摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是傳感技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)等綜合的產(chǎn)物。把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入溫室大棚，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理，改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)管理經(jīng)營方式，降低成本，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

Abstract： The Internet of Things technology is a comprehensive product of sensor technology， Internet technology， communication technology and so on. The Internet of things technology is introduced into greenhouse to realize remote monitoring and management， change the traditional agricultural management and operation mode， reduce costs and improve agricultural production efficiency.

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);傳感技術(shù);互聯(lián)網(wǎng)技術(shù);通信技術(shù);智能農(nóng)業(yè)

Key words： the Internet of Things technology;sensor technology;internet technology;communication technology;the intelligent agriculture

中圖分類號(hào)：TP391;TN929.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）10-0209-02

0? 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也不斷升華，國家工業(yè)和信息化部在2012年2月14日發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，從此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被提升到了國家戰(zhàn)略性高度。同時(shí)，為智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了機(jī)遇。

中國是世界上的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著重要地位。為了改進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式，提高生產(chǎn)效率，應(yīng)用新技術(shù)滿足農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的需要。所以，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中引入物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、信息化建設(shè)的進(jìn)程尤為重要?；谖锫?lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)通過RFID技術(shù)、M2M技術(shù)、傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與處理技術(shù)等的應(yīng)用，利用公共互聯(lián)網(wǎng)（Internet）和無線網(wǎng)絡(luò)（GPRS、3G等），將農(nóng)業(yè)現(xiàn)場底層的感知設(shè)備如各種傳感器、監(jiān)控設(shè)備、農(nóng)機(jī)設(shè)備等入網(wǎng)關(guān)聯(lián)。感知層檢測的各種信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)阶罡邔蛹聪到y(tǒng)的應(yīng)用層供用戶查看和管理。這樣，用戶通過監(jiān)控可實(shí)時(shí)查詢農(nóng)業(yè)大棚或田間的狀況以及所有的設(shè)備信息，并且可以遠(yuǎn)程遙控相關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備。此外，當(dāng)農(nóng)業(yè)大棚或田間有突發(fā)情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警裝置及時(shí)通知用戶。

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用得到了快速的發(fā)展，并且前景廣闊。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要途徑，更是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

1? 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)即“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、GPS技術(shù)、無線傳感技術(shù)等將信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相連接，按約定的協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行識(shí)別、管理以及信息的交換和傳輸。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一直處于不斷探索、升級(jí)的狀態(tài)，一般將物聯(lián)網(wǎng)分為3個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。

2? 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)正在朝著智能化的方向發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)起了關(guān)鍵作用。通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化農(nóng)作物的生長環(huán)境參數(shù)，提升農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)與質(zhì)量，改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的弊端及粗放的生產(chǎn)方式，高效利用各種農(nóng)業(yè)資源，真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。

2.1 智能農(nóng)業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)包括智能農(nóng)業(yè)感知層、智能農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)層和智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用層三個(gè)層面，其中智能農(nóng)業(yè)感知層是智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的核心層，該層主要包括了農(nóng)業(yè)大棚中安裝的各種各樣的傳感器，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種環(huán)境參數(shù)如光照度、溫度、二氧化碳含量、濕度的檢測與監(jiān)測。感知層所采集的各種參數(shù)實(shí)時(shí)傳送到信息監(jiān)控平臺(tái)，大棚管理人員通過信息監(jiān)控平臺(tái)隨時(shí)查看大棚內(nèi)農(nóng)作物的各種環(huán)境生長信息，根據(jù)當(dāng)前信息和歷史信息對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化、控制和管理。計(jì)算機(jī)通過對(duì)采集到的環(huán)境信息進(jìn)行整合、分析、處理，尋找一種最有效的處理算法，將多傳感器采集到的數(shù)據(jù)最終進(jìn)行融合，從而提高數(shù)據(jù)的傳輸可靠性，有效解決數(shù)據(jù)傳輸中擁堵化及能耗等問題。

通過智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)的、合理的指導(dǎo)整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，可以大大的提高產(chǎn)量和工作效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)種植大棚的自動(dòng)化、智能化的管理。

2.2 智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)整體框架

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)包括采集數(shù)據(jù)層、傳輸數(shù)據(jù)層和控制管理終端三個(gè)部分，它們分別對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。采集數(shù)據(jù)層的功能是采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的各種自然環(huán)境參數(shù)，通過傳輸數(shù)據(jù)層將各種數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娇刂乒芾斫K端?？刂乒芾斫K端對(duì)接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、儲(chǔ)存，并且把最終匯總的數(shù)據(jù)結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)通過各種傳感器自動(dòng)感知農(nóng)作物的各種生長環(huán)境信息，不僅節(jié)約人工成本，而且系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過科學(xué)分析之后更能客觀的反應(yīng)農(nóng)作物的真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境，從而避免了人工感知生長環(huán)境的主觀性以及不確定性。

