农业物联网发展（精选12篇）
农业物联网发展 篇1
物联网技术的发展为农业机械化的发展提供了广阔的平台,农业机械化是靠机器代替人力进行劳动生产的过程,实现了生产力的转化,推动农业发展进程,提高了农业科技水平。物联网技术在农业机械化发展中起到了推动作用,使农业机械向节约化、智能化、精准化、智能化、大型化发展。
1 农业物联网技术的发展前景和农业的需求
我国在物联网技术的研究方面,投入了大量的物力财力,在各个行业开展应用互联网的示范工作,其中在农业方面的应用取得了一定的成效,农业物联网通过将感应器置入到机械设备、土地以及灌溉系统等物体中,形成一种“物网”,是将物与互联网进行整合,利用互联网技术进行智能分析,对农业生产进行动态监测、管理、控制,在进行农业生产管理时更加精细,将无线传感器网络应用在对农作物的田间和温室环境的控制以及进行信息及时反馈,用环境信息监测手段对动植物的生长环境进行监测来保障动植物的健康生长,提高生产的产量和质量,同时也可以将农用的传感器应用于制造移动信息装备、农业网络信息服务、农业精细化设备产业、农产品流通产业等,提高农业资源的利用率和农业的生产力水平,提高农业经济水平。
受科技和经济的影响,农业结构已经发生了很大的变化,在我国许多地区都已经实现了基本的机械化生产,我国的农业生产也已经向现代农业迈出了很大一步,而农业的机械化发展需求也越来越大,农业机械的智能化成为了农业装备制造企业提高自身的竞争力的需求,机械设备需要做到既满足农作物的发展需求又要减少物资的投入,推进节约型机械化农业的发展,到达节水、节肥、节药等,降低生产成本保护生态环境,进一步实现农业的可持续发展,机械化生产是为了将农业生产变为节约型农业。在推行节约环保的农业发展模式的理念的不断推广,对于机械化的的精准程度要求也越来越高,为农机产品配备更加精准的农业网络系统已经成了农机的发展潮流。因为我国的土地较为集中、生产规模较大,考虑到复式作业以及节本增效等,我国的农业生产机械化需要向大型化发展,大型的农机设备作业效率较高、质量好、作业成本低、可以进行联合作业来发挥优势,农机向大型化发展已经成了我国农业机械化的发展需要了。
2 物联网在农业机械化的应用
2.1 在农业生产应急机制方面的应用
虽然我国的农业科技水平不断的提高,但是我国的农业生产还是不太稳定,自然灾害的频频发生,造成一定的损失,阻碍了我国的农业经济发展,农业经济水平相对低下。在全面的推广使用机械化设备时将物联网技术有效的结合起来,通过互联网技术进行环境分析,构建自然灾害的预警系统,对灾害进行全面的预防,我国农作物生产每年受自然灾害的影响都很大,尤其是恶劣天气的影响,而物联网技术可以做到对环境的实时监测,在恶劣天气来临之前做到提前预警,让农民有充分的时间进行应对准备,提高农民在应对复杂多变的天气的能力,例如在对水田进行监测时可以掌握水位变化信息,通过水位测定感应器进行预测,及时收集水位信息,掌握水田作为的生长土壤的温湿度、p H值以及光照强度等,根据这些信息判定农作物的生长环境,增加农作物的经济效益,物联网的应用还可以在灾害发生后及时进行农机调配进行灾情的救援,减少农业经济损失。物联网的应用可以提高农作物的产品质量、性能,在农业机械化生产中有着广阔的使用前景。
2.2 物联网技术在农机现代化的4S管理和农机的区域划分中的具体应用
由于每年的农作物生产需求不同,所以在对农机的需要方面也有着不确定性,而且我国农作物生产受自然环境的影响较大,造成农机的需求不稳定性,总会遇到或多或少的情况,针对这一情况,使用物联网技术,首先可以明确农机的实际数量以及农机的具体位置做进一步的追踪,方便农民使用,物联网的使用显著的提高了农机的精准性以及方便性,实现农机利用的效率最大化。农机4S是一种将整台机器、零配件和售后服务以及信息回馈集中在一体的农机现代经营模式,是我国现阶段常用的农机经营模式,在这种模式中利用物联网技术可以对产品运输、农机营销、农机使用与回收等环节进行定位,完善商家对农机库存的管理方式,减少储存成本,实现及时供货及时补货,降低管理错误率,即使是农机在使用时出现问题也能做到及时定位在最短的时间采取补救措施,还可以做到对质量不合格产品的及时召回提升服务水平。
3 结语
物联网技术的发展掀起了第3次世界信息产业的浪潮,物联网技术的发展可以进一步拉动经济的增长,为全球的经济复苏提供了技术支持,在农业生产中利用物联网技术,提高农业的机械化水平,为生产者带来更多的经济效益。
参考文献
[1]赵璐,杨印生.农业物联网技术与农业机械化发展[J].农机化研究,2011(08).
[2]彭程.基于物联网技术的智慧农业发展策略研究[J].西安邮电学院学报,2012(02).
[3]王文德.物联网技术在农业机械化推广中的实践应用[J].现代农业科技,2014(24).
农业物联网发展 篇2
2 设施农业中引入物联网技术的制约性因素分析
在设施农业发展中应用物联网技术，构建农业物联网，其工程实现较为复杂，在我国仍处于探索与试验阶段，农业物联网实现仍存在着一定制约性因素，具体为：①缺乏高水平的农业专用传感器。从国内传感器市场来分析，传感器种类较少，国产化程度低，且适用性与覆盖广度有待进一步提升。农业专用传感器质量整体不高，运行性能无法保障，一些监测数据准确性与可靠性程度低，无法达到互联网应用目标;②投资大。构建农业物联网需要进行基础设施建设，所需要的资金投入较大，且在应用过程中需要做好维护工作。我国农业以分散经营为主，农村经济水平偏低，多无法承担较高的`物联网设备价格;③缺乏相配套的软件产品。在农业物联网建设中，其工作的重心仍为网络接入与设备采购，互联网作用以监测与初步分析为主。缺乏配套软件产品，无法整合与挖掘数据信息，无法面向智能控制与决策提供可靠依据。基于此，需要关注数据分析与应用软件研究。
3 设施农业中引入物联网技术的思路与应用分析
综合农业互联网建设中存在的制约性因素，需要明确物联网技术与设施农业兼容发展的具体思路，具体表现如下。
3.1 依托科技创新、提高设备性价比
加大互联网相关设备研发力度，特别是互联网农业传感器，应提高其整体性能，保障其长期运行的可靠性与稳定性，降低传感器功耗，形成规模效应，降低设备成本。物联网设备研发需要结合设施农业实际，面向不同作物栽培，提供差异化的设备，做好设施农业网络节点布控工作，提高物联网监控效果。如借助高性价比传感器，可以构建温室环境测控系统，可以对环境信息、农作物叶片温湿度等进行监控。
3.2 政府引导与投资多元化、降低兼容成本
考虑到我国农业分散经营的客观实际，推动设施农业物联网建设，需要坚持政府引导。政府可以出台相关优惠与扶持政策，如建立农业信息化补贴机制，将物联网产品纳入补贴范围之中。同时调动社会力量，如科研单位、电信运营商、相关企业等，构成多元化投资格局，切实降低农业物联网构建成本，有序推进设施农业物联网建设，实现农业物联网效益。
3.3 关注应用顶层设计
在设施农业中引入物联网技术，其核心是借助物联网技术服务于设施农业，切实提高设施农业效益与质量。然而当前农业物联网建设普遍局限于数据监测与初级分析上，缺乏深度应用研究。关注应用顶层设计，开发容易操作、具备扩展性的物联网软件，为农业物联网数据分析提供支持。此外，还应关注农业物联网标准制定问题，如针对不同设施蔬菜种植，应构建物联网管理标准，为具体工作的开展提供依据。如开发远程专家系统，通过远程功能可以观察设施农业作物环境数据，获取视频图像信息，专家依据这些现场传来的数据信息，诊断农作物生长状态，分析病虫害问题，并将结果反馈给种植人员，及时采取管控措施，保障设施农业生产质量。
4 结束语
农业物联网发展 篇3
关键词：物联网;技术角度;智慧农业;实施方案
中国是著名的农业大国，地大物博，幅员辽阔。在21世纪的今天，我国通过技术手段可以大大地提高农作物的产量，尤其是物联网技术的出现大大促进了智慧农业的发展，利用物联网技术是发展我国智慧农业的一个重要手段，也是我国农业发展的必经之路。物联网技术是利用现代化的通信技术手段对农业生产进行跟踪和监控管理，改变了传统农业只靠自己经验种植的弊端。物联网技术使准确度和效率都得到了提高，监控完全智能化，能够及时发现农业生产中存在的问题，并准确指出问题发生的位置，分析问题发生的原因。这样可以大大促进我国农业的发展。
一、智慧农业发展的现状分析
与传统农业只靠经验种植的方法相比，智慧农业更倾向于收集和整理农业生产中的宝贵经验，通过物联网技术将这些有效信息进行整合和分析，然后共享。
（一）农业基础设施现代化现状
在农业基础设施建设方面，我国十分重视这一方面，加大了支持力度。随着业设施不断改建，我国的农田灌溉设施更加完善，农业电网设施也更加完备，农村的水利设施也得到了完善，我国的农业基础设施建设已经由量的进步变成了质的发展，可以说基本实现了农业生产的现代化。但区域的发展不平衡，东部农业发展明显高于西部，东部农业占据得天独厚的地理优势和环境优势，因此农业基础设施相对发达。
（二）物联网技术在农业中的应用现状
除了城市，许多村镇都已经引入了互联网，一些发展较快的村镇甚至实现了光纤网络，实现了网络普及。这也为我国的物联网技术在农业中的运用提供了基础从种植到收获到销售整个的流程记录和研究农业产品的信息，同时还通过物联网技术对农业的农田、土壤和水利等进行合理的分析和分配，达到效率的最大化。
（三）物联网技术在农业应用中存在的问题
第一，在我国信息化并未得到真正的普及，受限于现有条件的限制，一些农村的基础设施依然不完善，在物联网技术在普及的过程中受到了一定的限制。第二，农村缺乏专业的物联网技术人才，这就导致我国农业难以得到发展。第三，技术层面由于我国的农村宽带技术还不是很完善，所以缺乏信息技术层面的支撑，这也是造成物联网技术难以在农业生产中全面普及的一个重要问题。
（四）新技术推广应用不足
物联网技术在智慧农业方面的应用还包括对农业新技术的推广应用工作，这项工作尽管备受重视却尚处于初级阶段，因此遇到问题在所难免。比如当地的农业生产现状不同、网络普及程度不同、人才和技术水平不同，这些都造成了新技术的推广受到了限制。还有一些运营商为了获得利益的最大化，在资源分配上设置的十分不合理。这样就会造成访问受限和信息共享不畅通等问题，甚至农民需要对新技术进行购买，这样所造成的后果不仅仅是减少了农民的收入，还会阻碍新技术的推广，在农村中真正普及新技术必然会有很大的阻碍。
二、从物联网技术方面对智慧农业进行的方案设计
（一）物联网技术的指导思想
我们要通过以点带面的方法对物联网技术实施试点应用，然后针对各地的不同情况，进行符合地区特色的规划和实施。我们要以增加农业产品的产量、提高农业产品的质量、不断增加农民的收入为动力，不断构建物联网，收集和推广各项农业生产方面的知识和技术，实现农业生产各项资源的有效整合，把农业生产的产业链进行横向和纵向的延伸发展，同时也有利于促进我国农业的可持续发展，提高我国农业的现代化水平，加快我国农业和国际化接轨的速度。
（二）物联网技术的方案架构
物联网技术的方案架构设置需要秉承节约、不浪费的原则，在现有资源的基础上进行优化和整合，然后通过物联网共享信息资源，在农业生产的过程中不断进行研发。研发工作的开展是为了促进农业生产，实现良性循环，这也正是物联网技术的方案架构所要达到的目的。在智慧农业中，物联网并不是独立的模块，而是通过这种方案架构形成一个复杂的整体网络。其架构主要包括田间管理框架、水文管理框架、种子管理框架、气象管理框架、流转管理框架、虫害管理框架、农药管理框架、农机管理框架、物流管理框架、加工管理框架和电力管理框架等众多的组织框架。这些方案架构总体促进了我国农业生产技术的发展，也促进了农业人才的进步。农业因此而得到了进一步发展，同时物联网得到了进一步普及。在物联网的影响下，农业生产具备安全、可靠的网络运行环境，各项数据和信息都能得到有效的共享。
（三）物联网技术的组织保障
针对物联网技术需要进行认真的规划和设计，因这一技术涉及到的方面众多，因此对其要求很高。物联网设计需要强化顶层设计，不能出现重复建设的浪费现象。在此基础上需要大量的人员和资金投入，为了使这一技术顺利规划和设计，需要通过建立完善的技术组织保障，做好物联网技术设计工作。为了进一步完善组织保障，政府部门要加以大力支持，针对发生的问题及时跟踪和解决，派专人小组认真解决和协调，切实保证物联网技术的规划和设计。
三、结束语
综上所述，为了促进智慧农业的发展，必须要通过开展物联网技术才能得以实现。为了使我国农业摆脱传统农业的模式，发展智慧农业，需高度重视物联网技术，并根据实际情况对物联网技术加以实施。对于我国农业发展而言，物联网技术是农业改革的重要标志，有效提高我国农业生产技术的交流和发展。
参考文献：
[1]谢彦波.基于物联网技术的农业生态旅游发展研究[J].农业经济，2016，05：69-71.
