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        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能精確農(nóng)業(yè)

        2016-11-22 02:43:22
        甘肅農(nóng)業(yè) 2016年21期
        關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)系統(tǒng)

        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能精確農(nóng)業(yè)

        物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱叫“TheInternetofthings”。顧名思義,物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思:第一,物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng),是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);第二,其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物體與物體之間,進(jìn)行信息交換和通信(M2M:Machine toMachine)。因此,物聯(lián)網(wǎng)的定義是:通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接,進(jìn)行信息交換和通信,以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

        基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精確農(nóng)業(yè) (Precision Agriculture)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的模式已遠(yuǎn)不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要,產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題,資源嚴(yán)重不足且普遍浪費(fèi),環(huán)境污染,產(chǎn)品種類需求多樣化等諸多問(wèn)題使農(nóng)業(yè)的發(fā)展陷入惡性循環(huán),而精確農(nóng)業(yè)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一條光明之路,精確農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比最大的特點(diǎn)是以高新技術(shù)和科學(xué)管理?yè)Q取對(duì)資源的最大節(jié)約。它是由信息技術(shù)支持的根據(jù)空間變異,定位、定時(shí)、定量地實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理的系統(tǒng),其基本涵義是根據(jù)作物生長(zhǎng)的土壤性狀,調(diào)節(jié)對(duì)作物的投入,即一方面查清田塊內(nèi)部的土壤性狀與生產(chǎn)力空間變異,另一方面確定農(nóng)作物的生產(chǎn)目標(biāo),進(jìn)行定位的“系統(tǒng)診斷、優(yōu)化配方、技術(shù)組裝、科學(xué)管理”,調(diào)動(dòng)土壤生產(chǎn)力,以最少的或最節(jié)省的投入達(dá)到同等收入或更高的收入,并改善環(huán)境,高效地利用各類農(nóng)業(yè)資源,取得經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

        在實(shí)現(xiàn)精確農(nóng)業(yè)的道路上,現(xiàn)有的基于有線的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)依然存在著諸多問(wèn)題,隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,基于無(wú)線傳感網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)精確農(nóng)業(yè)系統(tǒng)將精確農(nóng)業(yè)從概念化轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)化,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有較高的傳輸帶寬、抗干擾能力強(qiáng)、安全保密性好,而且功率譜密度低。

        智能精確農(nóng)業(yè)取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然,更是符合我國(guó)國(guó)情的選擇,智能精確農(nóng)業(yè)可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變,可以實(shí)現(xiàn)高效利用各類農(nóng)業(yè)資源和改善環(huán)境這一可持續(xù)發(fā)展目標(biāo),不但可以最大限度提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力,而且是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。

        一、建設(shè)背景

        設(shè)施農(nóng)業(yè)是利用現(xiàn)代工程技術(shù)和工業(yè)化生產(chǎn)方式,為動(dòng)、植物提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境,充分發(fā)揮土壤、氣候和生物潛能,在有限的土地上使用較少的勞動(dòng)力,以獲得較高的產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益的一種現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。其中設(shè)施環(huán)境控制依托現(xiàn)代工程技術(shù)和生物技術(shù),將植物置于人為調(diào)控之下,最大程度地滿足和協(xié)調(diào)植物生長(zhǎng)對(duì)光、熱、水、氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力,實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn),保障農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

        在我國(guó)耕地資源日益減少、水資源嚴(yán)重短缺、人口不斷膨脹、需求快速增加、環(huán)境問(wèn)題日益突出的大背景下,要保障糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,使農(nóng)業(yè)產(chǎn)量及品質(zhì)與農(nóng)業(yè)投入同步匹配增長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)“高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)、安全”的協(xié)調(diào)發(fā)展目標(biāo),必須依靠科技進(jìn)步,大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè),努力提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)裝備水平,進(jìn)而大幅度提高農(nóng)業(yè)單產(chǎn)水平、生產(chǎn)效率和資源利用效率,確保我國(guó)可持續(xù)的農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力。其中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入應(yīng)用將會(huì)成為設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力。

        二、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成及功能

        (一)設(shè)計(jì)原理

        1.易用性原則

        易用性是指系統(tǒng)使用的方便程度。由于本系統(tǒng)的使用者比較多:上到職能主管部門(mén),下到應(yīng)用企業(yè)的工作人員。使用者的行業(yè)知識(shí)水平、對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的了解程度都大不相同。這就要求系統(tǒng)界面需要盡量簡(jiǎn)潔易懂,使系統(tǒng)使用者能夠在短期內(nèi)接受、了解、熟知并應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。

