大数据技术在农业物联网中的实践应用

梁敏

【摘 要】近年来，物联网技术在很多领域得到了广泛运用。物联网的快速发展与大数据技术的发展密不可分，大数据技术为物联网发展提供了活力。大数据技术在物联网中的运用，不仅提高了物联网的智慧程度，实现了自动化发展，而且提高了工作效率。农业发展是实现乡村振兴的重要手段，互联网技术的普及产生了智慧农业，农业的发展走进了数字化新阶段。物联网技术在农业中的运用，打破了传统农业发展的格局，在大数据技术的加持下，农业物联网系统得到了逐步完善，实现了农业信息的互通、过滤、筛选及农业数据的分析与查询。文章分析大数据技术在农业物联网中的优势，提出基于大数据的农业物联网应用系统，并提出一些发展策略。

【关键词】大数据;物联网;农业

【中图分类号】TP311.13 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）04-0079-03

我国是农业大国。科技的进步促使传统农业的发展模式发生变革，互联网技术的运用产生了智慧农业[1]。智慧农业是现代化农业发展的新方向，也是实现农业现代化进程的重要途径。智慧农业基于大数据和信息技术[2]，实现农业自动化，在物与物之间、物与人之间构建一个新的网络交互体系。物联网以互联网技术为基础，但又区别于互联网计划。当前，物联网技术在农业中得到广泛应用，实现土壤肥力监测、大田灌溉、设施农业滴灌、智能大棚等[3]。大数据技术可以进一步激发农业物联网的优势、实现农业物联网的升级，发挥农业物联网更大的作用。

1 大数据在农业物联网发展中应用现状

1.1 农业物联网的概念

农业物联网是指将信息技术融入农业生产的整个过程中，从而实现智能灌溉、智能施肥、智能喷药、无线采集、无线和异地监控等，达到增产增效的目的[4-5]，其基本的原理是利用计算机技术实现物与物之间交流互助而无需人的参与，本质上就是利用射频自动识别技术，通过互联网实现物与物、物与人之间的自动识别与共享。近年来，物联网技术在农业上得到广泛应用。伴随着信息技术的发展，互联网技术、大数据、物联网、AI云计算等技术都在农业领域内得到了发展，智慧农业的产生是对传统农业的改革，使得传统农业逐步由粗放型发展向自动化、精准化、智慧化发展转变。物联网技术在农业的多个领域都得以应用，包括农业播种、土壤肥力监测、农田灌溉、智能收割、农产品加工与运输等。大数据技术不仅可以应用在农业的生产环节，而且可以应用在农产品销售环节。面对突如其来的新冠肺炎疫情，大数据技术在农业物联网中的应用，改变了农产品滞销的现象。因此，从整个农业物联网的模式架构来看，从数据采集运用到种植生产、到产品产销信息处理分析，大数据技术在农业物联网中起着关键作用。

1.2 农业物联网的特点

农业物联网是将大数据技术及方法应用在农业当中，在耕种、灌溉、施肥、收割、加工环节都发挥重要作用。利用互联网技术实现农业领域内商品与商品之间的自动识别，其主要特点如下。

一是省时省力。依靠物联网技术，农民在家只要可以上网，就可以监测温室内外的温度、光照、空气湿度、土壤肥力等，可以通过自动化设备控制温室风机、灌溉设施，还可以进行蚊虫监测。

二是精准种植。传统的种植大多依靠农民的经验，而农业物联网技术的应用，可以帮助农民采集土壤信息，并将土壤信息上传到后台中心，利用大数据技术，系统会根据土壤的干旱程度、土壤肥力等分析适合种植的作物类型及适合种植的实践，从而实现精准种植。

三是节本增效。农业物联网技术打破了传统的农业方式，从粗放式到精准式，不仅节省人力、物力，还节省肥料农药。物联网技术的应用使得每年每亩温室平均节约5 000多元成本，长期发展将会实现增效的成果。

1.3 农业物联网的应用

农业物联网的应用主要是通过价格低廉、高集成式的传感器节点收集环境数据[6]，其主要应用分为3个方面：？譹？訛实施监测。通过传感器设备采集温室大棚内的温度、湿度、风向、二氧化碳浓度、光照程度、土壤湿度、酸碱度等数据，通过移动通信网络将数据传输至服务平台进行数据分析与处理。？譺？訛远程控制。农民可以通过手机或者设备终端进行设备操作，控制温室的水闸、排风机等开关，还可以通过设计程序，系统自动实现开启或关闭温室内的电机设备。？譻？訛查询功能。农户使用手机或者终端设备可以查询温室内的各种数据，并可以利用系统查询温室数据、机电设备运行数据参数、农业政策、市场信息等，从而运用到农业生产的整个环节。？譼？訛警告功能。利用农业物联网技术，可以设置监测系统，将农作物的种类适应条件、生产周期、环境温度作为系统参数监测温室大棚的情况，一旦數据出现偏差，立即将警示信息发送给农户，以便农户采取措施。