[2]徐洪武.基于农业物联网融合的休闲农庄规划设计研究[D].南京农业大学，2014.
[3]施小飞.基于物联网的农业信息服务体系研究[D].南京邮电大学，2015.
[4]熊大红.基于本体的农业物联网信息智能管理机制研究[D].湖南农业大学，2013.
物联网与智慧农业发展探讨 篇4
1 物联网与智慧农业
1.1 物联网
物联网[1](internet of things)定义的核心和基础仍然是互联网,主要是将物品与物品之间用互联网进行连接,所使用的技术包括智能感知识别技术、普适计算等通信感知技术,简而言之,就是利用互联网等通信技术实现远程管理控制的智能化网络,从而更好地将物与物、人与物进行连接,可以说物联网是互联网的延伸,在兼容了互联网所有的应用后,同时又具有自己的私有化和个性化。农业物联网是将物联网技术与农业相结合,是将其具体应用在农产品生产、经营、管理、服务的整个产业链当中,即将农产品与农产品之间的信息应用现代智能感知技术进行采集测定,然后将收集到的信息数据进行识别处理,再传到操作终端,实现智能化控制[2]。物联网在农业生产中的具体应用就是通过在农业生产中安装各类传感器,如温度传感器、湿度传感器等,通过数据连接,将无线传感网络、电信网、互联网进行集成,实现农业生产信息在各个环节的传输,最后将大量农业生产信息进行整理融合,由操作终端实现对农业生产的过程监控,进而实现现代化农业生产高产、高效、集约的目标。
1.2 智慧农业
智慧农业即在传统农业的基础上应用物联网技术,充分利用传感器和其他平台软件对农业生产生活进行监测和控制,使农业系统不再像传统农业一样封闭,而是具有“智慧”,智慧农业不仅可以进行基本的感知、控制和管理,更是扩展到了电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容,物联网技术可以说是智慧农业的基础[3]。
2 智慧农业物联网架构
2.1 信息感知层
顾名思义,感知层相对于物联网而言,类似于人类的感觉器官,主要是用于识别物体并进行信息采集。信息感知层通过采用先进的传感技术,即利用温度、湿度、光照、风速等各种传感器,得到农业生产过程中的精细化信息,如设施内温度、湿度、光照情况、CO2浓度、土壤湿度、营养液浓度等信息,是对植物生长状况进行判定的基础[4]。
2.2 信息传输层
信息传输层由互联网、云计算平台、移动通信网、无线传感器网络等组成,主要负责传递和处理感知层获取的信息,也是物联网的中枢环节。信息传输层主要作用就是将信息感知层获取的数据以多种通信协议向局域网或广域网发布。其中应用较多的为无线传感网络。无线传感器网络[5]通过无线通信方式自行组网,对网络覆盖区域中的对象的动态信息进行采集,并进一步计算处理。由于其监控效率高,且具有成本低的有点,因而在农业领域的信息采集工作中应用广泛。
2.3 信息应用层
信息应用层通过对数据进行科学处理而制定相应的管理决策,从而实现对农业生产过程的控制。例如利用无线传感器网络获取作物生长环境的温湿度、光照强度等信息,并对各类信息进行分析,依据制定的管理策略,与传动机构进行通讯,控制传动机构,进行自动灌溉、施肥、加温、控光等,同时对异常信息自动报警[6]。
3 智慧农业物联网技术分析
3.1 信息感知技术
物联网技术是智慧农业的基础,而信息感知技术又是物联网技术的基础,信息感知技术是整个智慧农业中最基础的环节。该技术包括射频识别技术、全球定位系统技术、农业传感器技术、遥感技术等。
3.1.1 射频识别技术。
射频识别技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术,该技术与互联网、通讯等技术相结合,可实现全球范围内的物品跟踪与信息共享。射频识别技术在食品行业中主要应用于食品的跟踪和溯源。应用射频识别技术系统可确保食品供应链的高质量数据交流,可确保食品源的清晰,实现产品追踪,从而实现质量监控和追溯[7]。同时,射频识别技术与传感器技术相结合,可以感知食品加工和储藏过程中环境的状态信息,因为环境因素对食品品质影响很大,记录分析这些因素就显得十分重要。利用无线通信技术可以方便地把这些状态信息及其变化传递出来。
3.1.2 全球定位系统技术。
全球定位系统(global positioning system,GPS)是美国从20世纪70年代开始研制,在1994年全面建成,可以在海陆空的三维空间中进行全方位的导航和定位。全球定位系统技术的定位定时功能能够实现对农田具体生产状况的跟踪与描述,同时辅助农业机械将农作物肥料等定点运送并喷洒到准确的位置[8]。
3.1.3 农业传感器技术。
农业传感器技术是农业物联网的核心,主要用于采集各类农业信息,包括空气温度、湿度等环境指标参数,畜禽养殖业中的有害气体含量,种植业中的光、温、水、肥、气等参数,以及水产养殖业中的酸碱度、氨氮、溶解氧、浊度、电导率等参数。
3.1.4 遥感技术。
遥感技术从不同高度的平台上,使用不同的传感器,对地球表层各类地物的电磁波谱信息进行收集,并进行分析处理。遥感技术利用地面目标反射或辐射电磁波的固有特性,通过观察目标的电磁波信息以达到获取目标的几何信息和物理属性的目的。在智慧农业采集地面空间分布的地物光谱反射或辐射信息,实施全面监测,同时根据光谱信息,进行空间的定性与定位分析,从而提供大量的田间时空变化信息[9]。
3.2 信息传输技术
农业信息感知技术在智慧农业中运用最广泛的是无线传感网络。无线传感网络[10]采用无线通信方式,由部署在监测区域内大量的传感器节点组成,负责感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息。蓝牙(bluetooth)[11]是一种短距离无线通信技术规范,能够实现数据和语音通信,蓝牙通信带宽为l Mb/s,一个“蓝牙”主设备最多同时与7个其他的“蓝牙”设备通信,支持点对点和点对多的连接,使用灵活的无基站组网方式。目前主要的应用场景有数码相机图像传输,计算机、手机等的交互会议,耳机、游戏机等的电子娱乐产品等,汽车产品等。Wi-Fi(wireless fidelity)是IEEE定义的无线网络通信的工业标准(IEEE802.11),主要特点是可靠性高、速度快,在开放的环境通信距离达到300 m以上,在相对封闭的环境里通信距离在100 m。组网灵活、成本低、可移动性好,与现有的有线以太网络非常容易整合。但是其明显的缺点是信号强度影响其稳定性,抗干扰性不好,且设备的功耗非常高。目前,Wi-Fi应用在如手机、PAD等的便携式电子产品中,有效解决校园网或办公室无线局域网的无线接入问题[12]。
3.3 信息应用技术
信息处理技术是物联网技术的最后环节,也是智慧农业实现自动控制的基础,应用的技术有云计算、决策支持系统、专家系统、地理信息系统、智能控制技术等技术。
3.3.1 云计算。
云计算指将计算任务分布在资源池上,使应用系统实现根据需要获取存储空间及软件服务。面对智慧农业中的大量数据,云计算可以实现信息存储资源和计算能力的分布式共享,超级强大的信息处理能力同时也为大量信息提供支撑[13]。
我国近年来开展云计算对于农业生产的应用,在农业相关领域的应用都有研究。目前农业云体验平台包括农业信息智能搜索与服务平台和绿云格平台,通过这2个平台能够实现农业市场信息和实用技术的准确获取与分析,为农业主管部门、企业及农户个人提供个性化检索,同时提供全方位的农业生产环境远程管理服务[14,15,16,17,18]。
3.3.2 决策支持系统。
决策支持系统以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策。农业决策支持系统在农业节水灌溉优化、大型养鸡厂管理、小麦栽培、饲料配方优化设计、农机化信息管理、土壤信息系统管理上进行了广泛应用研究[19]。农业决策支持系统可对地方农业生产过程进行分析和模拟,预测不同决策方案的效果与效益,从而优化农业生产决策。目前决策支持系统技术在农业结构优化、产量预测及潜力分析、确定农业投资规模等方面得到广泛应用[20]。
3.3.3 专家系统。
专家系统模拟人类专家解决各种复杂的实际问题,具有与专家水平解决问题的能力。该系统在利用农业专家多年积累的知识与经验的基础上,对需要解决的农业问题进行分析判断,提出决策,使计算机在农业生产中起到人类农业专家的作用[17]。例如专家系统在榨菜病虫害防治中的应用,为农户和科技人员提供了病虫害信息交流平台,为菜农提供了病虫害防治的科学指导,现实意义显著[18]。
3.3.4 地理信息系统。
地理信息系统主要用于建立自然条件、生产条件、土壤数据、作物病虫草害发展趋势、作物产量等的空间信息数据库,为分析差异性和实施调控提供处方决策方案[15]。利用地理信息系统进行土壤适宜性评价就是将土壤质地、类型、氮磷钾含量、有机质含量等土地数据进行整合,并赋予权重,再进行分析运算,生成土壤适宜性评价图,也可建立数学模型,实现土地适宜性的分级[16]。
3.3.5 智能控制技术。
智能控制技术主要用来解决用传统方法无法顺利解决的复杂问题。目前智能控制技术的主要研究方向包括神经网络控制、模糊控制、综合智能控制技术,并在设施园艺、大田种植、畜禽养殖等方面得到初步应用[20]。比如,用神经网络分析甜瓜质量的物理测量指标与人们感官对甜瓜香味、甜度、酸度、组织结构、水分等质量指标的相关关系,来预测甜瓜质量。将实测物理标与人的感官分类联系起来,对食品质量进行预测,在食品工业中有很重要的意义。
4 智慧农业物联网技术应用现状
4.1 传感器在温室中的应用
为了提高农作物的产量和质量,优化作物品种,使作物的生长不受或少受季节的影响,现代化设施农业快速发展,它的主要发展形势是温室大棚,相配套的温室栽培技术也得到了广泛的关注和应用。该种技术主要是利用对温度、湿度、光照、喷灌量、通风等影响因素的测量和控制,实现对作物生长的精准控制。
在此过程中,对各类参数的测定采集尤为重要。主要是采用温度、湿度、光照、CO2、土壤湿度、土壤养分等各类传感器检测农业环境中的各项物理量参数,并根据生产控制策略,实现生产自动控制,保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境[21]。
4.2 传感器在自动化农业机械中的应用
由于农业现代化的快速发展,对农业机械精度的要求也越来越高,对于机械各部分强度的测量也就尤为重要。例如,应用传感器技术测定农机的性能指标及零部件的结构强度;用应变式传感器测定犁体的阻力,为犁体曲面设计提供科学依据;播种机上安装的光电传感器可随时监测机器是否堵塞,保证农作物出苗率;自动灌溉装置中土壤温度、湿度传感器的使用,在保证农作物灌溉用水的同时实现节约用水[22]。
4.3 遥感技术在农业中的应用
遥感技术是一种现代测量技术,它是通过非接触、少破坏的方法对农林业等方面信息进行测定获取,它可以测定农作物品种的分布区域、植物品种的分类、土地肥沃程度、植物生长情况、植物受灾情况等,然后通过遥感所获得的信息来确定最合适的种植和最适度的施肥,这也就在一定程度上控制了农药化肥的不合理使用,防止了环境污染,从而获得更高的效益[23]。
5 智慧农业物联网技术存在的问题
农业物联网是一项创新型现代化信息集成技术,正在不断改变着我国传统农业的面貌,即便如此,农业物联网也遇到了一定的问题[24]。
5.1 物联网设备概念性产品多于实际应用性产品
我国农业物联网设备主要产自高校院所的实验室,很多都是学生们研究出的概念性产品,实际应用推广并不高,且实验室理论研究与农业实际应用差异较大。
5.2 不计成本的示范对农业物联网的推广并没有实际价值
物联网技术虽然说是在农业中要进行普遍推广,但更多的注重试点示范而不看重经济指标,尚无法实现大规模商业化应用,实际价值不大。由于我国农业仍处于弱势地位,物联网在我国农业领域的应用受限,发展初期同时受到资金的限制。
5.3 资金投入回报周期长,不利于物联网推广
农业物联网基础设施建设具有一次性投入大、回报周期长的特点。在农业整体比较效益低、以小农户分散经营为主的情况下,很多物联网设备因价格偏高很难大面积推广。
5.4 传感器的缺乏
目前我国农用传感器种类较少,主要集中在温度和湿度监测方面,对其他农业生产环境因子的监测传感器严重不足,对生物本体的感知传感器则更少。同时,国产传感器性能不稳定,监测数据的准确性不足,且器材寿命较短[25]。
6 结语
智慧农业是我国未来农业发展的主要趋势,是未来农业的发展方向,随着信息技术的进一步发展,物联网技术会得到更大范围的应用。现在,已经可以看到物联网技术为智慧农业带来更多智能化和信息化,而现在要做的就是提升农业物联网的自主创新能力,加快低成本、高可靠性、使用期限长的传感器开发,加强Zig-Bee技术等新型无线传输技术在农业上的应用研究,提升专家系统等智能决策系统的实用性和可靠性,通过单项技术突破与多项技术集成应用并举,加快技术研发应用步伐,使基于物联网的智慧农业可以在农村地区大范围使用,这是我国未来农业的趋势和目标。
摘要：随着网络的普及应用,智慧农业是我国农业的一个发展趋势,其中智慧农业中的关键技术是物联网。主要介绍了物联网及智慧农业的内涵,以及物联网的架构主要包括物联网感知层、物联网网络层和物联网应用层。同时,本文具体介绍了物联网在智慧农业中的发展现状及存在的问题。
基于物联网的智慧农业系统的设计 篇5
题 目: 基于物联网的智慧农业系统的设计 院(系): 计算机与通信学院 专业年级: 11级物联网1班 姓 名:
郭盛功
学 号: 112801012 指导教师: 马维俊
摘要..................................................................................................................................................3 1 绪论.............................................................................................................................................4
