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        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

        2014-09-25 14:15:56周楊
        南方農(nóng)業(yè)·下旬 2014年7期
        關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)用

        周楊

        摘 要 作為一種先進(jìn)管控技術(shù),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用對于提高農(nóng)作物種植的科學(xué)性及監(jiān)測的有效性具有重要作用。由此,首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù),然后,具體探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,以期為相關(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。

        關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);現(xiàn)代農(nóng)業(yè);應(yīng)用

        中圖分類號:S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1673-890X(2014)21-00-02

        物聯(lián)網(wǎng)是指針對有限管理對象的特定網(wǎng)絡(luò),其以完善管理以控制為主旨,利用網(wǎng)絡(luò)、識別器及傳感技術(shù)等將管理對象相互連接,從而完成情報處理、信息識別與感知、決策執(zhí)行、態(tài)勢診斷等智能化控制與管理過程。將物理網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中,可改善原有的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式,利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以節(jié)省大量人力、物理,并采集有效作物及作為環(huán)境信息,提高種植和監(jiān)測的科學(xué)性。因此,加強有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用探討,對于改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用水平具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

        1 體系及其關(guān)鍵技術(shù)

        1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

        物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由網(wǎng)絡(luò)層、感知層、應(yīng)用層構(gòu)成,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

        1.1.1 網(wǎng)絡(luò)層

        網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)能夠開展基礎(chǔ)服務(wù)的基本條件,其主要用于傳輸感知層獲取的信息,利用廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)等完成信息數(shù)據(jù)的計算與傳遞。

        1.1.2 感知層

        感知層主要利用傳感器、RFID電子標(biāo)簽、傳感器網(wǎng)絡(luò)及讀寫器等,完成對監(jiān)測對象的識別、感知與信息獲取,然后將獲取的信息同網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備實現(xiàn)信息交互與共享[1]。

        1.1.3 應(yīng)用層

        應(yīng)用層是完成輸入輸出的控制終端,其主要用于數(shù)據(jù)處理分析與決策,其可通過PC機(jī)和現(xiàn)代智能手機(jī)等采用智能化應(yīng)用程序完成特定服務(wù)任務(wù),實現(xiàn)人與物、物與物之間的交互。

        1.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

        1.2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

        傳感器網(wǎng)絡(luò)主要采用較多的傳感器節(jié)點按照無線通信模式架構(gòu)成一個多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),進(jìn)而完成數(shù)據(jù)的融合處理、量化采集及應(yīng)用傳輸?shù)冗^程。所以,傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能對網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的各類對象信息及環(huán)境進(jìn)行采集、感知和監(jiān)測,由此實現(xiàn)實時計算分析的服務(wù)。

        1.2.2 傳感器技術(shù)

        傳感器是完成對現(xiàn)實世界感知的重要手段,且是物理網(wǎng)應(yīng)用與服務(wù)的關(guān)鍵,主要用于對物聯(lián)網(wǎng)所需數(shù)據(jù)信息的收集。傳感器通常由轉(zhuǎn)換元件、敏感元件構(gòu)成,根據(jù)位移、電、濕度、熱、聲、力和光等信號對物體信息進(jìn)行感知,進(jìn)而向物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)服務(wù)提供原狀信息。不同類型的傳感器其工作原理也大部相同。在傳感器生產(chǎn)技術(shù)不斷更新的推動下,逐漸涌現(xiàn)出更多高性能的傳感器類型。傳感器的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)傳感器自身的網(wǎng)絡(luò)化與智能化、信息感知2個方面。

        1.2.3 無線自動識別技術(shù)

        無線自動識別系統(tǒng)主要由天線、讀寫器及電子標(biāo)簽構(gòu)成,其一般工作原理為:在天線的射頻場內(nèi)放入電子標(biāo)簽時將會形成感應(yīng)電流,電子標(biāo)簽自身被激活而轉(zhuǎn)化為內(nèi)置電源;電子標(biāo)簽利用內(nèi)置天線把標(biāo)簽內(nèi)的存儲信息向外傳遞;讀寫器將接收到的信息進(jìn)行解碼和解調(diào),然后,將信息傳遞到后臺應(yīng)用系統(tǒng)實施特定處理。此處理過程完全自動化進(jìn)行且能在各類非正常環(huán)境下應(yīng)用。當(dāng)前的無線自動識別技術(shù)已經(jīng)在交通運輸、動物識別、物流管理、農(nóng)畜產(chǎn)品安全生產(chǎn)監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生及產(chǎn)品追蹤中獲得廣泛應(yīng)用[2]。

