石沖貌

（甘肅瑞盛·亞美特高科技農(nóng)業(yè)有限公司，甘肅 蘭州 730300）

中國是一個具備悠久農(nóng)耕歷史的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)一直以來都是一個國家重點發(fā)展問題。為了繼續(xù)加快甘肅省農(nóng)業(yè)信息化科技的發(fā)展，加快傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向信息化智慧農(nóng)業(yè)的深刻轉(zhuǎn)型，進一步加快我國數(shù)字農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的釋放，各級相關部門近年來一直積極地推動信息物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等先進的信息技術(shù)平臺在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化生產(chǎn)經(jīng)營中卓有成效的創(chuàng)新應用。

1 節(jié)水灌溉問題的社會背景

中國灌區(qū)每年安排的各類農(nóng)業(yè)機械化灌溉設備用水總量約需占全國計劃總設備用水量比重的近80%。我國農(nóng)村水資源相對豐富，但與農(nóng)業(yè)機械化灌溉工程用水比例相比仍存在一些差距。這是由于我國的農(nóng)業(yè)水利灌溉設備技術(shù)水平很低，用水率仍遠低于世界先進技術(shù)水平，導致我國大量農(nóng)業(yè)水資源尚未得到充分開發(fā)。農(nóng)業(yè)設施灌溉效率嚴重低下，嚴重制約和影響了我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的全面發(fā)展。因此，節(jié)水施肥和灌溉是在促進我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)全面發(fā)展的過程中不可或缺的重大戰(zhàn)略和基本措施。

目前，我國農(nóng)業(yè)正在加快智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。通過智能監(jiān)控、遠程控制等工具，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化管理、檢測和生產(chǎn)，因地制宜，減少化肥、農(nóng)藥和水資源的使用，節(jié)約人力物力，增加生產(chǎn)收入，實現(xiàn)從機械化到智慧化的農(nóng)業(yè)革命。

2 智慧農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)

2.1 智慧農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀

隨著新一代網(wǎng)絡技術(shù)在我國農(nóng)村的廣泛深入普及，農(nóng)民也在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)境中廣泛應用各種現(xiàn)代科技，影響和改變了傳統(tǒng)的農(nóng)耕環(huán)境，以及傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。智慧農(nóng)業(yè)還必須積極收集整理各類農(nóng)業(yè)方面的現(xiàn)代化生產(chǎn)的技術(shù)知識和工作經(jīng)驗，依靠移動物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)各地不同類型生產(chǎn)經(jīng)營信息系統(tǒng)的高度集成管理和知識共享，以進一步提高現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)作業(yè)效率。

在中國，農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正在迅速發(fā)展。我國的一些地區(qū)和城市正積極地嘗試發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。目前，為了將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促進物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全球一體化，我國已經(jīng)實現(xiàn)了管理信息和農(nóng)產(chǎn)品銷售的現(xiàn)代化管理。

2.2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程的成功實施，主要依靠針對農(nóng)產(chǎn)品的在線動態(tài)監(jiān)測，獲取信息。監(jiān)控農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡基礎設施中分布有很多在線傳感器節(jié)點。通過安裝這些無線傳感器，人們隨時可以獲取到土壤質(zhì)量和土壤氣候信息，農(nóng)民能夠更及時、準確地獲取檢查結(jié)果，并通過相關農(nóng)業(yè)技術(shù)生產(chǎn)參考信息，發(fā)現(xiàn)并及時地解決相關生產(chǎn)問題。物聯(lián)網(wǎng)與集約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的結(jié)合，將使農(nóng)業(yè)逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動化、智能化、遠程控制的生產(chǎn)設備。

通過分析物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)，將物聯(lián)網(wǎng)分為3個層面：遠程監(jiān)控層、網(wǎng)絡層和應用層。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控層可以檢測各種對象和采集農(nóng)場信息，包括各種傳感器和專業(yè)的網(wǎng)絡檢測設備傳感器，例如，碳濃度檢測、溫濕度檢測、監(jiān)控攝像頭、氣象站等。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層負責傳輸和處理收集的任何信息。該體系結(jié)構(gòu)由不同的本地網(wǎng)絡、通信網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)和相關的網(wǎng)絡管理平臺組成，負責將農(nóng)業(yè)用戶與物聯(lián)網(wǎng)連接起來，確保物聯(lián)網(wǎng)的功能得以實現(xiàn)，并確保其真正有助于農(nóng)業(yè)發(fā)展。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的具體應用