2 大数据技术对农业物联网的影响

随着科技的进步和发展，物联网技术和大数据技术在农业中得到广泛应用。传感器应用技术、应用观测技术、无限通信技术的应用使得现代农业更加趋于智能化、专业化发展。传感器应用技术就是将周围的环境或者特殊物质的感知信号转化成数字或数据，传递给服务器，最后形成数据进行处理;应用观测技术是在农业领域内对农业生产、销售环节的观察与记录;无线通信技术是传感器应用技术和应用观测技术的基础，农业物联网系统也是基于无线通信技术展开，无线通信技术不仅可以完善传感器网络系统，还可以进行数据采集与分析。大数据技术为实现完整的智慧农业体系提供基础，从智能大棚构建到智能施肥、智能灌溉、智能喷药、无人监控，涵盖农业生产的各个环节，形成一个智能闭环系统，进而提高了智能农业的有效性和精准性。大数据系统融入的闭环系统，不仅可以提高农业的质量标准，还可以达到农业增产增效的目的。

3 大数据技术在农业物联网中的应用模式

3.1 农业物联网应用系统介绍

物联网具有多场景应用的特点，可以用于多个不同的情况，因此物联网系统分为感知层、网络层和应用层3个部分。感知层为智能终端设备，以传感器技术和射频技术为基础，是实现物物联通的基础。网络层包括网络接入入口（蜂窝数据、LPWAN、MAN等）和应用开发平台（API接口、数据库管理、安全体系等），网络层是支撑物物信息传递与分享的连接系统，缺少网络层就无法进行数据分享和传递。应用层直接面向农业生产的各个环节，是物联网的公共开放式平台。目前，不少农业生产处于初级阶段，虽然通过信息化建设实现了农业自动化生产，但是应用层的智能程度还不够高。大数据的运用可以优化网络层和应用层。应用大数据技术，不但可以提高对农业数据的分析能力，而且可以增强应用平台的技术能力。例如，通过物联网技术控制蔬菜大棚温度，一方面大数据技术提高了应用层的感温设备的功能，另一方面基于大数据可以对系统中气温、空气湿度、农作物生产周期等数据进行分析利用从而做出预测，提供优化方案，设置合理的温度控制区间，从而智能地调节大棚温度，使得大棚温度更符合农作物的生长规律。因此，农业生产利用物联网系统时更加注重大数据技术，将大数据技术融入物联网的3个层面范围内，进一步优化物联网的功能，发挥农业物联网在建设智能农业方面的优势。

3.2 基于大数据技术的农业物联网应用系统构建

农业物联网技术是现代农业发展的重要手段，大数据技术可以优化农业物联网的功能[7-8]。大数据在农业物联网中的应用是基于物联网的系统层次，因此需要清楚地认知大数据如何应用于农业物联网系统的构建。

3.2.1 合理规划农业物联网系统

农业物联网系统的整体系统架构分为3个层次，分别为感知层、网络层和应用层。因此，对农业物联网的应用要先对这3个层级进行合理的规划，建立起完善的系统结构。感知层需要规划传感器、摄像头、语音设备等信息采集工具，对农业信息进行采集。网络层主要是对无线网络系统进行规划，建立起信息传递渠道。应用层主要是规划面向客户的终端，包括手机终端和电脑终端，也可以通过无线遥控进行控制。目前，智能手机的控制终端是主要模式。农户可以直接利用手机对农业物联网系统进行操作，实现远程控制智能大棚。在此基础上，更需要关注数据库网络的建设，数据库是大数据技术应用的基础，基于数据库的云平台，利用大数据进行数据分析分析和利用，从而实现农业物联网的技术支撑。目前，使用较为广泛的是Hadoop大数据技术。该技术需要开发人员利用简单的模型对计算机集群进行分布式处理，可以增加服务器的数量，每台服务器都可以接受本地计算机储存的资源和数据。与传统数据库只读取单一字段扫描整个表结构不同，这种方式读取的效率更高，而且该数据库扩展容量简单便捷，容量储存能力很大，系统采集的数据可以依靠传感器上传到数据库转换成可识别的信息储存起来。

3.2.2 设计系统功能

农业物联网有了基本的系统结构之后，就需要根据具体的农业生产设计所需的系统功能。农业物联网既要涵盖物联网的基本功能，又要体现大数据在农业方面的优势。一般来说，系统设计有以下功能。