        2 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

        2.1 農(nóng)業(yè)信息推送

        通常認(rèn)為農(nóng)業(yè)信息推送僅僅指天氣預(yù)報方面,然而當(dāng)代農(nóng)業(yè)的正常發(fā)展則需要依靠其他大量支撐因素,如將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在養(yǎng)殖業(yè)中,相關(guān)監(jiān)控人員便能實施掌握魚塘數(shù)據(jù),并對未來數(shù)據(jù)變化進(jìn)行預(yù)測,通過短信平臺將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)礁黟B(yǎng)殖戶手中,提醒養(yǎng)殖戶及時采取疾病預(yù)警、天氣預(yù)警等防護(hù)措施,以盡量降低惡劣環(huán)境因素導(dǎo)致的損失;還有部分地區(qū)將測土配方及施肥數(shù)據(jù)等實時傳輸?shù)睫r(nóng)民手機(jī)中,為農(nóng)民的施肥及播種等提供技術(shù)支撐。

        2.2 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測

        目前,國內(nèi)食品安全問題多發(fā),其中食品監(jiān)管不善是其重要原因之一,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到食品監(jiān)管中,可為食品質(zhì)量檢測提供有效支持手段。已研發(fā)出的食品安全追溯系統(tǒng)將無線自動識別技術(shù)應(yīng)用到當(dāng)前畜牧業(yè)食品生產(chǎn)的全過程中,包括產(chǎn)品加工、飼養(yǎng)、食品流通和防疫滅菌等。如將無線自動識別芯片注入到生豬身上,對生豬飼養(yǎng)、屠宰、銷售的總體生命過程進(jìn)行跟蹤監(jiān)控,特別是對生豬的飼養(yǎng)生長過程,可實時監(jiān)測體溫及生長環(huán)境等數(shù)據(jù);待生豬屠宰后,對各地區(qū)的豬肉銷售店安置電子溯源秤,消費者在豬肉購買過程中可收取有關(guān)視頻安全溯源碼的憑證條,根據(jù)憑證條上的溯源碼對生豬的屠宰單位、飼養(yǎng)單位、檢疫部門等信息進(jìn)行查詢。

        2.3 生物傳感器

        生物傳感器是一種對生物物質(zhì)反應(yīng)強烈并能將生物濃度轉(zhuǎn)化成電信號實施檢測的儀器。其主要將微生物、酶、核酸、細(xì)胞、抗體、組織及抗原等生物活性物質(zhì)制作的敏感材料當(dāng)做基本識別單元,使用壓電晶體管、氧電極、場效應(yīng)管、光敏管等制作理化換能器,同時,具備轉(zhuǎn)換器與接收器的功能。生物傳感器是將醫(yī)學(xué)、生物、物理、化學(xué)及電子等多種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合使用的高新技術(shù),其本身具有投資小、高靈敏度、可在惡劣環(huán)境下完成在線連續(xù)監(jiān)測、選擇性強、分析效率高等優(yōu)點,且其具備集成化、微型化及智能化等優(yōu)勢,在環(huán)境監(jiān)測、動植物檢測等領(lǐng)域中均可適用[3]。