2.3 智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理

2.3.1 數(shù)據(jù)采集

本系統(tǒng)采用集中式數(shù)據(jù)采集，如圖2所示，數(shù)據(jù)采集的過程為：光強(qiáng)傳感器和CO2濃度傳感器分別檢測大棚內(nèi)光照強(qiáng)度和CO2的濃度，溫度傳感器和濕度傳感器同時(shí)檢測溫室溫濕度和土壤溫濕度。所檢測的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的通過信息采集終端傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、處理之后，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，以備實(shí)時(shí)查看。

2.3.2 數(shù)據(jù)傳輸

智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用，為了高效、準(zhǔn)確、及時(shí)的傳輸所采集的信息，本系統(tǒng)采用基于Zigbee技術(shù)的無線傳輸技術(shù)。Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)方便、容易擴(kuò)展，適合農(nóng)業(yè)大棚這類工作量小、傳輸距離短的場合，所以，將Zigbee技術(shù)嵌入到相關(guān)設(shè)備中，方便實(shí)現(xiàn)定位查找。本系統(tǒng)中用來采集信息的設(shè)備主要是各種能耗較低的傳感器，通過Zigbee技術(shù)將采集的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端。

2.3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)終端上采集到的各種數(shù)據(jù)信息，通過對(duì)各種信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測了解農(nóng)作物的生長狀態(tài)，另外，可以根據(jù)整個(gè)生長期數(shù)據(jù)的監(jiān)測與分析去構(gòu)造農(nóng)作物生長的數(shù)學(xué)模型。

該系統(tǒng)利用SQL Sever數(shù)據(jù)庫對(duì)采集終端采集的光照度、溫度、濕度、CO2濃度四類數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，每一類數(shù)據(jù)都具有一些屬性，比如：數(shù)據(jù)值、采集位置、采集日期、采集次數(shù)等等。通過數(shù)據(jù)庫對(duì)四類數(shù)據(jù)按照屬性進(jìn)行記錄，可以方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢索、編輯和刪除。

2.3.4 數(shù)據(jù)處理

智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)感知層中的各種傳感器檢測到的數(shù)據(jù)可能存在壞值，數(shù)據(jù)處理部分要對(duì)這些壞值進(jìn)行檢測和處理，所采用的方法是數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)，有效的檢測并剔除了壞值。數(shù)據(jù)融合技術(shù)是處理無效數(shù)據(jù)的重要方式，本系統(tǒng)通過將多個(gè)傳感器測量結(jié)果與數(shù)據(jù)融合技術(shù)有機(jī)集合，彌補(bǔ)了單個(gè)傳感器檢測參數(shù)可靠性差的缺陷，提高了智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)感知層的可靠性，增加了測量數(shù)據(jù)的整體有效性。

針對(duì)單個(gè)傳感器檢測數(shù)據(jù)的不確定性和局限性，數(shù)據(jù)處理過程中采用自適應(yīng)加權(quán)融合技術(shù)處理，由此可以得到關(guān)于被測對(duì)象的重復(fù)性描述和解釋，以便檢測數(shù)據(jù)的有效性，從而提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確率。通過對(duì)數(shù)據(jù)一致性的分析，排查數(shù)據(jù)之間是否具有較大的差異，因?yàn)閿?shù)據(jù)之間如果存在較大的差異，那么說明有些數(shù)據(jù)是無效數(shù)據(jù)或者說是壞值，這樣的值應(yīng)該剔除。檢查的方法是，觀察測量值與假定真值之間是否存在較大的差距，如果差距較大超過一定的范圍就認(rèn)定其為無效數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)從中剔除，有效數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)融合算法得到最終大棚環(huán)境的實(shí)時(shí)信息。

3? 結(jié)束語

本系統(tǒng)將Zigbee節(jié)點(diǎn)技術(shù)和Zigbee協(xié)議應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)中，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等對(duì)智能農(nóng)作物的生長過程進(jìn)行檢測和監(jiān)測，采集生產(chǎn)環(huán)境的溫度、濕度、光照度、CO2濃度四類主要的參數(shù)，再通過基于自適應(yīng)加權(quán)平均值的數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析與整合，使用SQL Server數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和查詢各種數(shù)據(jù)信息，為智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)保障。

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