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        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在河南省智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

        2021-08-10 08:36:18于素萍毛偉偉
        農(nóng)村科學(xué)實驗 2021年16期
        關(guān)鍵詞:聯(lián)網(wǎng)傳輸智慧

        于素萍 毛偉偉

        (河南省洛陽理工學(xué)院 計算機與信息工程學(xué)院,河南 洛陽 471000)

        農(nóng)業(yè)信息化是國民經(jīng)濟信息化的基礎(chǔ)和重要組成部分,我國中央政府先后下發(fā)了多個關(guān)于促進(jìn)和加快農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展的重要文件。河南是我國的農(nóng)業(yè)大省,發(fā)展和應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)是大勢所趨,也是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。

        1.智慧農(nóng)業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵

        智慧農(nóng)業(yè)就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中去,運用傳感器和軟件通過移動平臺或者電腦平臺對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行控制,使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)更具有"智慧"。除了精準(zhǔn)感知、控制與決策管理外,從廣泛意義上講,智慧農(nóng)業(yè)還包括農(nóng)業(yè)電子商務(wù)、食品溯源防偽、農(nóng)業(yè)休閑旅游、農(nóng)業(yè)信息服務(wù)等方面的內(nèi)容。

        農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是運用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫濕度、PH值、光照強度、CO2等傳感器和攝像機,實時檢測環(huán)境中的溫濕度、PH值、光照強度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)和圖像,并通過系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,保證農(nóng)作物始終處于一個良好、適宜的生長環(huán)境。

        2.智慧農(nóng)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

        2.1 WiFi技術(shù)

        WiFi技術(shù)就是允許電子設(shè)備連接到局域網(wǎng)的技術(shù)??梢灾С种T多電子產(chǎn)品的無線上網(wǎng),實施無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。WiFi技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用中承擔(dān)了信息感知的任務(wù),在信息感知方面?zhèn)鞲衅魇占沫h(huán)境及其他信息需要WiFi技術(shù)的支持才能夠進(jìn)行,而將收集到的信息相互交換以及傳輸給應(yīng)用分析層面同樣需要WiFi技術(shù)使其高效而安全的進(jìn)行??梢哉fWiFi技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的基礎(chǔ),沒有WiFi技術(shù)的支持,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

        2.2 RFID技術(shù)

        RFID技術(shù)即射頻識別,屬于通信技術(shù)的一種。其主要原理是利用無線電訊號感知監(jiān)測目標(biāo)并進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄。其主要由三大部分組成:應(yīng)答器、閱讀器以及應(yīng)用軟件系統(tǒng)。其在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的運行過程是:閱讀器檢測信號后通過天線將射頻信號以相應(yīng)的頻率散發(fā)出,應(yīng)用軟件系統(tǒng)在接收到該信息頻率信號后進(jìn)行信息處理,設(shè)備內(nèi)部的芯片將儲存的信息傳輸出去,閱讀器再次接收到頻率信號進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理,傳輸給后臺操作系統(tǒng),對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。

        2.3 傳感網(wǎng)技術(shù)

        傳感網(wǎng)技術(shù)就是在需要進(jìn)行信息采集與傳輸?shù)膮^(qū)域?qū)⒓蓚鞲衅?、?shù)據(jù)處理單位部件以及通信部件進(jìn)行隨機分布,相互聯(lián)系形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),即為傳感網(wǎng)。其節(jié)點數(shù)量相對較大,在復(fù)雜多變的環(huán)境中適應(yīng)性較強。雖然其信息傳輸能力相對有限,且信號間存在一定程度的干擾性,但由于單個節(jié)點部件傳遞的數(shù)據(jù)較少,所以影響性較小。由于節(jié)點的密集且分布隨機,使得其需要具備一定程度上的能量儲存功能。傳感網(wǎng)技術(shù)可以說是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心所在,其在物與物之間相互連接,進(jìn)行信息交換與傳輸?shù)姆矫嫫鸬绞种匾淖饔谩?/p>

        3.智慧設(shè)施農(nóng)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

        3.1 現(xiàn)狀及存在的問題

        傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、理念根深蒂固,生產(chǎn)粗放,農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展緩慢,缺乏實時性,環(huán)境感知能力弱,感知精度低;農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)傳感采集、保存、共享的手段方式落后,人力資源浪費,信息相對閉塞;監(jiān)管方式以人的到場監(jiān)管為主,缺乏有效途徑,系統(tǒng)集成度低、整體效能差,大部分生產(chǎn)基地沒有或缺乏圖像、文本信息記錄,無法做到24小時監(jiān)控,無法追蹤問題的本源,監(jiān)管力度不足,到場監(jiān)管為主,缺少一站式解決方案。

        在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)農(nóng)作物種植環(huán)境實時、動態(tài)、多尺度、多維度的信息采集,并以種植專家知識系統(tǒng)為基礎(chǔ),對農(nóng)作物種植中的灌溉、施肥、病蟲害防治等環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動控制。本研究提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)實,現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)監(jiān)管、病蟲害檢測、質(zhì)量安全溯源和中心聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)急功能,系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