        生物傳感器的具體應(yīng)用:(1)空氣濕度、土壤濕度、光照、二氧化碳濃度等對于農(nóng)作物的生長都起著非常關(guān)鍵的作用。在溫室內(nèi)使用生物傳感器,利用不同傳感器節(jié)點對土質(zhì)pH值、成分、濕度、溫度及二氧化碳濃度、氣壓、空氣濕度、光照強度等進(jìn)行測量,然后在數(shù)據(jù)分析處理的基礎(chǔ)上對溫度環(huán)境、施肥等進(jìn)行自動控制,以此為農(nóng)作物生長營造最優(yōu)氛圍。在溫室環(huán)境監(jiān)測的基礎(chǔ)上,加強信息數(shù)據(jù)分析處理,并將傳感器節(jié)點同無線傳感器結(jié)合,由此將無線傳感器傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行大范圍的管理和分析,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)管控的高效化與科學(xué)化。(2)對于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè),水中的氨氮含量、pH值及溶氧量等都會對魚類生長造成影響,利用生物傳感器可對水質(zhì)進(jìn)行實時監(jiān)測,對溶氧量、pH值、水溫及氨氮含量等水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測預(yù)警,在參數(shù)出現(xiàn)異常時便采取自動防控措施進(jìn)行處理并將事故信息及時傳輸?shù)金B(yǎng)殖戶手中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用,可有效改善種植、養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì),進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。

        2.4 節(jié)水灌溉無線傳感網(wǎng)

        作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要環(huán)節(jié),灌溉所需的用水量通常會占到總用水量的70%以上。因維護(hù)技術(shù)缺陷和人為管理不善等原因,使得當(dāng)前灌溉用水浪費非常嚴(yán)重,其有效利用率僅在35%左右。如果能對土壤墑情信息進(jìn)行監(jiān)測,進(jìn)而調(diào)控灌溉水量及時機(jī),由此便能有效改善用水率。若通過人工定時進(jìn)行墑情檢測,不僅會浪費大量人力物力,還會影響檢測實際效果;而使用有線測控系統(tǒng),一方面需進(jìn)行綜合布線排線,且擴(kuò)展效果低,另一方面容易給農(nóng)田耕種等造成干擾。所以通過研發(fā)設(shè)計出一種以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng),此種系統(tǒng)主要采用能耗低的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點按照ZigBee自組網(wǎng)模式進(jìn)行架構(gòu),能對土壤墑情進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)控。農(nóng)田節(jié)水灌溉控制的自動化過程,不僅能夠提高灌溉用水的利用率,緩解當(dāng)前灌溉用水緊張的難題,還能為農(nóng)作物生長提供適宜的生長環(huán)境。

        3 結(jié)語

        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量將直接關(guān)系著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的整體經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,因此,相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究,總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)使用關(guān)鍵技術(shù)及重要應(yīng)用模式,以逐步改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平。

        參考文獻(xiàn)

        [1]曹靜,凡燕,朱科峰,等.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于江蘇農(nóng)業(yè)的發(fā)展分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報,2010,13(14):74-75.

        [2]朱會霞,王福林,索瑞霞.物聯(lián)網(wǎng)在中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2011,6(10):61-62.

        [3]潘明,鐘鋒.物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備,2011,5(35):57-58.

        (責(zé)任編輯:劉昀)endprint

        摘 要 作為一種先進(jìn)管控技術(shù),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用對于提高農(nóng)作物種植的科學(xué)性及監(jiān)測的有效性具有重要作用。由此,首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù),然后,具體探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,以期為相關(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。

        關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);現(xiàn)代農(nóng)業(yè);應(yīng)用

        中圖分類號:S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1673-890X(2014)21-00-02

        物聯(lián)網(wǎng)是指針對有限管理對象的特定網(wǎng)絡(luò),其以完善管理以控制為主旨,利用網(wǎng)絡(luò)、識別器及傳感技術(shù)等將管理對象相互連接,從而完成情報處理、信息識別與感知、決策執(zhí)行、態(tài)勢診斷等智能化控制與管理過程。將物理網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中,可改善原有的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式,利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以節(jié)省大量人力、物理,并采集有效作物及作為環(huán)境信息,提高種植和監(jiān)測的科學(xué)性。因此,加強有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用探討,對于改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用水平具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

        1 體系及其關(guān)鍵技術(shù)

        1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

        物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由網(wǎng)絡(luò)層、感知層、應(yīng)用層構(gòu)成,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