3.1 智慧農(nóng)業(yè)中的節(jié)水灌溉工作流程

灌溉設備和監(jiān)測設備在不同地區(qū)的分布情況各異，因此，我們需要一個能夠互動和有效控制的網(wǎng)絡系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)水管理中，控制系統(tǒng)非常重要。應用對象是中央控制室和無線通信設備有限公司，系統(tǒng)從灌區(qū)采集信息和數(shù)據(jù)。然后，系統(tǒng)對收集的數(shù)據(jù)進行處理和分析，并制定相關決策。該系統(tǒng)檢查設備、土地灌溉和指定農(nóng)業(yè)區(qū)的灌溉說明、灌溉管道和相應的控制閥。在農(nóng)田自動灌溉過程中，傳感器實時收集記錄并分析傳輸出有關農(nóng)田水情動態(tài)的各類數(shù)據(jù)圖像和相關信息，并及時將圖像傳輸回控制中央系統(tǒng)。如果控制器發(fā)現(xiàn)田間供水量已達到滿載或超過設計預定量值，中央控制系統(tǒng)即發(fā)出緊急警報，控制閥則自動緊急關閉農(nóng)田最后一根水管?；緟?shù)傳感器與控制系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸通訊方式目前主要是用GPRS網(wǎng)絡，控制測量指令數(shù)據(jù)主要還是通過中心控制室內(nèi)的計算機終端，通過流式以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至中央控制服務器。

利用節(jié)水系統(tǒng)的節(jié)水功能，我們可以快速高效地收集農(nóng)田的溫度、亮度、光密度、作物生長和其他功能，基于節(jié)水系統(tǒng)收集的備份信息，將通過非地面通信收集到的數(shù)據(jù)和信息整合并上傳到地面物聯(lián)網(wǎng)上，服務平臺為節(jié)水區(qū)域提供科學指導，幫助農(nóng)民確定安全用水和用水方法，在水處理過程中自動分配安全用水和必要的水桶，安全的水控制系統(tǒng)能實時監(jiān)測用水情況，并及時調(diào)整供水模式，改善水質(zhì)?？筛鶕?jù)作物需要進行自動智能供水，有效防止傳統(tǒng)供水模式下缺水或水量過大的情況。

此外，農(nóng)業(yè)管理者還可以通過智能手機和農(nóng)業(yè)綜合企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務平臺，通過手機遠程控制農(nóng)田灌溉。同時通過手機屏幕接收關于農(nóng)田土壤、作物生長和當?shù)靥鞖鉅顩r的實時信息。

實用的農(nóng)業(yè)服務平臺是基于互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)水服務平臺，提供不同的服務功能。用戶可以在線瀏覽。在瀏覽時，用戶可以根據(jù)自己的情況自動、半自動或立即儲存水。同時，該平臺還支持對水域條件的多邊論證和分析，用戶可以及時了解和獲取水域條件的數(shù)據(jù)。

3.2 智慧農(nóng)業(yè)中節(jié)水灌溉的物聯(lián)網(wǎng)方案

控制系統(tǒng)包括控制室、安裝在水泵旁邊的無線通信網(wǎng)絡、專有設備、農(nóng)業(yè)通信設備、控制系統(tǒng)和驅(qū)動器?？刂葡到y(tǒng)、信號發(fā)射器和信息反射等傳感器可以實現(xiàn)全自動化。灌溉過程開始進行時，無線通信網(wǎng)絡可將實時灌溉控制信息及時發(fā)送到遠程的監(jiān)控系統(tǒng)室。監(jiān)控系統(tǒng)可打開自動灌溉水控制閥，為農(nóng)業(yè)灌溉供水，并請求相應的報警信息。當灌溉水達到預設值時，控制閥自動關閉。農(nóng)業(yè)環(huán)境的變化由GPRS傳感器網(wǎng)絡檢測并發(fā)送到農(nóng)業(yè)設備?？刂菩盘栞敵龅姆椒ㄊ牵哼h程控制室內(nèi)的計算機利用服務器對采集到的數(shù)據(jù)進行分析計算，并在遠程決策時發(fā)送實時控制信號，控制發(fā)動機。