一是环境实时监测。农业物联网的基本功能设计就是通过传感器设备对温室中的空气温度、湿度、二氧化碳浓度、光照、土壤肥力、水分等环境进行实时监测，将其数据通过无线网络的形式，以图片或者表格等形式呈现出来，并传输给服务平台进行数据分析和处理。

二是远程控制。农业物联网除了具有实时监测功能，还可以满足农户远程监测。农户只要利用手机或电脑登录系统，利用移动互联网，根据设定好的系统参数实现智能化远程控制温室内的设备，实时查阅监控画面和温室的具体情况。

三是预测分析。农业物联网打破了过去农户依靠经验进行农业种植的现象。农业物联网可以依托大数据技术分析农作物的生长特性、生长周期、土壤肥力、土壤干旱程度，进而决定农作物的种植范围，同时可以根据大数据预测天气情况等信息是否会影响农作物种植生长，根据这些预测信息及时做出调整。同时，农业物联网还应具备警告功能，预先设定农作物所需最适条件的范围区间，一旦超出范围，系统就会发送警告信息，提示做出相应措施进行调整。

农业物联网的功能设计，不仅要保证实际的应用，还应该在一定程度上提高物联网的功能性特征。

4 保障大数据技术在农业物联网中应用的改善策略

4.1 优化农业基础信息化建设

农业物联网的运用是以上文提出的基础框架结构展开的，而基本的框架層次需要依托信息化建设。农业信息化建设为农业经营者联同网络与大数据提供了条件。因此，为了实现物联网技术在农业中的运用，就需要在农村地区积极发展农村农业信息化功能建设及配备相应的网络硬件设备基础，满足大数据实现的条件，进而解决农村农业因基础建设不足而导致发展缓慢的问题。

4.2 积极推进农业物联网大数据共享

为了将大数据技术更好地融入农业物联网中，实现对农业物联网的利用和开发，就需要积极推进大数据资源的共享。因此，可以在以政府为主导的情况下，建立大数据共享云平台，将各种农业物联网相关数据在云平台进行分析和管理，并在网络平台进行共享。同时，可以编制统计报告、统计年鉴等大数据资源开放项目共享在网络平台，供所需用户查阅。网站平台还可以利用用户搜索的关键词，了解用户所需的数据资料，对一些用户经常查阅但是尚未开放分享的数据，制订逐步开发计划，逐步实践数据开放，从而更好地实现大数据在农业物联网中的价值。

4.3 培养专业人才

大数据在农业物联网领域内的应用离不开专业人才的支持。无论是满足物联网所需的层次结构所需要开发的硬件、软件设备，还是大数据技术的融入，都需要专业的人才作为支撑。但是，目前在农业物联网领域内人才严重缺失，因此需要从多方面改善这一情况。一方面，学校应该开设相关的农业物联网专业课程，加强对农业物联网基础信息的培养和学习。同时，将农业物联网作为研究课题建立校企合作项目，实现“产教学”融合，为学生提供更多实践平台和就业机会。另一方面，国家和企业要提高对农业和农业物联网的支持，加大在这一领域内的人才补助政策扶持或者资金投入力度，吸引更多的高素质人才参与这一领域研究，从而打造强有力的人才队伍。

5 结束语

在大数据时代，物联网技术已经运用在各行各业当中。农业物联网成为改变农业生产模式的重要方式之一。因此，为了实现大数据技术在农业物联网中的应用，就需要设计合理的农业物联网系统，了解农业物联网的构建和所具备的功能，将农业物联网实实在在地应用于农业生产中，进而实现农业智能化的发展。

参 考 文 献

[1]李道亮，杨昊.农业物联网技术研究进展与发展趋势分析[J].农业机械学报，2018，49（1）：1-20.

[2]杨亚飞，汤军，宋树华，等.基于大数据技术的农业物联网应用系统[J].电脑知识与技术，2017，13（34）：232-234.

[3]李道亮，杨昊.农业物联网技术研究进展与发展趋势分析[J].中国农业文摘-农业工程，2018，30（2）：3-12.

[4]李春辉.大数据在农业物联网中的应用研究[D].齐齐哈尔：齐齐哈尔大学，2015.

[5]苗德伟.大数据在农业物联网中的应用现状和改善策略[J].新农业，2019（5）：73-74.

[6]梁桂福.大数据在农业物联网中的应用[J].电子技术与软件工程，2019（9）：156.

[7]韩洋.基于大数据技术的农业物联网应用系统分析[J].计算机产品与流通，2019（8）：118.

[8]张震.大数据在农业物联网的应用[J].农村经济与科技，2020，31（17）：339-340.