        1.1.1 網(wǎng)絡(luò)層

        網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)能夠開展基礎(chǔ)服務(wù)的基本條件,其主要用于傳輸感知層獲取的信息,利用廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)等完成信息數(shù)據(jù)的計算與傳遞。

        1.1.2 感知層

        感知層主要利用傳感器、RFID電子標(biāo)簽、傳感器網(wǎng)絡(luò)及讀寫器等,完成對監(jiān)測對象的識別、感知與信息獲取,然后將獲取的信息同網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備實現(xiàn)信息交互與共享[1]。

        1.1.3 應(yīng)用層

        應(yīng)用層是完成輸入輸出的控制終端,其主要用于數(shù)據(jù)處理分析與決策,其可通過PC機(jī)和現(xiàn)代智能手機(jī)等采用智能化應(yīng)用程序完成特定服務(wù)任務(wù),實現(xiàn)人與物、物與物之間的交互。

        1.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

        1.2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

        傳感器網(wǎng)絡(luò)主要采用較多的傳感器節(jié)點按照無線通信模式架構(gòu)成一個多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),進(jìn)而完成數(shù)據(jù)的融合處理、量化采集及應(yīng)用傳輸?shù)冗^程。所以,傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能對網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的各類對象信息及環(huán)境進(jìn)行采集、感知和監(jiān)測,由此實現(xiàn)實時計算分析的服務(wù)。

        1.2.2 傳感器技術(shù)

        傳感器是完成對現(xiàn)實世界感知的重要手段,且是物理網(wǎng)應(yīng)用與服務(wù)的關(guān)鍵,主要用于對物聯(lián)網(wǎng)所需數(shù)據(jù)信息的收集。傳感器通常由轉(zhuǎn)換元件、敏感元件構(gòu)成,根據(jù)位移、電、濕度、熱、聲、力和光等信號對物體信息進(jìn)行感知,進(jìn)而向物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)服務(wù)提供原狀信息。不同類型的傳感器其工作原理也大部相同。在傳感器生產(chǎn)技術(shù)不斷更新的推動下,逐漸涌現(xiàn)出更多高性能的傳感器類型。傳感器的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)傳感器自身的網(wǎng)絡(luò)化與智能化、信息感知2個方面。

        1.2.3 無線自動識別技術(shù)

        無線自動識別系統(tǒng)主要由天線、讀寫器及電子標(biāo)簽構(gòu)成,其一般工作原理為:在天線的射頻場內(nèi)放入電子標(biāo)簽時將會形成感應(yīng)電流,電子標(biāo)簽自身被激活而轉(zhuǎn)化為內(nèi)置電源;電子標(biāo)簽利用內(nèi)置天線把標(biāo)簽內(nèi)的存儲信息向外傳遞;讀寫器將接收到的信息進(jìn)行解碼和解調(diào),然后,將信息傳遞到后臺應(yīng)用系統(tǒng)實施特定處理。此處理過程完全自動化進(jìn)行且能在各類非正常環(huán)境下應(yīng)用。當(dāng)前的無線自動識別技術(shù)已經(jīng)在交通運輸、動物識別、物流管理、農(nóng)畜產(chǎn)品安全生產(chǎn)監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生及產(chǎn)品追蹤中獲得廣泛應(yīng)用[2]。

        2 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

        2.1 農(nóng)業(yè)信息推送

        通常認(rèn)為農(nóng)業(yè)信息推送僅僅指天氣預(yù)報方面,然而當(dāng)代農(nóng)業(yè)的正常發(fā)展則需要依靠其他大量支撐因素,如將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在養(yǎng)殖業(yè)中,相關(guān)監(jiān)控人員便能實施掌握魚塘數(shù)據(jù),并對未來數(shù)據(jù)變化進(jìn)行預(yù)測,通過短信平臺將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)礁黟B(yǎng)殖戶手中,提醒養(yǎng)殖戶及時采取疾病預(yù)警、天氣預(yù)警等防護(hù)措施,以盡量降低惡劣環(huán)境因素導(dǎo)致的損失;還有部分地區(qū)將測土配方及施肥數(shù)據(jù)等實時傳輸?shù)睫r(nóng)民手機(jī)中,為農(nóng)民的施肥及播種等提供技術(shù)支撐。

