启或是关闭大棚机电设备。第三、查询功能。实现信息查询是物联网技术的重要功能之一，即农业工作者可以利用信息终端设备，对智慧大棚的各类信息进行实时查询，包括大棚环境条件、设备操作记录、历史影像及环境变化曲线等内容[3]。

另外，在登录信息管理系统后，还能够通过与网络数据库之间的信息互通，实现对市场行情、农业政策、专业通告等信息了解，解决信息不对称的问题。第四、警告功能。警告功能属于智慧大棚中的重要组成，即通过事先对各类信息设备设定阈值，一旦出现大棚传感信息异常，将触发报警功能，因此可以快速掌握并解决大棚出现的紧急情况，确保农产品的安全。

2.2 智慧农业下物联网关键技术

2.2.1 RFID技术。RFID也被称之为射频识别技术，这种技术通过无线电讯号感知监测目标，并及时将监测数据记录下来，RFID技术目前被应用到短距离的信息识别和传输，具体包含了三个方面，即，软件处理系统、阅读器、应答器。扫描速度快、耐久性高、数据记忆容量大，抗污染能力强是RFID技术显著的特征，因此，当前被广泛运用到物联网中，智慧农业生产中，阅读器获取检测目标信号后再依托天线散发射频信号，在接受到信息后，软件系统再处理相关信息，并将数据信息传输到阅读器，再次进行数据分析，通过这样的举措，科学地控制信息数据。

2.2.2 传感网络技术。在设施农业中传感网络技术具有良好的应用空间，所谓传感网络技术主要就是通过传感器形成网络，在传感网络技术中具体包含了数据处理单位部件、通信部件、传感器等，在智慧农业中传感器可以分布各个环节中，采集或是传输信息。传感器具有多种节点，并且其具有密集性、随机性和较强的适应性。因此，传感器只有具备了较强的能量储备能力，才能最大限度地发挥自身的价值，在物联网技术中传感器是不可或缺的关键部门，传感器可以促进传输层、应用层、感知层之间联系，更好地为人与物，人与人信息交换、传递的交换夯实良好基础。

2.2.3 WIFI技术。目前，WIFI技术深度应用于社会各领域，满足了大众网络连接的需求。WIFI技术主要是依据其无线网络传输协议，将网络端与用户端数据进行传输，其覆盖距离一般为室内100 m，室外空旷地域可达200 m。将WIFI技术应用于智慧农业，可以组建完善的感应器传输网络，实现各类信息数据实时传输，并利用交互技术进行远程控制，由此可见，WIFI技术在物联网技术应用中，占据着不可或缺的特殊地位。

3 智慧设施农业中物联网技术的应用

将物联网技术运用到智慧设施农业中，可以实现实时、多维度、动态化的采集农作物种植环境，基于种植专家知识系统对农作物进行自动控制，比如，病虫害、施肥、灌溉等，物联网技术在智慧大棚设施农业系统的应用广泛。

3.1 系统设计要求

毋庸置疑，智慧大棚系统要全天候的监控设施大棚中的温度、湿度、土壤环境、农作物生长状态、大气环境等，管理人员通过网络互联，检测、管理大棚群，其中主要包含了三个维度，即，感知层、应用层、传输层，实施获取大棚的传感信息，对环境信息进行实时监测是感知层主要作用，传输监测数据到数据处理中心是传输层的主要作用。最后则是应用层对信息进行处理或是存储，并将信息数据及时生成各种报告，最后根据系统的设定阈值提出告警提示。我们智慧设施农业具体结构层面来说，具体包含了数据处理中心子系统、实时监控子系统、宽带环境感知子系统以及传输网络子系统等。大棚感知系统主要依托传感器科学的监测，设置大棚农业中的光照强度、二氧化碳、一氧化碳，监控大棚设施农业中的土壤PH值、温湿度，通过互联网技术确保设施农业的严格统一标准进行生产，促进设施农业生产效率的提升。

3.2 视频实时监控系统

将物联网技术中的视频实时监控系统应用到智慧大棚设施农业中，主要就是通过无线高清视频监控技术来监控大棚内的农作物的生长情况，内外环境等。纵观当前在智慧大棚视频监控模块中主要包含了三部分，即终端信息系统、视频数据分析处理、无线智能摄像头，在当前的设施农业中无线智能摄像头具有防涌浪、防雷、90°垂直旋转、360°水平旋转等室外防护能力，并且无线智能摄像头可以基于不同的工作环境下进行分级管理，监控农作物的生长状态。传统大棚农业中管理人员需要监控多个视频，管理范围广、工作负担大，并且还会经常出现疏漏，其中存在大量未经处理的原始数据，一方面不仅会占有大量的储存空间，另一方面也会因为数据繁多查询方面存在较大的困难，将物联网技术中的智能视频监控运用到设施农业中，不仅可以提高视频监控可靠性和时效性，还能大大地提高工作效率。

3.3 数据处理子系统

在智慧大棚系统的系统设计中，数据处理模块所发挥的作用至关重要，其承担着信息处理中心的功能，具体由视频应用服务器、数据库服务器、信息交换设备等诸多硬件构成。同时也包含了各类子系统软件提供保障，如系统配置模块、数据存贮处理模块、视频监控存储模块、信息远程服务模块等构成。

另外，数据处理子系统针对各自的功能及用途，可以设置不同的管理权限，在实际的管理中通过两者的融合，使大棚感知信息处理指令得到落实，保证各类数据传输、指令执行、远程监控等操作有效性，实现循环内的数据感知、接收及处理功能。通过数据存储功能的应用，还可以建立数据库系统，使原始数据能够随时调取。从数据处理子系统的操作看，主要是依赖于数据处理系统根据需求，向各子系统发关控制指令，如水泵地启停、温度的调控、病虫害的预警等，均可以利用信息指令运行至执行端，提升大棚的智慧管理操作能力，全面展现物联网技术的优势。

3.4 无线宽带网络传输子系统

根据现代网络传输技术的发展，无线宽带已经成为网络应用的基本形式之一，即应用Mesh网络实施连接运行，如WIFI技术、自组网技术等。利用无线网络的全方位覆盖，能够提升智慧大棚的管理性能，使其实现更强的抗干扰能力及穿透能力，并打破了传统有线传输的弊端，压缩了网络信号传输的距离，使传输效率得到有效保证。

无线宽带网络传输利用其技术优势，能够保持较高的带宽和频率，可以实现视频图像、IP视频会议、视频电话等高质量传输，满足智慧大棚的现代化管理要求。从系统的整体结构看，其中主要覆盖Mesh设备、蓄电池、太阳能供电等设备，通常由传感网将所采集的信息回传至协调器节点，随后由协调器与Mesh网络节点实施通信连接，将所传输的图像及数据等信息传送至数据中心。经过数据中心一系列处理后，再将相关的控制及操作指令发送至各控制节点，从而完成无线宽带的闭环操作。另外，Mesh网络应用的优势在于，其无需依赖大规模的基站支持，并且对具体的位置选择也较为随意，能够适应国内复杂的地域，甚至是农村偏远地区。因此，将其应用于智慧大棚之中，能够更好地推进现代农业发展，为智慧农业提供更丰富路径。