目前農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡模式一般為Laura+4G網(wǎng)絡，物聯(lián)網(wǎng)服務平臺的網(wǎng)關采用4G網(wǎng)絡技術(shù)。由于Laura Gate的使用受到限制，該Gate無法提供一些農(nóng)業(yè)服務，Laura Gate的用戶數(shù)量與功能數(shù)量的顯著減少有關。因此，有必要更新農(nóng)業(yè)企業(yè)網(wǎng)絡計劃，并采用NB-loT物聯(lián)網(wǎng)計劃。該網(wǎng)絡系統(tǒng)將減少農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設，進一步降低農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺的運營成本，提高農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務的功能性。服務平臺的每個模塊都使農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務更加可靠。此外，還簡化了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，便于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的后續(xù)維護。

3.3 系統(tǒng)功能特點

3.3.1 系統(tǒng)管理

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主要功能是管理內(nèi)部數(shù)據(jù)、確定數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)并對其進行維護。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以維護系統(tǒng)的正常運行，保護用戶賬戶、權(quán)限、文件和信息的完整性。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)還可以規(guī)范特定領域的知識管理。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設和運行過程中，必須科學地管理內(nèi)部數(shù)據(jù)，不僅要確定數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)，還要做好數(shù)據(jù)的維護工作。另外，管理系統(tǒng)的運行和維護系統(tǒng)本身不能丟失，用戶賬戶、權(quán)限、信息等都需要保證安全。值得注意的是，具體領域的知識管理不應被忽視，還應確保其規(guī)范性。

3.3.2 查詢、信息收集和搜索性能

使用不同的方法查找信息，然后利用圖表和其他不同的形式來表達結(jié)果。研究方法主要包括點搜索、空間搜索和組合邏輯形式。在系統(tǒng)功能上，需要保證數(shù)據(jù)的查詢、采集和分析。信息搜索可以是點搜索、空間搜索等多種方法，并利用圖形等形式表達結(jié)果。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集是基于各個位置，長信息和寬度可以準確分類。中央計算機接收到監(jiān)控計算機的數(shù)據(jù)后，可以準確地查找到信息。

3.3.3 數(shù)據(jù)收集的自動識別

數(shù)據(jù)采集終端根據(jù)不同的位置自動進行數(shù)據(jù)采集，通過精確采集經(jīng)緯度數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給計算機，進行行為數(shù)據(jù)監(jiān)測。

3.3.4 數(shù)據(jù)分析職能

在系統(tǒng)的使用過程中，數(shù)據(jù)和信息的收集、處理和分析起著非常重要的作用。在信息收集過程中，可以通過圖形幫助和其他方法顯示在某個點或空間中。在系統(tǒng)中，必須分析在所有位置獲取的數(shù)據(jù)，以確定顯示的準確性。從監(jiān)控計算機收集信息和數(shù)據(jù)后，必須使用中央計算機來正確安排位置。分析不同地段的不同特點，并將結(jié)果以專題圖的形式打印出來。

4 結(jié)束語

智慧農(nóng)業(yè)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應用范圍和重要意義。物聯(lián)網(wǎng)被世界公認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。它是以感知為前提，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理過程中，基于信息采集點感知數(shù)據(jù)，集成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理知識模型，開發(fā)大田生產(chǎn)智能決策系統(tǒng)，實現(xiàn)科學施肥、節(jié)水灌溉、病蟲害預警防治等生產(chǎn)措施的智能化管理。物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)水灌溉是農(nóng)田節(jié)水灌溉的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)新技術(shù)，它不僅能夠根據(jù)相應植物的需水特性、生育階段、氣候、土壤條件等做合理設計，制定相應的灌溉制度，適時、適量，合理灌溉，也可以做到局部灌溉。還可避免土壤鹽堿化，對已經(jīng)出現(xiàn)鹽堿化的土壤，可利用灌溉沖洗土壤中的可溶鹽分，以改良土壤。此外科學灌溉方式還可起到預防果樹蔬菜霜凍和預防干熱風危害，以及防止土壤風蝕等作用。