1.1 农业物联网技术.............................................................................................................4
1.1.1 农业物联网产生背景.........................................................................................4 1.2 物联网技术在农业种植环境中的应用.........................................................................5
1.2.1 物联网技术实现农业种植环境的智能化管理.................................................5 1.2.2 物联网技术实现农产品质量安全有效监管.....................................................5 基本原理.....................................................................................................................................6
2.1硬件方面............................................................................................................................6
2.1.1芯片SHT10介绍....................................................................................................6 2.1.2 CC2530介绍..........................................................................................................7 2.2 软件方面.........................................................................................................................9
2.2.1 ZigBee技术..........................................................................................................9 2.2.2 ZigBee特点........................................................................................................11 2.2.3 ZigBee协议栈结构..........................................................................................12 2.2.4 无线传感器网络...............................................................................................15 3 农业物联网种植环境监控系统设计.......................................................................................17 3.1 农业物联网种植环境监控系统关键技术...................................................................17 3.2 农业物联网种植环境监控系统建构...........................................................................17 3.3农业种植监控系统构建..................................................................................................18 3.3.1 系统硬件构建...................................................................................................18 3.3.2 系统软件构建...................................................................................................18 3.3．3 编码...................................................................................................................20 四 总结...........................................................................................................................................22 五 参考文献...................................................................................................................................23 六 致谢信.......................................................................................................................................24
基于物联网的智慧农业系统设计
摘要
智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等）和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。
基于Zigbee技术的智慧农业解决方案，成本低廉，是一般人都能负担的价格；控制更简单，让每一位刚接触的人都能轻松使用；功耗更低、组网更方便、网络更健壮，给您带来高科技的全新感受。您的温室大棚规模越大，基于Zigbee技术的智慧农业解决方案在使用中，要准确及时地操控所有设备，最值得关注的应该就是网络信号的稳定性。鉴于温室大棚的网络覆盖区域比较广泛，我们贴心为您呈现物联无线组网！智慧农业能有效连接物联Internet通信网关和超出物联Internet通信网关有效控制区域的其它Zigbee网络设备，实现中继组网，扩大覆盖区域，并传输网关的控制命令到相关网络设备，达到预期传输和控制的效果。基于先进的Zigbee技术，物联无线中继器无需接入网线，就可自行中继组网，扩散网络信号，让您的网络灵活顺畅运行，保障您的所有设备正常运行。主要采集温湿度，从而控制农植物的水分和光照。
关键词：Zigbee，CC2530，智慧农业，云计算，物联网绪论
农业是关系着国计民生的基础产业，我国传统农业在向现代农业发展中面临着确保农产品总量、调整农业产业结构、改善农产品品质和质量，改善生产效益低下、资源严重不足且利用率低、环境污染等问题而不能适应农业持续发展的需要。因此，关于农业物联网技术的研究势在必行。物联网是以感知为目的的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。物联网可以很好地应用到诸多领域，农业即是其中之一。
文章在农业物联网的背景下，设计了农业中最为关键的种植环境智能化检测系统，一方面对其中的关键技术种植检测硬件系统和软件系统进行设计，主要包括农业物联网监管系列传感器，无线传感器网络通过模块采集温湿度光照登信息，经由无线收发模块传输数据，通过后台管理实现对环境信息的远程控制，随时进行调整和处理，实现对环境信息的远程控制。另一方面是设计了农业物联网下种植环境监控平台。文章旨在设计出基于物联网技术的农业种植环境监控系统，能够极大地推进高现代农业的自动化、智能化水平，降低资源占有率，提高农产品的生产效率及产品的质量。
1.1 农业物联网技术
1.1.1 农业物联网产生背景
农业信息技术是我国现代农业科技的重要内容，大力推进“信息化与农业现代化融合”是我国现代农业发展方向。“农业物联网”即利用物联网技术，即通过相应的智能传感器设备实时监控农业种植环境，并将各个相应的数据通过数据采集设备，经过无线网络系统传送到信息控制中心，进而对农业种植环境进行调节，智能控制农作物健康生长所需环境如温度、湿度以及光照、土壤温度、含水量，及时灌溉系统。实现农业种植综合生态信息的自动检测，对环境进行自动监控。1.2 物联网技术在农业种植环境中的应用
1.2.1 物联网技术实现农业种植环境的智能化管理
通过在农业种植系统中安装相应的只能控制系统，实现对整农作物种植环境中各个参数的实时监控，及时掌握农作物生长环境的一些参数，并根据参数变化适时调控来掌控农作物最佳的生长环境，将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，为温室精准调控提供科学依据。
1.2.2 物联网技术实现农产品质量安全有效监管
农业物联网技术能够通过广泛采用电子标识、条形码、传感器网络、物联网中间件和网络平台技术等关键技术，实现产品从生产、储运、交易信息的透明化和实时监控，从而实现农产品从农田到餐桌的全程可管可控，农产品质量安全有效地监管。基本原理
本实验将使用CC2530读取温湿度传感器SHT10的温度和湿度数据，并通过CC2530内部的ADC得到光照传感器的数据。最后将采样到的数据转换然后在LCD上显示。其中对温湿度的读取是利用CC2530的I/O（P1.0和P1.1）模拟一个类IIC的过程。对光照的采集使用内部的AIN0通道。
2.1硬件方面
2.1.1芯片SHT10介绍
SHT10 是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全标定的数字输出。它采用专利的CMOSens 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与 14 位的 A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。SHT10 引脚特性如下：
1.VDD，GND SHT10 的供电电压为 2.4~5.5V。传感器上电后，要等待 11ms 以越过“休眠”状态。在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波。
2.SCK 用于微处理器与 SHT10 之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小 SCK 频率。
3.DATA 三态门用于数据的读取。DATA 在 SCK 时钟下降沿之后改变状态，并仅在 SCK 时钟上升沿有效。数据传输期间，在 SCK 时钟高电平时，DATA 必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动 DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10kΩ）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理器的 I/O 电路中。
向 SHT10 发送命令：
用一组“ 启动传输”时序，来表示数据传输的初始化。它包括：当 SCK 时钟高电平时DATA 翻转为低电平，紧接着 SCK 变为低电平，随后是在 SCK 时钟高电平时 DATA 翻转为高电平。后续命令包含三个地址位（目前只支持“000”，和五个命令位。SHT10 会以下述方）式表示已正确地接收到指令：在第 8 个 SCK 时钟的下降沿之后，将 DATA 拉为低电平（ACK位）。在第 9 个 SCK 时钟的下降沿之后，释放 DATA（恢复高电平）。
测量时序(RH 和 T)：
发布一组测量命令（‘00000101’表示相对湿度 RH，‘00000011’表示温度 T）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约 11/55/210ms，分别对应 8/12/14bit 测量。确切的时间随内部晶振速度，最多有±15%变化。SHTxx 通过下拉 DATA 至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。控制器在再次触发 SCK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。接着传输 2 个字节的测量数据和 1 个字节的 CRC 奇偶校验。需要通过下拉 DATA 为低电平，uC以确认每个字节。所有的数据从 MSB 开始，右值有效（例如：对于 12bit 数据，从第 5 个SCK 时钟起算作 MSB； 而对于 8bit 数据，首字节则无意义）。用 CRC 数据的确认位，表明通讯结束。如果不使用 CRC-8 校验，控制器可以在测量值 LSB 后，通过保持确认位 ack 高电平，来中止通讯。在测量和通讯结束后，SHTxx 自动转入休眠模式。通讯复位时序：