        2.2 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測

        目前,國內(nèi)食品安全問題多發(fā),其中食品監(jiān)管不善是其重要原因之一,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到食品監(jiān)管中,可為食品質(zhì)量檢測提供有效支持手段。已研發(fā)出的食品安全追溯系統(tǒng)將無線自動識別技術(shù)應(yīng)用到當(dāng)前畜牧業(yè)食品生產(chǎn)的全過程中,包括產(chǎn)品加工、飼養(yǎng)、食品流通和防疫滅菌等。如將無線自動識別芯片注入到生豬身上,對生豬飼養(yǎng)、屠宰、銷售的總體生命過程進(jìn)行跟蹤監(jiān)控,特別是對生豬的飼養(yǎng)生長過程,可實時監(jiān)測體溫及生長環(huán)境等數(shù)據(jù);待生豬屠宰后,對各地區(qū)的豬肉銷售店安置電子溯源秤,消費者在豬肉購買過程中可收取有關(guān)視頻安全溯源碼的憑證條,根據(jù)憑證條上的溯源碼對生豬的屠宰單位、飼養(yǎng)單位、檢疫部門等信息進(jìn)行查詢。

        2.3 生物傳感器

        生物傳感器是一種對生物物質(zhì)反應(yīng)強烈并能將生物濃度轉(zhuǎn)化成電信號實施檢測的儀器。其主要將微生物、酶、核酸、細(xì)胞、抗體、組織及抗原等生物活性物質(zhì)制作的敏感材料當(dāng)做基本識別單元,使用壓電晶體管、氧電極、場效應(yīng)管、光敏管等制作理化換能器,同時,具備轉(zhuǎn)換器與接收器的功能。生物傳感器是將醫(yī)學(xué)、生物、物理、化學(xué)及電子等多種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合使用的高新技術(shù),其本身具有投資小、高靈敏度、可在惡劣環(huán)境下完成在線連續(xù)監(jiān)測、選擇性強、分析效率高等優(yōu)點,且其具備集成化、微型化及智能化等優(yōu)勢,在環(huán)境監(jiān)測、動植物檢測等領(lǐng)域中均可適用[3]。

        生物傳感器的具體應(yīng)用:(1)空氣濕度、土壤濕度、光照、二氧化碳濃度等對于農(nóng)作物的生長都起著非常關(guān)鍵的作用。在溫室內(nèi)使用生物傳感器,利用不同傳感器節(jié)點對土質(zhì)pH值、成分、濕度、溫度及二氧化碳濃度、氣壓、空氣濕度、光照強度等進(jìn)行測量,然后在數(shù)據(jù)分析處理的基礎(chǔ)上對溫度環(huán)境、施肥等進(jìn)行自動控制,以此為農(nóng)作物生長營造最優(yōu)氛圍。在溫室環(huán)境監(jiān)測的基礎(chǔ)上,加強信息數(shù)據(jù)分析處理,并將傳感器節(jié)點同無線傳感器結(jié)合,由此將無線傳感器傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行大范圍的管理和分析,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)管控的高效化與科學(xué)化。(2)對于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè),水中的氨氮含量、pH值及溶氧量等都會對魚類生長造成影響,利用生物傳感器可對水質(zhì)進(jìn)行實時監(jiān)測,對溶氧量、pH值、水溫及氨氮含量等水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測預(yù)警,在參數(shù)出現(xiàn)異常時便采取自動防控措施進(jìn)行處理并將事故信息及時傳輸?shù)金B(yǎng)殖戶手中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用,可有效改善種植、養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì),進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。

        2.4 節(jié)水灌溉無線傳感網(wǎng)

