于素萍 毛偉偉

（河南省洛陽理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)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(jì)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(gè)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(yùn)用到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中去，運(yùn)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(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫濕度、PH值、光照強(qiáng)度、CO2等傳感器和攝像機(jī)，實(shí)時(shí)檢測環(huán)境中的溫濕度、PH值、光照強(qiáng)度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)和圖像，并通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，保證農(nóng)作物始終處于一個(gè)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(shí)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(yùn)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(jī)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(diǎn)數(shù)量相對較大，在復(fù)雜多變的環(huán)境中適應(yīng)性較強(qiáng)。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(gè)節(jié)點(diǎn)部件傳遞的數(shù)據(jù)較少，所以影響性較小。由于節(jié)點(diǎn)的密集且分布隨機(jī)，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(shí)時(shí)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(fèi)，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(shí)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(shí)現(xiàn)農(nóng)作物種植環(huán)境實(shí)時(shí)、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(shí)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(shí)，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(shí)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(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，感知節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，再向上 層系統(tǒng)傳輸，最終實(shí)現(xiàn)大棚環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測。在大棚內(nèi)隨機(jī)設(shè)置多個(gè)各種類型的傳感器，可以實(shí)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(bào)箱內(nèi)置的高清相機(jī)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(bào)箱內(nèi)置的高清相機(jī)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(yùn)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(yùn)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(diǎn)，幫助企業(yè)規(guī)范作業(yè)流程，防范作弊行為，同時(shí)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)站、POS機(jī)、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(diǎn)續(xù)傳。 采用多線程技術(shù)，可多點(diǎn)同時(shí)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(yùn)行速度快?？蓪Ξa(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)、運(yùn)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(gè)生產(chǎn)基地實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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?cái)z像機(jī)，實(shí)時(shí)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(yàn)與系統(tǒng)控制邏輯作出綜合決策，保證植株始終處在一個(gè)良好、適宜的生長環(huán)境中，切實(shí)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(jì)效益

代替人眼進(jìn)行24小時(shí)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(fèi)用，提高間接經(jīng)濟(jì)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(gè)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(shí)時(shí)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(shí)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(shí)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。