如果与 SHTxx 通讯中断，下列信号时序可以复位串口：当 DATA 保持高电平时，触发SCK 时钟 9 次或更多。在下一次指令前，发送一个“传输启动”时序。这些时序只复位串口，状态寄存器内容仍然保留。2.1.2 CC2530介绍
CC2530 是基于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee 和RF4CE 上的一个片上系统解决方案。其特点是以极低的总材料成本建立较为强大的网络节点。CC2530 芯片结合了RF 收发器，增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其他模块的强大的功能。如今CC2530 主要有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB 的闪存。其具有多种运行模式，使得它能满足超低功耗系统的要求。同时CC2530运行模式之间的转换时间很短，使其进一步降低能源消耗。
CC2530包括了1个高性能的2.4 GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和1个8051控制器，它具有32/64/128 kB可选择的编程闪存和8 kB的RAM，还包括ADC、定时器、睡眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路和21个可编程I/O引脚，这样很容易实现通信模块的小型化。CC2530是一款功耗相当低的单片机，功耗模式3下电流消耗仅0.2μA，在32 k晶体时钟下运行，电流消耗小于1μA。
CC2530芯片使用直接正交上变频发送数据。基带信号的同相分量和正交分量由DAC转换成模拟信号，经过低通滤波，变频到所设定的信道上。当需要发送数据时，先将要发送的数据写入128B的发送缓存中，包头是通过硬件产生的。最后经过低通滤波器和上变频的混频后，将射频信号被调制到2.4GHz，后经天线发送出去。CC2530有两个端口分别为TX/RX，RF端口不需要外部的收发开关，芯片内部已集成了收发开关。
CC2530的存储器ST-M25PE16是4线的SPI通信模式的FLASH，可以整块擦除，最大可以存储2M个字节。工作电压为2.7v到3.6v。
CC2530温度传感器模块反向F型天线采用TI公司公布的2.4GHz倒F型天线设计。天线的最大增益为＋3.3dB，天线面积为25.7×7.5mm。该天线完全能够满足CC2530工作频段的要求（CC2530工作频段为2.400GHz～2.480GHz）。
图1.CC2530芯片引脚
CC2530芯片引脚功能
AVDD1 28 电源（模拟）2-V–3.6-V 模拟电源连接 AVDD2 27 电源（模拟）2-V–3.6-V 模拟电源连接 AVDD3 24 电源（模拟）2-V–3.6-V 模拟电源连接 AVDD4 29 电源（模拟）2-V–3.6-V 模拟电源连接 AVDD5 21 电源（模拟）2-V–3.6-V 模拟电源连接 AVDD6 31 电源（模拟）2-V–3.6-V 模拟电源连接
DCOUPL 40 电源（数字）1.8V 数字电源去耦。不使用外部电路供应。DVDD1 39 电源（数字）2-V–3.6-V 数字电源连接 DVDD2 10 电源（数字）2-V–3.6-V 数字电源连接 GND-接地 接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面。GND 1，2，3，4 未使用的连接到GND P0_0 19 数字I/O 端口0.0 P0_1 18 数字I/O 端口0.1 P0_2 17 数字I/O 端口0.2 P0_3 16 数字I/O 端口0.3 P0_4 15 数字I/O 端口0.4 P0_5 14 数字I/O 端口0.5 P0_6 13 数字I/O 端口0.6 P0_7 12 数字I/O 端口0.7 P1_0 11 数字I/O 端口1.0-20-mA 驱动能力 P1_1 9 数字I/O 端口1.1-20-mA 驱动能力 P1_2 8 数字I/O 端口1.2 P1_3 7 数字I/O 端口1.3 P1_4 6 数字I/O 端口1.4 P1_5 5 数字I/O 端口1.5 P1_6 38 数字I/O 端口1.6 P1_7 37 数字I/O 端口1.7 P2_0 36 数字I/O 端口2.0 P2_1 35 数字I/O 端口2.1 P2_2 34 数字I/O 端口2.2 P2_3 33 数字I/O 模拟端口2.3/32.768 kHz XOSC P2_4 32 数字I/O 模拟端口2.4/32.768 kHz XOSC RBIAS 30 模拟I/O 参考电流的外部精密偏置电阻 RESET_N 20 数字输入 复位，活动到低电平RF_N 26 RF I/O RX 期间负RF 输入信号到LNA RF_P 25 RF I/O RX 期间正RF 输入信号到LNA XOSC_Q1 22 模拟I/O 32-MHz 晶振引脚1或外部时钟输入 XOSC_Q2 23 模拟I/O 32-MHz 晶振引脚2 2.2 软件方面
2.2.1 ZigBee技术
蜜蜂在发现花丛后会通过一种特殊的肢体语言来告知同伴新发现的食物源位置等信息，这种肢体语言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。借此意义Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。在此之前ZigBee也被称为“HomeRF Lite”、“RF-EasyLink”或“fireFly”无线电技术，统称为ZigBee。
简单的说，ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。
ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。
与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个ZigBee“基站”却不到1000元人民币。每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个ZigBee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。
ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其物理层和数据链路层协议为IEEE 802.15.4协议标准，网络层和安全层由ZigBee联盟制定，应用层的开发应用根据用户的应用需要，对其进行开发利用，因此该技术能够为用户提供机动、灵活的组网方式。
根据IEEE 802.15.4协议标准，ZigBee的工作频段分为3个频段，这3个工作频段相距较大，而且在各频段上的信道数据不同，因而，在该项技术标准中，各频段上的调制方式和传输速率不同。它们分别为 868MHz，915MHz和2.4GHz，其中2.4GHz频段上分为16个信道，该频段为全球通用的工业、科学、医学（indus-trial，scientific and medical，ISM）频段，该频段为免付费、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为 250Kb／s；另外两个频段为915／868MHz，其相应的信道个数分别为10个和1个，传输速率分别为40Kb／s和ZOKb／s，868MHz和 915MHz无线电使用直接序列扩频技术和二进制相移键控（BPSK）调制技术。2.4GHz无线电使用DSSS和偏移正交相移键控（O－QPSK）。
在组网性能上，ZigBee可以构造为星形网络或者点对点对等网络，在每一个ZigBee组成的无线网络中，连接地址码分为16b短地址或者64b长地址，可容纳的最大设各个数分别为216和264个，具有较大的网络容量。在无线通信技术上，采用CSMA－CA方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突，此外，为保证传输数据的可靠性，建立了完整的应答通信协议。
ZigBee设备为低功耗设各，其发射输出为 0～3.6dBm，通信距离为30～70m，具有能量检测和链路质量指示能力，根据这些检测结果，设各可以自动调整设各的发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最小地消耗设各能量。
为保证ZigBee设备之间通信数据的安全保密性，ZigBee技术采用了密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理。
2.2.2 ZigBee特点
ZigBee技术则致力于提供一种廉价的固定、便携或者移动设各使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线通信技术。这种无线通信技术具有如下特点：
（1）数据传输速率低
只有10～250Kb／s，专注于低传输速率应用。无线传感器网络不传输语音、视频之类的大数据量的采集数据，仅仅传输一些采集到的温度、湿度之类的简单数据。
（2）功耗低
工作模式情况下，ZigBee技术传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短，其次在非工作模式时，ZigBee节点处于休眠模式，耗电量仅仅只有1μW。设各搜索时延一般为 30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接人时延为15ms。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得ZigBee设各非常省电，ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右。同时，由于电池时间取决于很多因素，例如电池种类、容量和应用场合，ZigBee技术在协议上对电池使用也作了优化。对于典型应用，碱性电池可以使用数年，对于某些工作时间和总时间（工作时间＋休眠时间）之比小于t％的情况，电池的寿命甚至可以超过1年。（3）数据传输可靠
ZigBee的介质链路层（以MAC层）采用CSMA－CA碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下，当有数据传送需求时则立刻传送，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竟争和冲突。同时ZigBee针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。（4）网络容量大
ZigBee的低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件：全功能器件（FFD）和简化功能器件（RFD）。网络协调器（coordinator）是一种全功能器件，而网络节点通常为简化功能器件。如果通过网络协调器组建无线传感器网络，整个网络最多可以支持超过65 000个ZigBee网络节点，再加上各个网络协调器可互相连接，整个ZigBee网络节点的数目将十分可观。
（5）自动动态组网、自主路由
无线传感器网络是动态变化的，无论是节点的能量耗尽，或者节点被敌人俘获，都能使节点退出网络，而且网络的使用者也希望能在需要的时候向已有的网络中加人新的传感器节点。（6）兼容性
ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器自动建立网络，采用CSMA-CA方式进行信道接入。为了可靠传递，还提供全握手协议。
（7）安全性
ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级安全级别，器件可以使用接人控制清单（ACL）来防止非法器仵获取数据。
在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标准（AES）的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法器件。
（8）实现成本低
模块的初始成本估计在6美元左右，很快就能降到1.5～2.5美元，且ZigBee协议免专利费用。无线传感器网络中可以具有成千上万的节点，如果不能严格地控制节点的成本，那么网络的规模必将受到严重的制约，从而将严重地制约无线传感器网络的强大功能。2.2.3 ZigBee协议栈结构
ZigBee技术的协议栈结构很简单，不像诸如蓝牙和其他网络结构，这些网络结构通常分为7层，而ZigBee技术仅分为4层。
在ZigBee技术中，PHY层和 MAC层采用IEEE 802.15.4协议标准，其中，PHY层提供了两种类型的服务：即通过物理层管理实体接口对PHY层数据和PHY层管理提供服务。PHY层数据服务可以通过无线物理信道发送和接收物理层协议数据单元来实现。
PHY层的特征是启动和关闭无线收发器，能量监测，链路质量，信道选择，清除信道评估，以及通过物理介质对数据包进行发送和接收。同样，MAC层也提供了两种类型的服务：通过MAC层管理实体服务接人点向MAC层数据和MAC层管理提供服务。MAC层数据服务可以通过PHY层数据服务发送和接收MAC层协议数据单元。
MAC层的具体特征是：信标管理，信道接入，时隙管理，发送确认帧，发送连接及断开连接请求。除此以外，MAC层为应用合适的安全机制提供一些方法。