        作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要環(huán)節(jié),灌溉所需的用水量通常會占到總用水量的70%以上。因維護(hù)技術(shù)缺陷和人為管理不善等原因,使得當(dāng)前灌溉用水浪費非常嚴(yán)重,其有效利用率僅在35%左右。如果能對土壤墑情信息進(jìn)行監(jiān)測,進(jìn)而調(diào)控灌溉水量及時機(jī),由此便能有效改善用水率。若通過人工定時進(jìn)行墑情檢測,不僅會浪費大量人力物力,還會影響檢測實際效果;而使用有線測控系統(tǒng),一方面需進(jìn)行綜合布線排線,且擴(kuò)展效果低,另一方面容易給農(nóng)田耕種等造成干擾。所以通過研發(fā)設(shè)計出一種以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng),此種系統(tǒng)主要采用能耗低的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點按照ZigBee自組網(wǎng)模式進(jìn)行架構(gòu),能對土壤墑情進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)控。農(nóng)田節(jié)水灌溉控制的自動化過程,不僅能夠提高灌溉用水的利用率,緩解當(dāng)前灌溉用水緊張的難題,還能為農(nóng)作物生長提供適宜的生長環(huán)境。

        3 結(jié)語

        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量將直接關(guān)系著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的整體經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,因此,相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究,總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)使用關(guān)鍵技術(shù)及重要應(yīng)用模式,以逐步改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平。

        參考文獻(xiàn)

        [1]曹靜,凡燕,朱科峰,等.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于江蘇農(nóng)業(yè)的發(fā)展分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報,2010,13(14):74-75.

        [2]朱會霞,王福林,索瑞霞.物聯(lián)網(wǎng)在中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2011,6(10):61-62.

        [3]潘明,鐘鋒.物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備,2011,5(35):57-58.

        (責(zé)任編輯:劉昀)endprint

        摘 要 作為一種先進(jìn)管控技術(shù),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用對于提高農(nóng)作物種植的科學(xué)性及監(jiān)測的有效性具有重要作用。由此,首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù),然后,具體探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,以期為相關(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。

        關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);現(xiàn)代農(nóng)業(yè);應(yīng)用

        中圖分類號:S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1673-890X(2014)21-00-02

        物聯(lián)網(wǎng)是指針對有限管理對象的特定網(wǎng)絡(luò),其以完善管理以控制為主旨,利用網(wǎng)絡(luò)、識別器及傳感技術(shù)等將管理對象相互連接,從而完成情報處理、信息識別與感知、決策執(zhí)行、態(tài)勢診斷等智能化控制與管理過程。將物理網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中,可改善原有的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式,利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以節(jié)省大量人力、物理,并采集有效作物及作為環(huán)境信息,提高種植和監(jiān)測的科學(xué)性。因此,加強有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用探討,對于改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用水平具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

        1 體系及其關(guān)鍵技術(shù)

        1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

        物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由網(wǎng)絡(luò)層、感知層、應(yīng)用層構(gòu)成,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

        1.1.1 網(wǎng)絡(luò)層

        網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)能夠開展基礎(chǔ)服務(wù)的基本條件,其主要用于傳輸感知層獲取的信息,利用廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)等完成信息數(shù)據(jù)的計算與傳遞。

        1.1.2 感知層

        感知層主要利用傳感器、RFID電子標(biāo)簽、傳感器網(wǎng)絡(luò)及讀寫器等,完成對監(jiān)測對象的識別、感知與信息獲取,然后將獲取的信息同網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備實現(xiàn)信息交互與共享[1]。

        1.1.3 應(yīng)用層

        應(yīng)用層是完成輸入輸出的控制終端,其主要用于數(shù)據(jù)處理分析與決策,其可通過PC機(jī)和現(xiàn)代智能手機(jī)等采用智能化應(yīng)用程序完成特定服務(wù)任務(wù),實現(xiàn)人與物、物與物之間的交互。

        1.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

        1.2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

        傳感器網(wǎng)絡(luò)主要采用較多的傳感器節(jié)點按照無線通信模式架構(gòu)成一個多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),進(jìn)而完成數(shù)據(jù)的融合處理、量化采集及應(yīng)用傳輸?shù)冗^程。所以,傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能對網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的各類對象信息及環(huán)境進(jìn)行采集、感知和監(jiān)測,由此實現(xiàn)實時計算分析的服務(wù)。

        1.2.2 傳感器技術(shù)