        圖1 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)圖

        3.2 物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)監(jiān)管

        在系統(tǒng)中,環(huán)境感知模塊的監(jiān)測對象包括棚內(nèi)的大氣環(huán)境及土壤環(huán)境,主要通過一種自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn),其基于ZigBee協(xié)議,具有傳輸功耗低、傳輸速率低、成本低的優(yōu)勢, 主要包括感知節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點,感知節(jié)點上所感知到的數(shù)據(jù)經(jīng)過多條傳輸途徑匯至協(xié)調(diào)器節(jié)點,再向上 層系統(tǒng)傳輸,最終實現(xiàn)大棚環(huán)境的實時監(jiān)測。在大棚內(nèi)隨機設(shè)置多個各種類型的傳感器,可以實現(xiàn)濕 度、溫度、光照度、氣體濃度、土壤pH值的監(jiān)測,如圖2所示。

        圖2 生產(chǎn)監(jiān)管系統(tǒng)圖

        3.3 病蟲害檢測

        通過單兵或蟲情測報箱內(nèi)置的高清相機拍攝現(xiàn)場圖片,上傳至專家遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng),在后臺分析病蟲害的種類、數(shù)量、性別、蟲齡等信息,并將相應(yīng)的解決方案反饋給生產(chǎn)人員。

        通過蟲情測報箱內(nèi)置的高清相機拍攝現(xiàn)場圖片,上傳至專家遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng),在后臺分析病蟲害的種類、數(shù)量、性別、蟲齡等信息,并將相應(yīng)的解決方案反饋給生產(chǎn)人員。

        3.4 質(zhì)量安全溯源

        農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源是借助物聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)控技術(shù),通過運用條形碼、二維碼、RFID標(biāo)簽及手持終端等設(shè)備,對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、運輸、倉儲、加工及零售等可能影響產(chǎn)品質(zhì)量的所有環(huán)節(jié)進(jìn)行信息化、可視化跟蹤,共享全鏈條關(guān)鍵環(huán)節(jié)信息,追溯問題發(fā)生的節(jié)點,幫助企業(yè)規(guī)范作業(yè)流程,防范作弊行為,同時協(xié)助政府做好監(jiān)管工作。質(zhì)量安全溯源綜合利用網(wǎng)路技術(shù)、短線技術(shù)、條碼識別技術(shù)等,實現(xiàn)網(wǎng)站、POS機、短信和電話號碼于一體的多終端農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯。傳輸系統(tǒng)采用http協(xié)議進(jìn)行傳輸,支持?jǐn)帱c續(xù)傳。 采用多線程技術(shù),可多點同時進(jìn)行。 傳輸數(shù)據(jù)經(jīng)過高度壓縮和加密處理,安全性好。 條碼解析器采用數(shù)據(jù)內(nèi)存預(yù)加載方式,解碼速度快。 系統(tǒng)基礎(chǔ)資料全部采用內(nèi)存預(yù)加載方式處理,系統(tǒng)運行速度快。可對產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)、運輸、倉儲、加工、零售全程追溯,如圖3所示。

        圖3 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)圖

        3.5 中心聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)急

        政府監(jiān)控中心接收各個生產(chǎn)基地實時上傳的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控圖像數(shù)據(jù),政府人員可查看各地、市大棚溫室環(huán)境信息和實時生產(chǎn)情況,便于統(tǒng)一規(guī)劃和指揮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行動,還可為后期的生產(chǎn)性研究、資源合理調(diào)度、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯、大數(shù)據(jù)分析等不斷積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

        3.6 系統(tǒng)應(yīng)用效果

        3.6.1 生態(tài)效益

        系統(tǒng)通過布設(shè)在田間地頭的物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備和智能視頻監(jiān)控攝像機,實時監(jiān)測大棚內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境信息,并根據(jù)環(huán)境變量的變化情況結(jié)合工人經(jīng)驗與系統(tǒng)控制邏輯作出綜合決策,保證植株始終處在一個良好、適宜的生長環(huán)境中,切實提高大棚作物的管理種植水平,使果蔬產(chǎn)量和品質(zhì)得到直接提升,減少施肥施藥頻率,引領(lǐng)當(dāng)?shù)卮笈镛r(nóng)業(yè)走上高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、安全可靠、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展道路。

        3.6.2 經(jīng)濟效益

        代替人眼進(jìn)行24小時不間斷盯防,有效防止闖入、偷盜、惡意破壞、“投毒”等事件的發(fā)生,給不法分子以直接的提醒和威懾,大大節(jié)省農(nóng)業(yè)業(yè)主在大棚看護(hù)上投入的人力和費用,提高間接經(jīng)濟效益。

        3.6.3 社會效益

        縣、市內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地通常分散在縣域內(nèi)各個不同的區(qū)域,傳統(tǒng)的“走訪巡查”方式很難對全局進(jìn)行有效地監(jiān)管,系統(tǒng)可以實時上傳環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控圖像數(shù)據(jù),使政府人員實現(xiàn)對當(dāng)?shù)厮薪尤胂到y(tǒng)內(nèi)的溫室生產(chǎn)情況進(jìn)行實時監(jiān)看和督查,統(tǒng)一各級單位的監(jiān)管、服務(wù)行動,還可為后期生產(chǎn)性研究、資源合理調(diào)度、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯、大數(shù)據(jù)分析等不斷積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

        4.結(jié)語

        總之,隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,在“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”這一先進(jìn)理念的指導(dǎo)下,智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程也在不斷加快,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向著集約化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化發(fā)展的重要途徑。當(dāng)然,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍然存在著一些尚未克服的技術(shù)難題與應(yīng)用難題,但是,相信隨著時代的發(fā)展,這些問題必將迎刃而解,以促進(jìn)河南智慧農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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