ZigBee技术的网络／安全层主要用于ZigBee的WPAN的组网连接、数据管理以及网络安全等；应用层主要为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术进行开发应用。
图2 ZigBee协议栈结构图
1.物理层
物理层由半双工的无线收发器及其接口组成，主要作用是激活和关闭射频收发器；检测信道的能量；显示收到数据包的链路质量；空闲信道评估；选择信道频率；数据的接受和发送。
2.媒体访问控制层
媒体访问控制（MAC）层建立了一条节点和与其相邻的节点之间可靠的数据传输链路，共享传输媒体，提高通信效率。在协调器的MAC层，可以产生网络信标，同步网络信标；支持ZigBee设备的关联和取消关联；支持设备加密；在信道访问方面，采用CSMA/CA信道退避算法，减少了碰撞概率；确保时隙分配（GTS）；支持信标使能和非信标使能两种数据传输模式，为两个对等的MAC实体提供可靠连接。
3.网络层
网络层负责拓扑结构的建立和维护网络连接，主要功能包括设备连接和断开网络时所采用的机制，以及在帧信息传输过程中所采用的安全性机制。此外，还包括设备的路由发现和路由维护和转交。并且，网络层完成对一跳(one—hop)邻居设备的发现和相关结点信息的存储。一个ZigBee协调器创建一个新网络，为新加入的设备分配短地址等。并且，网络层还提供一些必要的函数，确保ZigBee的MAC层正常工作，并且为应用层提供合适的服务接口。
网络层要求能够很好地完成在IEEE 802．15．4标准中MAC子层所定义的功能，同时，又要为应用层提供适当的服务接口。为了与应用层进行更好的通信，网络层中定义了两种服务实体来实现必要的功能。这两个服务实体是数据服务实体(NLDE)和管理服务实体(NLME)。网络层的NLDE通过数据服务实体服务访问点(NLDE—SAP)来提供数据传输服务，NLME通过管理服务实体服务访问点(NLME—SAP)来提供管理服务。NLME可以利用NLDE来激活它的管理工作，它还具有对网络层信息数据库(NIB)进行维护的功能。在这个图中直观地给出了网络层所提供的实体和服务接口等。
NLDE提供的数据服务允许在处于同一应用网络中的两个或多个设备之间传输应用协议数据单元(APDU)。NLDE提供的服务有：产生网络协议数据单元(NPDU)和选择通信路由。选择通信路由，在通信中，NLDE要发送一个NPDU到一个合适的设备，这个设备可能是通信的终点也可能只是通信链路中的一个点。NLME需提供一个管理服务以允许一个应用来与协议栈操作进行交互。NLME需要提供以下服务：①配置一个新的设备(configuring a new device)。具有充分配置所需操作栈的能力。配置选项包括：ZigBee协调器的开始操作，加入一个现有的网络等。
4.应用层
应用层包括三部分：应用支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）和应用框架（AF）。应用支持子层的任务是提取网络层的信息并将信息发送到运行在节点上的不同应用端点。应用支持子层维护了一个绑定表，可以定义、增加或移除组信息；完成64位长地址（IEEE地址）与16位短地址（网络地址）一对一映射；实现传输数据的分割与重组；应用支持子层连接网络层和应用层，是它们之间的接口。这个接口由两个服务实体提供：APS数据实体（APSDE）和APS管理实体（APSME）。APS数据实体为网络中的节点提供数据传输服务，它会拆分和重组大于最大荷载量的数据包。APS管理实体提供安全服务，节点绑定，建立和移除组地址，负责64位IEEE地址与16位网络地址的地址映射[4]。
ZigBee设备对象负责设备的所有管理工作，包括设定该设备在网络中的角色（协调器、路由器或终端设备），发现网络中的设备，确定这些设备能提供的功能，发起或响应绑定请求，完成设备之间建立安全的关联等。用户在开发ZigBee产品时，需要在ZigBee协议栈的AF上附加应用端点，调用ZDO功能以发现网络上的其他设备和服务，管理绑定、安全和其他网络设置。ZDO是一个特殊的应用对象，它驻留在每一个ZigBee节点上，其端点编号固定为0。
AF应用框架是应用层与APS层的接口。它负责发送和接收数据，并为接收到的数据寻找相应的目的端点。2.2.4 无线传感器网络
WSN是wireless sensor network的简称，即无线传感器网络。
无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。
微机电系统（Micro-Electro-Mechanism System，MEMS）、片上系统（SOC，System on Chip）、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN），并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。
很多人都认为，这项技术的重要性可与因特网相媲美：正如因特网使得计算机能够访问各种数字信息而可以不管其保存在什么地方，传感器网络将能扩展人们与现实世界进行远程交互的能力。它甚至被人称为一种全新类型的计算机系统，这就是因为它区别于过去硬件的可到处散布的特点以及集体分析能力。然而从很多方面来说，现在的无线传感器网络就如同远在1970年的因特网，那时因特网仅仅连接了不到200所大学和军事实验室，并且研究者还在试验各种通讯协议和寻址方案。而现在，大多数传感器网络只连接了不到100个节点，更多的节点以及通讯线路会使其变得十分复杂难缠而无法正常工作。另外一个原因是单个传感器节点的价格目前还并不低廉，而且电池寿命在最好的情况下也只能维持几个月。不过这些问题并不是不可逾越的，一些无线传感器网络的产品已经上市，并且具备引人入胜的功能的新产品也会在几年之内出现。
无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。基于MEMS的微传感技术和无线联网技术为无线传感器网络赋予了广阔的应用前景。这些潜在的应用领域可以归纳为:军事、航空、反恐、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。
农业物联网种植环境监控系统设计
3.1 农业物联网种植环境监控系统关键技术
物联网技术应用在农业种植环境监控系统控制中，关键技术为一下两部分：意识感知层的进行无线数据感知与采集，而是通过网络传输层远程智能化控制对采集到的数据通过计算机分析，控制农作物生长所需的空气、温度、水分等，进而实现精准农业。
3.2 农业物联网种植环境监控系统建构
基于物联网技术的农业种植环境监控系统如
图3 基于物联网技术的农业种植环境监控系统框图
基于物联网技术的农业种植监控系统核心包括以下几部分：
感知层：数据感知与采集，实现种植环境中的土壤湿度、空气温度湿度、光照及自动灌溉系统的实时感知的试纸传送到ZigBee协调器节点上；
应用层：该系统负责对采集的数据进行存储、信息处理和控制指令的下达，为用户提供分析 决策依据，用户可随时随地提供电脑灯终端进行查询。3.3农业种植监控系统构建
3.3.1 系统硬件构建
1）无线节点模块：ZigBee是基于IEEE802.11.4协议的一簇展集，主要针对于低成本、低功耗的射频应用一部分是网关协调器及传感节点； 2）传感及控制模块：温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器； 3）电源板：提供无线节点模块和传感控制模块连接，同时为系统供电。农业种植环境监控系统硬件构建如图2所示。
图4 农业种植环境监控系统硬件构建
在以上设计的硬件系统中，以MCU为控制中心，电池模块对系统供电和连接，传感及控制模块对种植环境进行实施检测采集数据，通过ZigBee无线网络进行数据和信息并比对标准生长环境参数，各个硬件模块经由无线收发模块传输数据，实现对环境信息的远程控制。3.3.2 系统软件构建
系统的软件设计工作主要有：传感器节点程序设计如3所示，ZigBee协议栈程序设计如图4所示。
图5 传感器节点程序设计
图6 网络协调器软件流程图
3.3．3 编码
void main(){ int wendu;int shidu;char s[16];UINT8 adc0_value[2];float shuzi = 0;SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL);// 设置系统时钟源为 32MHz 晶体振荡器
GUI_Init();// GUI 初始化
GUI_SetColor(1,0);// 显示色为亮点，背景色为暗点
GUI_PutString5_7(25,6,“OURS-CC2530”);//显示 OURS-CC2530 GUI_PutString5_7(10,22,“Temp:”);GUI_PutString5_7(10,35,“Humi:”);GUI_PutString5_7(10,48,“Light:”);LCM_Refresh();while(1){ th_read(&tem,&hum);//从采集模块读取温度和湿度的数据
sprintf(s,(char*)“%d%d C”,((INT16)((int)tempera / 10)),((INT16)((int)tempera % 10)));//将采集的温度结果转换为字符串格式
GUI_PutString5_7(48,22,(char *)s);//显示采集的温湿度的结果
LCM_Refresh();sprintf(s,(char*)“%d%d %%”,((INT16)((int)humidity / 10)),((INT16)((int)humidity % 10)));//将采集的湿度结果转换为字符串的格式
GUI_PutString5_7(48,35,(char *)s);//显示采集结果 LCM_Refresh();
四 总结
本次为期两周的课程设计中，主要目的是设计一个基于物联网的农业种植环境温湿度数据采集系统。该系统是一个采用CC2530无线单片机进行温湿度的数据采集，并且结合Zigbee协议架构进行编程的设计，主要是基于CC2530的温湿度数据采集系统模块的设计，并在IAR集成环境开发环境中进行基于Zigbee架构的编程，节点模块的调试，最后，实现无线传感网络的构建。在基于Zigbee无线传感器节点模块上，可以实现数据的实时采集，处理以及传输等功能。
本设计可以实现在谷仓内的温湿度检测，工厂厂房内不同区域的温湿度控制以及大面积的温室培养等功能。
本次课程设计的完成，让我结道，在以后的工作中，还可以继续从以下几个方面着手，进行研究和改进：
1、减少节点的能量消耗。在无线传感网络中某个节点失效，不会导致整个网络瘫痪，减少节点的能量消耗是不可避免要面对的问题之一。
2、减少路由发现过程中的开销。这其实也是减少节点的能量消耗的一种措施，尽量减少在路由发现过程中所损失的能量。
3、路由选择。路由优化选择可以尽量避免不必要的路由请求的广播以及信息传输，做到这一点不仅可以提高效率，也可以在减少能量消耗方面做出贡献。
五 参考文献
[1] 孙利民 《无线传感器网络》.清华大学出版社.2005.[2] 张拓.无线多点温度采集系统的设计.武汉：武汉理工大学，2009.[3] 陈旭.基于zigbee的可移动温度采集系统.武汉：武汉科技大学，2009 [3] 雷纯 《基于ZigBee 的多点温度采集系统设计与实现》.自动化技术与应用.2010，29（2）43～47.[5] 王翠茹 《基于ZigBee技术的温度采集传输系统》.仪表技术与传感器.2008.No.7.103～105.[6] 景军锋《基于ZigBee 技术的无线温度采集系统》.微型机与应用.2009.No.23.33～35.[7] 《Zigbee协议栈中文说明》.[8] 《IAR使用指南》.周立功单片机有限公司.[9] 《Zigbee技术实用手册》.西安达泰电子.[10] 《IAR 安装与使用》.成都无线龙通讯科技有限公司.六 致谢信
这次课程设计，给我留下了很深的印象。虽然只是短暂的两周，但在这期间，却让我受益匪浅。
通过这次课程设计，使我物联网应用系统有了全面的认识，对课本的知识又有了深刻的理解，在之前物联网应用系统的学习以及完成课后的作业的过程中，对其有了一些基础的了解和认识。本次经过两周的课程设计，让我对物联网应用系统有了更深的理解，我把课上的理论知识运用到实际中去，让我更近一步地巩固了课堂上所学的理论知识，并能很好地理解与掌握物联网应用系统中的基本概念、基本原理、基本分析方法。
总的来说，通过这次课程设计使我了解了物联网应用系统的设计原理，设计步骤等方面有了了解。提高了分析和实践能力。同时我相信，进一步加强对物联网应用系统的学习与研究对我今后的学习将会起到很大的帮助！
农业物联网发展 篇6
物联网在农业中的应用范围和成效
“物联网”的概念让互联网不仅专为方便人类利用电脑在全球网络上进行交流，它也成为一个平台让设备与它们周围的世界进行电子交流。数据在设备间传送，为实现不同目的被共享和重复使用，形成一个充满信息的世界。
美国华盛顿无党派智库信息技术创新基金会高级分析师丹尼尔·卡斯特罗对记者说，在全球范围内，美国在利用物联网科技促进智能、精准农业上处于领导地位。就覆盖主体而言，美国农业软件公司OnFarm创始人和首席执行官兰斯·多尼表示，美国大农场采用物联网设备的数量相对更多。研究显示，美国大农场对技术的采用率高达80%。而对于小农场而言，由于设备的安装和维护成本高，它们使用物联网设备的数量相对要少。
农业物联网利用数据分析来根据需要自定义操作，以便根据不同土壤输入成分将农业产出最大化，并通过监控所有过程（比如灌溉用水）来减少浪费。温度、空气湿度、光线强度和土壤湿度可以通过不同传感器检测并连接到一个系统，在必要时触发警报，或者自动启动浇水或通风等操作。这套技术可以应用于灌溉、粮仓、捕虫等方面。