        傳感器是完成對現(xiàn)實世界感知的重要手段,且是物理網(wǎng)應(yīng)用與服務(wù)的關(guān)鍵,主要用于對物聯(lián)網(wǎng)所需數(shù)據(jù)信息的收集。傳感器通常由轉(zhuǎn)換元件、敏感元件構(gòu)成,根據(jù)位移、電、濕度、熱、聲、力和光等信號對物體信息進(jìn)行感知,進(jìn)而向物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)服務(wù)提供原狀信息。不同類型的傳感器其工作原理也大部相同。在傳感器生產(chǎn)技術(shù)不斷更新的推動下,逐漸涌現(xiàn)出更多高性能的傳感器類型。傳感器的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)傳感器自身的網(wǎng)絡(luò)化與智能化、信息感知2個方面。

        1.2.3 無線自動識別技術(shù)

        無線自動識別系統(tǒng)主要由天線、讀寫器及電子標(biāo)簽構(gòu)成,其一般工作原理為:在天線的射頻場內(nèi)放入電子標(biāo)簽時將會形成感應(yīng)電流,電子標(biāo)簽自身被激活而轉(zhuǎn)化為內(nèi)置電源;電子標(biāo)簽利用內(nèi)置天線把標(biāo)簽內(nèi)的存儲信息向外傳遞;讀寫器將接收到的信息進(jìn)行解碼和解調(diào),然后,將信息傳遞到后臺應(yīng)用系統(tǒng)實施特定處理。此處理過程完全自動化進(jìn)行且能在各類非正常環(huán)境下應(yīng)用。當(dāng)前的無線自動識別技術(shù)已經(jīng)在交通運輸、動物識別、物流管理、農(nóng)畜產(chǎn)品安全生產(chǎn)監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生及產(chǎn)品追蹤中獲得廣泛應(yīng)用[2]。

        2 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

        2.1 農(nóng)業(yè)信息推送

        通常認(rèn)為農(nóng)業(yè)信息推送僅僅指天氣預(yù)報方面,然而當(dāng)代農(nóng)業(yè)的正常發(fā)展則需要依靠其他大量支撐因素,如將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在養(yǎng)殖業(yè)中,相關(guān)監(jiān)控人員便能實施掌握魚塘數(shù)據(jù),并對未來數(shù)據(jù)變化進(jìn)行預(yù)測,通過短信平臺將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)礁黟B(yǎng)殖戶手中,提醒養(yǎng)殖戶及時采取疾病預(yù)警、天氣預(yù)警等防護(hù)措施,以盡量降低惡劣環(huán)境因素導(dǎo)致的損失;還有部分地區(qū)將測土配方及施肥數(shù)據(jù)等實時傳輸?shù)睫r(nóng)民手機(jī)中,為農(nóng)民的施肥及播種等提供技術(shù)支撐。

        2.2 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測

        目前,國內(nèi)食品安全問題多發(fā),其中食品監(jiān)管不善是其重要原因之一,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到食品監(jiān)管中,可為食品質(zhì)量檢測提供有效支持手段。已研發(fā)出的食品安全追溯系統(tǒng)將無線自動識別技術(shù)應(yīng)用到當(dāng)前畜牧業(yè)食品生產(chǎn)的全過程中,包括產(chǎn)品加工、飼養(yǎng)、食品流通和防疫滅菌等。如將無線自動識別芯片注入到生豬身上,對生豬飼養(yǎng)、屠宰、銷售的總體生命過程進(jìn)行跟蹤監(jiān)控,特別是對生豬的飼養(yǎng)生長過程,可實時監(jiān)測體溫及生長環(huán)境等數(shù)據(jù);待生豬屠宰后,對各地區(qū)的豬肉銷售店安置電子溯源秤,消費者在豬肉購買過程中可收取有關(guān)視頻安全溯源碼的憑證條,根據(jù)憑證條上的溯源碼對生豬的屠宰單位、飼養(yǎng)單位、檢疫部門等信息進(jìn)行查詢。