        2.經(jīng)濟(jì)實(shí)用性原則

        系統(tǒng)使用的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性是指系統(tǒng)使用成本經(jīng)濟(jì),并且在使用功能上能夠滿足實(shí)際工作要求。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí),需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理規(guī)劃,確保系統(tǒng)在滿足用戶的業(yè)務(wù)要求的同時(shí),以簡(jiǎn)單、方便、快捷、經(jīng)濟(jì)實(shí)用為目標(biāo),面向具體的工作應(yīng)用需求。在系統(tǒng)使用技術(shù)上,使用成熟、經(jīng)濟(jì)的技術(shù),而不是單純考慮技術(shù)的先進(jìn)性;在系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示深度上,根據(jù)實(shí)際需要確定,而不是越深越好,應(yīng)該注重實(shí)用性。

        3.穩(wěn)定性原則

        系統(tǒng)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)保持正常運(yùn)行的能力。由于系統(tǒng)一旦建立,將嵌入到日常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況,將會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理活動(dòng)造成很大的影響。因此系統(tǒng)配置的各類硬件設(shè)備必須安全、穩(wěn)定、可靠。系統(tǒng)應(yīng)該采用容錯(cuò)性設(shè)計(jì),使得系統(tǒng)局部出現(xiàn)問(wèn)題不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的使用。

        4.安全性原則

        系統(tǒng)安全性是指保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)重要機(jī)密信息不泄露,防御外部惡意攻擊的能力。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮使用多重的安全體系,對(duì)于數(shù)據(jù)的安全和保密應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的處理,提高系統(tǒng)對(duì)于惡意攻擊的防護(hù)能力,并保證與其它應(yīng)用系統(tǒng)或異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽亢鸵恢滦?,確保不會(huì)有非授權(quán)操作和意外的非正常的操作,保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全完整。

        5.可擴(kuò)展升級(jí)原則

        可擴(kuò)展升級(jí)是指系統(tǒng)在使用過(guò)程中、隨著實(shí)際的需要進(jìn)行進(jìn)一步功能擴(kuò)展或升級(jí)的能力。一是隨著系統(tǒng)覆蓋面的擴(kuò)大,參與企業(yè)數(shù)量增加,系統(tǒng)在信息存儲(chǔ)計(jì)算能力上的擴(kuò)展升級(jí);二是隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求的發(fā)展,此工程可能會(huì)承擔(dān)更多的管理功能,因此在系統(tǒng)功能上需要進(jìn)一步擴(kuò)展。數(shù)據(jù)量的增加和服務(wù)功能的擴(kuò)展,都需要硬件和系統(tǒng)軟件的升級(jí)或增加,為了保證用戶的原有系統(tǒng)平臺(tái)在系統(tǒng)升級(jí)過(guò)程中能夠平滑過(guò)渡,就要求系統(tǒng)在最初設(shè)計(jì)時(shí)就考慮系統(tǒng)軟硬件的可擴(kuò)展性。

        6.先進(jìn)性原則

        采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想,選用先進(jìn)的軟硬件設(shè)備,保證項(xiàng)目整體在未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的技術(shù)領(lǐng)先性。

        7.開(kāi)放性原則

        所提供的軟硬件提供開(kāi)放協(xié)議。

        8.差異化原則

        系統(tǒng)硬件選材充分考慮到西北地區(qū)的冬夏溫差大的特點(diǎn)以及大棚內(nèi)濕度高的原因,所選設(shè)備都具有良好的耐高溫高濕以及耐低溫性能。

        (二)物聯(lián)網(wǎng)組成部分

        溫室種植智能監(jiān)控系統(tǒng)由以下子系統(tǒng)組成:

        A.環(huán)境信息采集子系統(tǒng)(氣象、土壤)

        B.環(huán)境信息傳輸子系統(tǒng)

        C.遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

        D.溫室設(shè)施智能控制子系統(tǒng)

        E.中央控制室(設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)控信息平臺(tái))

        F.智慧農(nóng)業(yè)手機(jī)操控軟件

        (三)功能

        A.基地氣象信息監(jiān)測(cè)

        B.基地土壤墑情監(jiān)測(cè)

        C.種植基地土壤養(yǎng)分(氮磷鉀)及有機(jī)質(zhì)的快速監(jiān)測(cè)

        D.水肥一體化控制

        E.農(nóng)業(yè)專家遠(yuǎn)程咨詢

        F.基地生產(chǎn)管理

        G.農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全全流程追溯

        H.手機(jī)查看數(shù)據(jù)、視頻、遠(yuǎn)程調(diào)控農(nóng)業(yè)設(shè)施

        (四)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)圖

        甘肅銀財(cái)供稿

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