比如智能灌溉，可以通过无线传感器网络收集土壤成分数据及其他环境要素来减少水的浪费。这种系统可以分析收集数据、根据需求有选择地给不同地块浇水，可用于各种商业范围，如农场、葡萄园等。
农民也可以利用物联网技术动态和精确地掌握农作物病虫害、畜禽疾病等信息，及时采取应对措施，这样可以节省时间和资金，还可以将农药使用最小化。
很多农业机械装有传感设备，方便农民获取信息和进行决策。比如，播种设备和GPS控制相连可以防止重叠播种的浪费。还有约翰·迪尔拖拉机公司推出的一款干草打包机，可以感受湿度并自动向拖拉机传输信号指挥打包机运动的快慢。
物联网技术还可以用于粮仓的自动化管理。SmartBob是一个可以电子测量并报告粮仓或其他食品储存容器内成分水平的仪器，农民可以使用它远程管理玉米、种子等散装货物库存。CheckItOut可以让农民在线监控粮仓温度，如果温度升至超过可接受的范围，农民将接受到警报提示。
此外，为保证食品安全，物联网数据驱动的解决方案可以让消费者跟踪并监控农产品从农场到餐桌的全过程。可持续农业实践活动不仅帮助满足直接社会需求，同时还保护了土地及其他自然资源，造福下一代人。
成本与标准是攻关重点
多尼说，美国农业部的环境质量激励计划（EQIP）中有部分资金支持保持土壤水分的设备，这些设备中大部分是连接设备。不过，这项计划只有很少一部分资金支持这些设备。“我不了解任何其他的支持物联网技术应用于农业的计划。”谈到物联网在美国农业中的普及率，卡斯特罗说：“成本仍然是个问题。这项技术还需要产生收益来自我维持。”
据多尼介绍，传感器的成本一般在50～1500美元。传感器的准确度和分辨率越高，其成本越高。并且大部分传感器自身无法实现数据交流，需要再花一笔钱购置登记器或发射器，这个成本大多在几百到一千多美元。再者，生产者一般无法自己安装和维护传感器和发射器，这又需要一笔钱。而遥感技术的成本和覆盖范围也成问题。目前大多数设备的连接是通过无线、卫星（900兆赫兹或2.4千赫兹）。使用无线和卫星传播的成本可能很高，因为设备密度要增加，并且很多农场无线覆盖区域有限。此外，900兆赫兹和2.4千赫兹的带宽对一些作物不太适用，因为作物冠层高度限制了发射器和接受器之间的跨距。
与此同时，数据标准化有待加强。如果没有统一标准，物联网技术就失去了价值，这也正是数据的价值。“目前农业数据没有标准，尽管有一些组织正在解决这个问题。”多尼表示，但要确定任何标准，需要行业达成共识，这可能需要几年时间。现在的农业数据非常混乱，形成一个统一的标准需要时间。目前AgGateway和OADA正在研究农业数据标准化问题。AgGateway是一家非盈利性的商业联合组织，致力于推进电子商务在农业领域的发展和推动信息和通信技术在农业的使用。OADA是一个帮助农民全面、安全获取数据的开放式项目。美国农业与生化工程师协会（ASABE）也在支持这项建立农业数据标准的工作。
卡斯特罗说，长期来看，从事农业物联网的公司需要的是可以相互识别的可操作标准，这样不同设备才能在一起工作，否则不同设备传回的信息格式不能兼容。
未来发展：致力于以更少的资源产出更多的作物
谈到农业物联网的未来，多尼说，总体而言，他对物联网技术非常乐观。这不一定是对设备方面的乐观，而是对数据价值非常乐观。物联网技术的真正价值是将数据从每个设备上提取出来并加以分析。如果将数据从一个农场的五个层级（土壤、作物、设备、人和图像）抽取出来并进行分析，就能进行预测和建议，从而达到降低农场内在风险（比如天气波动）、帮助农民增加产量及最大限度提高水、肥料、劳动力和化学试剂利用效率的目的。
多尼介绍，有预测显示未来几年连接设备的增长会加速。预计到2020年，美国平均每个农场将拥有50台连接设备。
另据一些业内人士分析，传感器的功能将随着时间推移越来越强大，将来会在定制化的天气和环境数据上有更多突破。传感器和无线通讯设备的成本正在下降，也会推动很多新的物联网农业应用的出现，比如作物营养管理、通过网络控制的无人机等。
此外，值得关注的是，美国种业巨头孟山都公司2013年10月宣布，斥资约9.3亿美元现金收购保险公司Climate。孟山都希望应用该公司的数据分析来创造“下一个农业时代”。孟山都的这项举动证实了将大数据应用于农业的巨大商业趋势。通过使用多年来建立的天气数据，Climate提供的保险政策覆盖蓝莓、牛油果等美国联邦政府保险项目不覆盖的作物。孟山都首席执行官休·格兰特认为，这样的服务远远超出了保险，让资源得到更好分配的作用，并强调称：“当农民可以用更少的资源产出更多作物时，每个人都会受益。”
刍议农业物联网发展现状与对策 篇7
物联网(Internet of Things,Io T)的概念自1999年由麻省理工学院的Ashton教授提出以来,其与农业领域的应用逐渐紧密结合,形成了农业物联网及其应用。农业物联网是物联网技术在农业生产、经营、管理和服务中的具体应用, 就是运用各类传感器、RFID ,视觉采集终端等感知设备,广泛地采集大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖、农产品物流等领域的现场信息;通过建立数据传输和格式转换方法,充分利用无线传感器网、电信网和互联网等多种现代信息传输通道,实现农业信息多尺度的可靠传输;最后将获取的海量农业信息进行融合、处理,并通过智能化操作终端实现农业的自动化生产、最优化控制、智能化管理、 系统化物流、电子化交易,进而实现农业集约、高产、优质、 高效、生态和安全的目标。
农业环境的复杂性、农事操作的多样性、动植物需求的精准性 ,都需要专 业的 、具有感知 和控制功 能的智能 设备支持,农业物联网在 这方面具有得天 独厚的优势 ,其对推动信息化与 农业现代化融合 、精细农业 应用与实 践等具有至关重要的作用。农业物联网是目前发展现代农业的最有效手段 ,是以信息化的方 式改造传统 农业 ,把农业发展推 进到更高阶段,实现信息时 代的农业现 代化的需 要 ;是农民进 入市场的 需要 ;是推进农 村社会化 服务的需要 ;是农村经济发展的 必然趋势 。 农业物联网 有利于促进农 业结构优化、布局合理 。 农业物联 网通过感知农产品数量、质量、品种的供给与需 求,自动寻求农业 生产与市场流通 的匹配度 ,从而促进农业 生产要素 的合理流 动 ,推动农业 产业结构 的优化升 级 ,实现农业 资源的有效配 置 ,提高农业生产效 率。农业物联 网有利于 提升农业生产工具 的专业化、智能化和大型 农业机械 装备发挥效能。
二、国内外农业物联网发展大趋势
农业是物联网应用最广泛的一个领域。进入21世纪以来,我国和欧美等一些国家相继开展了农业领域的物联网应用示范研究,在农业资源利用、农业生态环境监测、农业生产、农产品安全监管等领域取得了一定的成果,同时推动了相关新兴产业的大发展。
1、农业资源监测和利用
美国和欧洲主要利用资源卫星对土地利用信息进行实时监测,并将其结果发送到各级监测站,进入信息融合与决策系统,实现大区域农业的统筹规划。我国主要将GPS定位技术与传感技术相结合,实现农业资源信息的定位与采集;利用无线传感器网络和移动通信技术,实现农业资源信息的传输;利用GIS技术实现农业资源的规划管理等。
2、农业生态环境监测
美国、法国和日本等一些国家主要综合运用高科技手段构建先进农业生态环境监测网络,通过利用先进的传感器感知技术、信息融合传输技术和互联网技术等建立覆盖全国的农业信息化平台,实现对农业生态环境的自动监测,保证农业生态环境的可持续发展。
3、农业生产的精细管理
美国、澳大利亚、法国、加拿大等一些国家在大田粮食作物种植精准作业、设施农业环境监测和灌溉施肥控制、 果园生产不同尺度的信息采集和灌溉控制、畜禽水产精细化养殖监测网络和精细养殖等方面应用广泛。我国在设施农业环境数据采集、发布,以及根据此进行的生产调控等设施农业生产方面 ;在果园监测、水肥控制、节水灌溉自动化等果园精准管理方面;在养殖环境监控、健康养殖等畜禽水产养殖等方面研发了一批管理系统,且应用成效显著。
4、农产品安全溯源
国外发达国家物联网在动物个体编号识别、农产品包装标志及农产品物流配送等方面应用广泛。我国开展了以提高农产品和食品安全为目标的溯源技术研究和系统建设,研发了农产品流通体系监管技术。
三、我国农业物联网发展存在的问题
1、农业物联网缺少统一的应用标准体系
物联网是在经济全球化与生产国际化的大背景下产生的,因此,物联网的建设和运行必然涉及到国内外共同遵守的行业协议与标准。目前,我国在农业物联网标准制定方面取得了一些进展,但是较为分散,缺乏统一的国家标准。农业物联网的建设离不开大量传感器监测获取和传输的数据,由于农业应用对象复杂、获取信息广泛,缺少统一标准的传感器所采集的数据无法进行统一应用,已成为影响农业物联网发展的首要问题和制约物联网在现代农业领域发展的重要因素。
2、农业物联网关键设备与核心理论缺乏
我国现在处于物联网技术发展的起步阶段 ,需要多方探索和研究,总体来看,我国农业物联网在关键设备和核心理论的研发上还处于初级阶段,尚未形成一套符合国情的、合理的、具有针对性和开放性的物联网技术与理论体系,缺少成熟应用的农业物联网关键设备。农业信息传感的关键设备 研发方面 ,缺少精准、灵敏的小型化 、集成化和多功能化的国产优质农业传感设备。在核心理论研究方面,农业物联网已经开展了人机物一体化理论研究,但仍缺乏统一的理论构架和突破性进展,不能很好地指导农业物联网的应用推广,需要在应用体系智能化、标准体系统一化、技术体系完备化等方面进一步开展理论研究工作。
3、基层农户与农技人员认知不足,缺少专业物联网技术人才
农业物联网是一 项全新技 术 ,组建 、运用 、管理和维 护农业物联网系统需要大量的专门人才。但是,农业物联网技术在农业领域中的应用刚刚起步,广大基层农户、农技人员对于农业物联网技术概念模糊,缺少在现代农业发展中运用物联网技术的认识。同时,在基层专业从事农业信息化的技术人才匾乏,而了解新兴农业物联网技术的人才尤为紧缺,不利于农业物联网技术的推广和深度应用。
4、我国农业物联网发展缺少成熟商业应用模式
农业作为我国传统生产项目,关系到民生、民情,具有规模性,将物联网技术应用到农业当中,将有效改善传统农业中出现的问题。当前我国农业物联网项目绝大多数为政府示范项目,在实际应用中由政府补贴或免费为农户进行物联网设备安装、运行维护,具有较好的应用示范效果。 但是,我国农业物联网从示范推广走向全面应用,需要探索出一条具有中国特色的农业物联网商业模式,一方面向农民普及农业物联网知识,使得农民能够用得好农业物联网;一方面在应用示范中降低农业物联网的建设成本、维护成本,让广大的农民用得起农业物联网。
四、加快我国农业物联网发展的对策建议
1、高度重视和组织有关农业物联网相关标准的研究与制定
任何事物的发展都要经历一个从无序到有序的过程, 农业物联网发展到一定阶段时,标准的缺失将会成为制约其发展的关键因素。因此,我国政府应高度重视农业物联网标准的制修订工作,开展农业物联网标准体系研究,制定科学合理的农业物联网标准体系框架,有计划、有步骤地加速完善我国农业物联网标准建设,先机占领标准制高点,避免可能出现的核心标准受制于国外的状况,积极引进、参与国际农业物联网标准引进与制订,以保证农业物联网发展的国家利益。
2、有统筹地开展农业物联网核心理论与共性技术研究
任何技术的发展都会受到相应的理论限制或推动,理论是技术进步的前提与核心动力。理论的进步能够有效指导技术发展的方向,发现技术攻关的重点,有利于集中优势力量进行突破。因此,学术界应高度重视农业物联网发展过程中的核心理论研究工作,避免盲目地、未加思考地上马各种新技术。在共性技术方面,国家应本着统筹安排, 重点突破的方针,集中力量预见未来可能会构成瓶颈的共性技术并实施措施,引导科研人员重点突破,避免由于不合理的科研布局造成的资源浪费,保证我国农业物联网发展直线前进。
3、加快农业物联网人才培养,提高我国农业科技创新能力
为加快我国农业 物联网技 术在基层 的应用和 推广 , 必须重视农业物联网的人才培养与培训,加强基层对农业物联网知识的宣传和学习。为支撑农业物联网技术研究与应用的可持续发展,需要联合科研院所与高校,加快培养农业物联网专业技术人才提升我国技术水平;联合基层农业技术推广站,加强对农业科技人员的培训,提高农业物联网技术的应用能力;推进基层农业物联网推广激励机制的建立,稳定和扩大基层技术推广人员队伍,满足农业物联网发展人才需求,推进我国农业物联网建设步伐。
4、探索成熟的商业应用模式,实现农业物联网全面发展
近年来农业物联网产业发展迅猛,初步具备了技术、产业和应用基础,呈现出良好的发展态势。目前我国农业物联网产业主要由运营商主导,商业模式并不成熟,正面临从单一中心向多中心发展,由单一主体创造价值为主向多样化主体共同创造价值转变的趋势,有待进一步创新和完善。
5、提供相应的社会环境,完善相应的资本支持
农村信贷方式单一、农民信息不畅、缺少创业资本等因素使得农村经济不能快速发展。各级政府应当积极引导通信、交通、具有农业科研实力的院校等相关科研单位与农民互利互惠;还应制订与之相适应的税收、财政政策实行惠农;应积极投资入股,通过设立政府担保基金、财政参股等方式成立中小企业贷款担保机构,在一定的基础上共享利益,缓解农民创业资金问题,有效融资,促进农村经济发展。
五、结束语
随着农业物联网技术和应用的飞速发展,农业物联网的复杂度不断提升,应当鼓励科研院所、高等院校、电信运营商、信息技术企业等社会力量联合参与农业物联网技术研发、项目建设、转化推广与应用,创建政府主导、政企联动、市场运作、合作共赢的成熟农业物联网应用发展模式, 完善农业物联网应用产业技术链,实现农业物联网的全面发展。
摘要：农业物联网对推动信息化与农业现代化融合、精细农业应用与实践等具有至关重要的作用。我国农业物联网现阶段的发展主要面临着缺少应用标准、缺少关键设备与技术、缺少专业物联网技术人才、缺少成熟商业应用模式等问题,可采取重视和组织农业物联网相关标准研究与制定、开展农业物联网核心理论与共性技术研究、加快农业物联网人才培养、探索商业应用模式、完善资本支持等对策来加快我国农业物联网发展。