        2.3 生物傳感器

        生物傳感器是一種對生物物質(zhì)反應(yīng)強烈并能將生物濃度轉(zhuǎn)化成電信號實施檢測的儀器。其主要將微生物、酶、核酸、細(xì)胞、抗體、組織及抗原等生物活性物質(zhì)制作的敏感材料當(dāng)做基本識別單元,使用壓電晶體管、氧電極、場效應(yīng)管、光敏管等制作理化換能器,同時,具備轉(zhuǎn)換器與接收器的功能。生物傳感器是將醫(yī)學(xué)、生物、物理、化學(xué)及電子等多種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合使用的高新技術(shù),其本身具有投資小、高靈敏度、可在惡劣環(huán)境下完成在線連續(xù)監(jiān)測、選擇性強、分析效率高等優(yōu)點,且其具備集成化、微型化及智能化等優(yōu)勢,在環(huán)境監(jiān)測、動植物檢測等領(lǐng)域中均可適用[3]。

        生物傳感器的具體應(yīng)用:(1)空氣濕度、土壤濕度、光照、二氧化碳濃度等對于農(nóng)作物的生長都起著非常關(guān)鍵的作用。在溫室內(nèi)使用生物傳感器,利用不同傳感器節(jié)點對土質(zhì)pH值、成分、濕度、溫度及二氧化碳濃度、氣壓、空氣濕度、光照強度等進(jìn)行測量,然后在數(shù)據(jù)分析處理的基礎(chǔ)上對溫度環(huán)境、施肥等進(jìn)行自動控制,以此為農(nóng)作物生長營造最優(yōu)氛圍。在溫室環(huán)境監(jiān)測的基礎(chǔ)上,加強信息數(shù)據(jù)分析處理,并將傳感器節(jié)點同無線傳感器結(jié)合,由此將無線傳感器傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行大范圍的管理和分析,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)管控的高效化與科學(xué)化。(2)對于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè),水中的氨氮含量、pH值及溶氧量等都會對魚類生長造成影響,利用生物傳感器可對水質(zhì)進(jìn)行實時監(jiān)測,對溶氧量、pH值、水溫及氨氮含量等水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測預(yù)警,在參數(shù)出現(xiàn)異常時便采取自動防控措施進(jìn)行處理并將事故信息及時傳輸?shù)金B(yǎng)殖戶手中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用,可有效改善種植、養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì),進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。

        2.4 節(jié)水灌溉無線傳感網(wǎng)

        作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要環(huán)節(jié),灌溉所需的用水量通常會占到總用水量的70%以上。因維護(hù)技術(shù)缺陷和人為管理不善等原因,使得當(dāng)前灌溉用水浪費非常嚴(yán)重,其有效利用率僅在35%左右。如果能對土壤墑情信息進(jìn)行監(jiān)測,進(jìn)而調(diào)控灌溉水量及時機(jī),由此便能有效改善用水率。若通過人工定時進(jìn)行墑情檢測,不僅會浪費大量人力物力,還會影響檢測實際效果;而使用有線測控系統(tǒng),一方面需進(jìn)行綜合布線排線,且擴(kuò)展效果低,另一方面容易給農(nóng)田耕種等造成干擾。所以通過研發(fā)設(shè)計出一種以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng),此種系統(tǒng)主要采用能耗低的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點按照ZigBee自組網(wǎng)模式進(jìn)行架構(gòu),能對土壤墑情進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)控。農(nóng)田節(jié)水灌溉控制的自動化過程,不僅能夠提高灌溉用水的利用率,緩解當(dāng)前灌溉用水緊張的難題,還能為農(nóng)作物生長提供適宜的生長環(huán)境。

        3 結(jié)語

        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量將直接關(guān)系著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的整體經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,因此,相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究,總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)使用關(guān)鍵技術(shù)及重要應(yīng)用模式,以逐步改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平。

        參考文獻(xiàn)

        [1]曹靜,凡燕,朱科峰,等.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于江蘇農(nóng)業(yè)的發(fā)展分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報,2010,13(14):74-75.

        [2]朱會霞,王福林,索瑞霞.物聯(lián)網(wǎng)在中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2011,6(10):61-62.

        [3]潘明,鐘鋒.物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備,2011,5(35):57-58.

        (責(zé)任編輯:劉昀)endprint

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