南通农业物联网发展现状及其对策 篇8
1 南通市农业物联网发展现状
2001年, 江苏沿江地区农业科学研究所在南通市科技计划项目的资助下, 开展了“南通市农业信息化发展现状与对策研究”;2002年起, 又先后开展了“南通市优质双低油菜智能生产管理系统的研究与应用”、“基于SQL和Internet南通市农业科技信息数据库设计”、“精细农业技术在水稻生产中的应用”。2009年, 南通市农业局与如东众兴牧业研发的第一个物联网应用产品, 鸡舍远程环境控制系统, 在全省农业信息化展上展出, 得到了时任省副长黄莉新的高度赞扬, 2010年该产品在北京参加了《2010现代农业与信息化展》, 受到了高度好评。现在, 南通农业物联网应用已经全面展开, 应用领域和应用企业不断增加, 新的物联网应用成果不断涌现。
1.1 南通市农业物联网发展概况
目前, 南通市物联网主要在五个领域开展应用。
1.1.1 大田环境监测与作物生长诊断
截止2014年, 南通大田作物物联网覆盖面积达5000余亩, 主要实现大田作物的智能灌溉, 部分示范基地已能实现大气温、湿度、CO2浓度、土壤温湿度的监控, 并根据作物不同生育时期生长指标进行监控, 诊断作物生长状况, 进行作物精细管理与调控。
1.1.2 大田作物智能决策管理系统
早在世纪之交, 江苏沿江地区农业科学研究所就对水稻、小麦、油菜等大田作物的智能决策管理系统进行了二次研发。如, 在南京农业大学农业信息工程技术中心“水稻管理智能决第支持系统”的基础上, 根据南通的特点进行二次研发并投入实用, 取得了良好的效果。该系统既可以进行有关品种选择、播期确定、秧田播种量计算、本田基本苗运算和肥料运筹等单项方案设计;又可以根据当地情况, 为用户生成一套播前方案及相应的阶段生长发育指标等综合方案设计;还可以进行有关种子、肥料、水分管理和相应栽培方式下的育秧技术、移栽技术等知识咨询。2002年, 该系统在江苏省通州市四安等乡镇应用后, 一般可增产稻谷700.00kg/hm2, 综合成本平均降低200.00元/hm2以上, 增加效益255.00元/hm2以上。
1.1.3 设施园艺温室自动控制
截止2014年, 南通设施园艺物联网大棚面积达8000余亩, 主要实现大棚内的气候环境如温度、湿度、光照的控制, 并实现智能灌溉、控温与遮阳, 以达到栽培果蔬与花卉生长发育的需要。
1.1.4 畜禽水产养殖环境监控与智能喂养
截止2015年南通市共建有畜禽养殖物联网技术应用点132个, 水产养殖物联网技术应用点21个, 畜禽物联网主要实现了畜禽舍的温度、湿度、通风等智能化调控, 自动喂料, 自动捡蛋, 自动除粪等, 有的能通过电脑或手机远程控制。水产养殖物联网主要实现水质监控, 用户可以利用手机、电脑查看和设定参数, 系统可以根据参数自动增氧、换水等工作。
1.1.5 温室大棚智能监控与农产品安全溯源
截止至2015年南通市共建有55个温室大棚物联网应用点, 占地面积13000余亩, 可实现地面光谱、土壤参数值的测定, 并达到温控、智能灌溉、遮阳等智能控制效果。部分示范园区已建立农产品安全溯源系统, 通过对农产品土地、育苗、田间、配送等一系列信息进行监测、记录, 汇总构成一个农产品溯源数据库, 再通过网页查询、二维码扫描等方式对农产品生长、传输过程进行查询, 确保农产品的质量安全。
1.2 南通市农业物联网运用典型案例
1.2.1 大田作物
南通大田作物物联网应用的典型是国家信息农业工程技术中心如皋试验示范基地, 该基地位于白蒲镇朱家桥村, 占地100余亩, 包括科研试验区、技术展示区、大田生产区以及办公区等多个功能区。
基地建有基于Web GIS的农作物智能管理平台以及基于物联网技术的农情信息监测中心。基于Web GIS的农作物智能管理平台通过耕地质量调查建立应用区域土壤空间数据库和土壤理化性状属性数据库, 应用栽培管理技术研究成果建立专家决策规则库和技术决策支持库, 为智能决策管理提供基础支持。基于物联网技术的农情信息监测中心运用物联网技术, 建有小型自动气象站、视频监控、土壤监测、大气监测和光谱监测以及智能传感系统, 可实时监测、获取农田大气温度、农田大气湿度、农田大气二氧化碳浓度、土壤温度、土壤湿度、叶层氮含量、叶层氮积累量、叶面积指数、生物量、反射率Y810、反射率Y720、差值植被指数DVI、归一化植被指数NDVI等技术参数, 基于作物不同生育时期生长指标及实时诊断模型, 快速准确地监测作物生长指标, 实时诊断作物生长状况, 指导作物中后期的精确管理与调控。
国家信息农业工程技术中心如皋试验示范基地不仅注重科研研究, 更注重技术的集成与推广。至2014年基地在如皋建立核心试验示范区的基础上, 分别在苏州市、南通市和徐州市建立了辐射示范区, 并取得了显著的增产效果。据统计, 应用该技术精确指导的地块, 其增产幅度达10%以上, 示范推广区增产幅度达5~10%, 增产效果显著。
1.2.2 设施园艺
南通设施园艺物联网应用的典型是南通市如东县绿源高效设施果蔬园艺基地, 基地建有10000平方米智能温室, 主要分为果蔬育苗中心、花卉展示区和无土栽培示范区。智能温室实施了标准化智能监控管理系统, 该系统根据花卉栽培全过程各个环节的具体要求, 在智能温室部署全自动水肥灌溉子系统、全自动环境监控子系统、智能报警远程控制子系统, 系统结构如图1所示, 该系统妥善地解决了花卉种植的各类问题。
系统可以实现Web访问和手机访问, 可以通过网页或手机实时监测6个温室的环境参数, 并随时随地查看作物生长情况, 对风机、湿帘、内遮阳、外遮阳等设备进行实时控制, 同时还可以观看到温室内的实时视频。只要任何有网络的地方就能实现该系统的远程智能化监控, 做到了“随时、随地”, 并对来访人员设置了相应的权限, 只有管理员才能对执行设备进行控制。
基地通过该系统实现了果蔬生产的智能化, 并取得了显著成效。首先, 项目实施后比项目实施前人工下降35%, 有效地降低了成本;其次, 项目实施后, 减少果蔬环境应急反应达95%以上, 减少意外环境变化对智能温室造成损失的可能;再次, 系统采用水肥精确定量自动灌溉, 有效地防止水分和肥料的浪费;最后, 系统的分析决策功能提供了详细有效的环境监测参数, 为智能温室的科学管理提供了依据。
1.2.3 畜禽、水产养殖
畜禽养殖物联网应用的典型是南通裕康牧业有限公司, 公司年出栏肉鸡45万羽, 为了进一步降本增效, 提高肉鸡养殖的智能化管理水平, 近年来公司实施了肉鸡标准化示范场智能监控管理系统建设项目。系统的主要功能包括:
(1) 数据采集。通过基于Wi-Fi网络的温度、湿度传感器, 将采集到的鸡舍内的环境数据通过Wi-Fi网络上传至服务器进行处理和存贮;
(2) 环境控制。通过基于Wi-Fi的网络无线电器控制器, 通过Wi-Fi网络传送电器控制指令, 从而远程控制鸡舍内的灯光、风扇、加热器等设备;
(3) 视频监控。在每栋杨舍安装网络视频摄像头, 将鸡舍的视频和声音存贮在服务器上, 可通过网络和手机远程监控鸡舍内的情况;
(4) 预警功能。鸡舍远程环境监控系统与服务器相连, 当环境指标异常时发出手机短信和电话报警, 同时支持短信查询和控制指令。
水产养殖物联网的典型在海门市沿江渔场, 渔场内养殖青鱼、草鱼、鲢鱼, 采用智能水质传感器实施监测溶氧、温度、PH值, 并通过无线监控系统对渔场进行实时监控。目前该渔场已集水产养殖与休闲垂钓于一体, 推进三产融合。
1.2.4 温室大棚及农产品质量安全溯源系统
温室大棚物联网较具代表性的为位于港闸区幸福街道的现代农业产业园, 目前产业园区已建成连栋智能温室大棚38万平方米, 单体钢架大棚4500亩, 形成水稻、蔬菜、苗木三大片区, 该基地列入省“菜篮子”工程, 全域被认定为省无公害农产品基地。
产业园区已建成可实现全程自动化操作的育苗中心, 育苗能力可达6.3万株/小时;建成覆盖690亩智能温室区域的水肥一体化系统, 可实现节水灌溉, 精准施肥, 节省人工, 提高施肥效率和蔬果品质;建成覆盖690亩智能温室区域的物联网系统, 对温室内的空气温湿度、土壤湿度、土壤温度、光照强度、CO2浓度、土壤PH值、土壤EC值等环境参数进行实时采集, 并通过无线网络将数据传输到数据中心, 数据采集控制系统对数据进行分析, 并给出相应的指令, 自动开启或者关闭制定设备, 包括:水肥一体化设备、温室风机、水帘等, 同时在温室现场布置摄像头等监控设备, 实施采集视频信号, 该系统为农业生产管理提供依据, 促进农产品品质和效益的提升;同时, 物联网平台中融入农产品质量安全追溯系统, 利用数据库技术、网络技术, 构建统一追溯平台, 实现对农产品质量的安全管理和对经销商、消费者提供追溯查询, 实现网页、二维码扫描等方式的追溯。
2 南通市农业物联网发展主要障碍
南通市农业物联网虽然发展较快, 但与我国先进地区相比还有较大的差距, 主要表现在以下四个方面。
2.1 顶层设计滞后, 长远规划有待制定
自2014年中央一号文件中明确提出“建设以农业物联网和精准装备为重点的农业全程信息化和机械化技术体系, 推进以设施农业和农产品精深加工为重点的新兴产业技术研发, 组织重大农业科技攻关”以来, 南通先后出台了“南通市现代农业发展规划”等政策, 推动农业物联网的发展, “中共南通市委南通市人民政府关于建设国家现代农业示范区推动现代农业建设迈上新台阶的实施意见”中明确提出“加强农业信息化基础设施建设, 推广农业物联网等信息技术, 促进‘智慧农业’的发展”。市委市政府也于2015年、2016年连续两年发文, 对南通市各县、市进行考核, 要求每县市每年新增3个以上物联网应用。但目前南通市没有制定农业物联网发展中长期应用规划, 农业物联网的发展均靠示范园区的建设, 虽然发展较快, 但是不平衡, 表现在智能农业建设点较为零散, 缺乏统筹性, 且智能化水平也不均衡。
2.2 标准体系落后, 应用规模有待提高
农业物联网的建设依赖大量的传感器进行环境参数的监测与数据的传输, 但是农业应用对象复杂、信息渠道广泛, 且目前传感器的使用以进口为主, 我国自主研发的传感设备成本较高, 导致目前使用中标准缺乏统一性, 这就致使物联网市场分割, 难以融合, 且造成一定的重复开发, 提高了企业应用成本。且南通市目前农村科普模式不完善, 推广力度小, 专业人才匮乏, 所以农业物联网规模化程度较低。
2.3 资金投入不足, 政策体系尚待完善
南通物联网资金投入主要通过四类渠道, 包括:
(1) 省级农业信息化、园区建设等项目资金;
(2) 市级财政对农业物联网建设的奖励资金;
(3) 各县市制定的对农业物联网应用的补助资金;
(4) 农业企业自筹自主建设的资金。
近几年各类资金投入约有300万元/年, 并在不断的增加。但目前政府尚未设立财政出资的支持重点技术研发、重点产业发展、重点项目推广的农业物联网发展基金。急需加快制订包括财税、采购、金融、投资、信贷、重大项目建设等一系列政策支撑体系, 逐步形成成熟的农业物联网市场盈利模式。
2.4 智能化程度低, 自主研发有待加强
目前南通市农业物联网建设中大部分应用的智能化程度较低, 如大田作物还未能达到病虫害智能诊断、杂草智能识别及施药;水产养殖物联网应用中仅局限于水温、PH值、溶氧量等水质基本参数进行监控, 未能形成精细喂养及疫病智能诊断。且目前农业物联网中自主研发程度较低, 信息感知技术、信息传输技术、信息处理技术均不够成熟。如由于农业环境的复杂性、严酷性等特征, 我国农用传感器与RFID均面临着数据采集精度问题;由于农产品从田间道餐桌需要时时记录各种状态的信息, 产生大量的数据, 目前的存储算法保存这些海量数据需要很大的存储空间, 所以需改进目前的存储算法, 降低存储成本;由于农业智能监控及管理是以农业生物为主体, 故需研究更为精确的人工智能算法, 以适应农作物畜牧多变的环境。这些问题均制约着农业物联网的产业化发展。
3 南通市农业物联网发展对策
南通市地处长江三角洲, 位于我国沿海、沿江2条经济带的“T”形交汇点, 素有“黄金水道”和“黄金海岸线”之称。独特的区域位置决定了建设具有南通特色的外向型高效农业的优势明显, 特别是苏通大桥建成以后, 标志着南通市农副产品与上海等大城市全面接轨的优势将更为明显。因此, 可以从以下四个方面入手, 结合南通地域优势, 快速发展农业物联网。
3.1 加强顶层设计, 制定发展规划
农业物联网的发展涉及农业现代化、科技创新、信息化技术、质量标准、市场渠道等多方面, 触及的部门较多, 资源整合与共享问题较为突出, 为了减少重复投资, 需强化顶层设计, 成立专门的南通市物联网发展委员会协调各方面工作, 建立部门联动制, 按照政府主导、政企联动的模式, 组织科研单位、相关信息技术企业、农业生产单位共同参与, 为农业物联网的发展创造良好的环境。
3.2 建立运行机制, 明确应用模式
鼓励科研院校、高等院校、电信运营商、信息企业等社会力量参与农业物联网项目建设, 创建政府主导、政企联动、市场运作、合作共赢的农业物联网应用发展模式, 按照需求牵引、技术驱动、因地制宜、突出实效的原则, 在大田生产、园林园艺、畜禽水产养殖、温室大棚等领域开展规模化应用, 完善农业物联网应用产业技术链, 实现农业物联网全面发展。同时, 将农业物联网技术培训纳入到农民技能培训规划中, 开展直观、实用、通俗易懂的科技培训, 推广农业物联网的同时, 培养造就一批有文化、懂技术、会经营的新型农民, 为物联网产业化发展提供人才保障。
3.3 加大投入力度, 实现可持续发展
农业物联网作为农业高新技术具有基础薄弱、一次性投入大、受益面广、公益性强的特点, 在当前农业产出效益不高、农民收入水平低、农业信息化市场运作不完善的情况下, 迫切需要政府加大投入力度, 统筹规划、优先考虑、重点支持农业物联网发展, 鼓励、支持社会力量参与物联网的发展和建设工作。
3.4 加快人才培养, 提高创新能力
一方面, 加强对现有农业物联网科技人员进行知识强化与知识更新, 不断提高其技能和为农民服务的能力;同时, 联合高等院校, 加快对农业物联网专业人才的培养, 提高农业物联网的创新能力;另一方面, 联合农业物联网应用企业, 加强对农业生产经营人员的培训, 提高农业物联网技术应用能力;建立人才激励机制, 稳定和扩大人员队伍, 满足农业物联网发展的人才需求。
参考文献
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农业物联网发展 篇9
关键词：物联网,现代农业,杨凌
0 引言
农业作为关系着国计民生的基础产业。我国作为人口大国, 农业发展的优劣是关系着国民安全、经济发展、社会稳定的重大问题。我国以传统农业为主, 效率低、工作量大、难度高, 农业产品优势主要依靠自然资源和低廉劳动力成本, 已不能满足现代农业的高产、优质、高效、安全、生态的要求。
随着我国改革开放进程的推进, 十七届三中全会提出要不断促进农业技术的集成化、劳动过程机械化、生产经营信息化, 加快农业科技创新。其中, 农业信息化主要围绕发展现代农业, 实现优质、高产、高效、生态、安全要求, 加快转变农业发展方式, 提升科学技术水平, 建设现代农业产业体系[1]。建立现代农业体系, 高新科技是主要推动力和核心驱动力, 而物联网作为信息产业的第三次浪潮的驱动核心, 其在农业上的应用成为我们研究的热点。杨凌作为我国农业高科技研究重点园区, 作为国家高新农业发展的领头羊, 依据其自身特点优势, 研究其依托物联网发展现代农业的发展策略也成为热点问题。
1 物联网的内涵
物联网 (The Internet of Things) 概念于1999年被提出[2]。它是以感知为目的, 实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络, 目的是将所有物品通过各种信息传感设备, 如射频识别装置、基于光声电磁的传感器、3S技术、激光扫描器等各类装置与互联网结合起来, 实现数据采集、融合、处理, 并通过操作终端, 实现智能化识别和管理, 从而提高人们对物质世界的感知能力, 实现智能化的决策和控制。
物联网是即计算机机、互联网之后信息产业的第三次浪潮, 是信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力[3]。农业作为关系着国计民生的基础产业, 其信息化、智能化的程度关系到中国传统农业转型升级的步伐和农业产业化进程。物联网技术在农业中的应用, 既能改变粗放的农业经营管理方式, 也能提高动植物疫情疫病防控能力, 确保农产品质量安全, 引领现代农业发展。同时有利于增强中国农业的综合竞争力, 缩小同欧美等发达国家的差距物联网应用于农业的基础。现阶段依托物联网建立农业示范基地既符合国家政策发展趋势, 也符合我市经济发展转型的集约化思路。
2 我国农业应用物联网的基础
我国物联网在农业中的应用虽然提出时间不长, 但农业机电一体化及信息化应用已发展将近20年。目前, 我国已对作物生长模拟模型、作物管理知识模型、作物生长无损监测、农作空间信息管理、数字农作决策系统、虚拟植物生长、农情信息监测、精确农作技术等方面也进行了开拓性的研究工作, 并取得了良好的成效。随着80年代以来, 电子技术与其它新技术在农业机械中应用研究的发展, 我国也先后开展了一批农业机械化系统电子信息化技术的创新研究与新产品开发, 在“精细农业”技术体系、农田信息智能化采集与处理技术、自动监测技术与优化决策支持系统等方面不断实现技术升级, 为物联网农业的发展奠定了扎实的基础[4]。
农业信息化方面, 在农业部、工信部、文化部、商务部等国家部委、各级地方政府以及电信运营商企业和IT企业等共同推进下, 我国农村信息化建设呈现出全方位、多层次推进的态势。截至2009年底, 全国98%的乡镇能上网, 95%的乡镇通宽带, 农村居民每百户拥有计算机5.4台, 全国99.5%的行政村通电话, 手机拥有量达到每百户96.1部;全国涉农网站已有多家, 已开发应用的各类大型农业数据库67个, 已建成乡镇信息服务站7121个、行政村信息服务点百万余个[5]。高覆盖率的宽带网络和无线通信网络, 不断深化的农业生产专业化分工, 不断拓展的农业生产资料与农产品物流范围, 都为物联网农业的发展提供了坚实的基础设施支持和广阔的创新空间。
3 发展优势与问题
3.1 依托物联网发展现代农业优势
1) 物联网系统应用优势
虽然还未大面积实现, 但目前杨凌已接力联通、电信等多家运营商, 借助新网络、新技术优势, 建立实现部分“数字农业大棚”, 具有一定的应用优势。
2) 农村信息服务优势
杨凌示范区科技信息中心与西安亚森通信股份有限公司、陕西蓝德地产发展有限公司合作, 在杨凌示范区内合作建设“三农服务呼叫中心”, 打造国内领先的农业信息服务平台。并且常年开展农村农业科技培训, 农村科技服务体制健全, 科技兴农思想已深入民心。
3) 人力资源丰富
依托杨凌农业科技大学, 培养了一批农业信息化学科人才队伍。且已先后引进硕士以上人才300多名, 海外人才10多名。为发展现代农业提供了有力保障。
4) 依托陕西, 研发优势明显
陕西是全国重要的科研教育和高新技术产业基地, 在电子信息软硬件产品、通信网络、数据处理、传感传动、微电子等物联网技术领域有着得天独厚的优势, 汇聚了西安交通大学、西安电子科技大学、西北工业大学、中国科学院西安光学精密机械研究所等一批高校和科研院所, 涌现出了华迅微电子、优势微电子、烽火集团、中星测控、大唐电信等一批优秀企业, 引进了中兴、华为等龙头企业, 技术和产品涵盖了物联网核心芯片、智能传感器、射频识别RFID、智能天线、软件与应用平台、系统集成方案等全产业链, 为物联网产业发展提供了强有力的技术支撑。
3.2 依托物联网发展现代农业问题
杨凌在农村改革发展进程中, 积极调整农业结构, 大力发展高效农业, 带动农民增收致富, 促进新农村建设, 走出了一条有中国特色的农业现代化道路。近年来, 高效农业规模化发展不断加快, 尤其在设施农业和动物规模化养殖方面发展迅速, 但还存在着不少问题。
1) 在设施农业方面, 设施条件参差不齐, 简易设施为主, 基本上没有环境控制能力;栽培管理上粗放, 缺乏科学的运筹决策和量化的管理指标, 既造成人力、物力和能源的浪费, 也因品质差, 导致产品市场竞争力下降, 大大限制了农产品市场开拓。
2) 在动物规模化养殖方面, 行业信息化应用水平低, 信息化投入预算少, 设施投资不足;管理软件以单机版为主, 各自为政, 各系统没有统一的接口, 互不通用, 因而造成一个个信息孤岛, 已有的信息化投入不能产生规模效应。
3) 数字化管理程度不高, 普遍没有实现自动化设施及精确管理。缺乏自动感知、自动检测、无线传输、统一监管、防疫的智能决策系统。
4) 农业科技资源、信息资源、智力资源分散, 各自为政, 缺乏具有竞争力和导向性的技术服务、技术推广、农业科技培训、电子商务交易等信息化服务平台。
4重点发展领域
1) 建立基于物联网的农业信息采集、识别、监控、智能分析技术和专家决策系统。以“中国杨凌—以色列现代农业合作园”为重点示范内容, 建立现代化智能大棚设施栽培管理示范基地。实验温室大棚蔬菜生长环境自动监测和远程传输、数据采集和处理、设施环境的智能调控、蔬菜生长模拟与预测、栽培方案的制定与优化
2) 建立基于物联网的养殖规模化安全智能生产应用示范基地, 基于云计算技术的“网上牧场”平台。利用无线传感器网络自动、实时监测动物的行为和健康状况, 对动物的发情、疾病、疫情等进行监控和预警, 同时还可以通过远程专家系统对突发及特殊情况进行专门的处理。形成环境智能测控、个体特征信息采集、可视化安全管理、流程信息化跟踪、安全产品溯源的综合技术体系, 真正实现动物规模化养殖的自动化、智能化和现代化, 从产地到餐桌全程可控化。
3) 整合集成农业科技资源、信息资源、智力资源, 建立基于物联网、互联网的农业科技创新、推广、信息服务平台。实现农业物联网展示、科技服务、农业咨询、专家决策、远程教育为一体的现代农业产业化服务窗口和综合服务平台。
4) 在示范基地基础上力争自主创新新产品:智能专家决策系统、智能信息推动系统等。产学研结合, 推进智能农业产业化。
5总结
本文在我国现代农业及物联网发展的新形势下, 分析了物联网在中国农业应用的基础和趋势, 结合杨凌高效农业发展面临的问题, 分析了杨凌农业方面应用物联网的需求, 并提出了杨凌农业方面应用物联网的重点发展领域。
参考文献
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农业物联网发展 篇10
物联网(Internet of Things,IoT)的概念自1999年由麻省理工学院的Ashton教授提出以来，其与农业领域的应用逐渐紧密结合，形成了农业物联网及其应用。农业物联网对推动信息化与农业现代化融合、精细农业应用与实践等具有至关重要的作用。
农业物联网是物联网技术在农业生产、经营、管理和服务中的具体应用，就是运用各类传感器、RFID、视觉采集终端等感知设备，广泛地采集大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖、农产品物流等领域的现场信息;通过建立数据传输和格式转换方法，充分利用无线传感器网、电信网和互联网等多种现代信息传输通道，实现农业信息多尺度的可靠传输;最后将获取的海量农业信息进行融合、处理，并通过智能化操作终端实现农业的自动化生产、最优化控制、智能化管理、系统化物流、电子化交易，进而实现农业集约、高产、优质、高效、生态和安全的目标[1]。
本文介绍了国内外农业物联网的发展，并在此基础上对农业物联网关键技术应用进展进行了阐述。
1 农业物联网发展现状
1.1 农业物联网架构模型
根据计算机网络架构模型的研究方法，国内外将农业物联网架构模型分为感知层、传输层(网络层)、处理与应用层3个层次。其中，处理与应用层又包含了处理层和应用层两个层次[1]。农业物联网架构模型如图1所示。
感知层主要包括各类传感器，RFID,RS,GPS及二维条形码等，采集各类农业相关信息(包括光、温度、湿度、水分、养分、肥力、土壤墒情、土壤电导率、溶解氧、酸碱度和电导率等)，实现对“物”的相关信息的识别和采集。
网络层在现有网络基础上，将感知层采集的各类农业相关信息，通过有线或无线方式传输到应用层;同时，将应用层的控制命令传输到感知层，使感知层的相关设备采取相应动作，如开关打开或关闭、释放氧气、增加温度或湿度及设备重新定位等。
公共处理平台包括各类中间件及公共核心处理技术，实现信息技术与行业的深度结合，完成物品信息的共享、互通、决策、汇总和统计等，如完成农业生产过程的智能控制、智能决策、诊断推理、预警、预测等核心功能。
具体应用服务系统是基于物联网架构的农业生产过程架构模型的最高层，主要包括各类具体的农业生产过程系统，如大田种植系统、设施园艺系统、水产养殖系统、畜禽养殖系统、农产品物流系统等。通过这些系统的具体应用，保证产前正确规划以提高资源利用率，产中精细管理以提高生产效率，产后高效流通，实现安全溯源等多个方面，促进农业的高产、优质、高效、生态、安全。
公共技术是整个基于物联网架构的农业生产过程系统运行的基础和保障，主要包括信息安全、网络管理及质量管理等。其中，信息安全指在基于物联网架构的农业生产过程系统运行过程中，确保网络安全、计算机系统安全、数据库系统安全及应用系统安全，并保证RFID及各类传感器的安全，保障整个系统的可用性、保密性、完整性、不可否认性和可控性。网络管理是对整个基于物联网架构的农业生产过程系统的全过程管理，包括配置管理、性能管理、故障管理、记帐管理和安全管理;质量管理(Quality of Service,QoS)是对整个系统质量进行全程管理，保证农业生产过程系统物联网对质量的高要求，使系统高质量地运行。
1.2 农业物联网关键技术
目前，农业物联网关键技术主要围绕农业信息感知、农业信息传输、农业信息处理等方面展开研究，并取得了较多研究成果。
其中，农业信息感知技术研究主要包括农业传感技术、RFID技术(Radio Frequency Identification)、条码技术、全球定位系统GPS技术(Global Positioning System)和RS技术(Remote Sensing)等。
农业信息传输技术研究主要包括有线传感网络技术、无线传感网络技术和移动通信技术。无线传感网络以无线通信方式组成一个网络系统，由部署在监测区域内的大量传感器节点组成，负责感知、采集和处理网络信息。其中，ZigBee技术被广泛地用在无线传感网络中。移动通信技术主要利用手机等移动设备，结合移动网络设施，实现信息传输。
农业信息处理技术主要包括农业预测预警技术、农业智能控制技术、农业智能决策技术、农业诊断推理技术及农业视觉处理技术等。
2 农业物联网关键技术应用进展
2.1 农业物联网信息感知技术应用进展
目前，国外农业物联网信息技术及感知产品相对较成熟，国内大部分的农业物联网信息感知产品在农业信息化基地逐渐使用;但大部分仍然处于试验阶段，产品的可靠性、稳定性等和国外有明显的差距。
1)大田种植方面。国外，Hamrita等人2005年应用RFID技术开发了土壤性质监测系统，实现对土壤湿度、温度的实时检测，对后续植物的生长状况进行研究[2];Ampatzidis等人2009年将RFID应用在果树信息的检测中，实现对果实的生长过程及状况进行检测[3]。国内，卜天然等人2009年将传感器应用在空气湿度和温度、土壤温度、CO2浓度、土壤pH值等检测中，研究其对农作物生长的影响[4];张晓东等人利用传感器、RFID、多光谱图像等技术，实现对农作物生长信息进行检测[5];中国农业大学在新疆建立了土壤墒情和气象信息检测试验，实现按照土壤墒情进行自动滴灌。
2)畜禽养殖方面。国外，Parsons等人2005年将电子标签安装在Colorado的羊身上，实现了对羊群的高效管理[6];荷兰将其研发的Velos智能化母猪管理系统推广到欧美等国家，通过对传感器检测的信息进行分析与处理，实现母猪养殖全过程的自动管理、自动喂料和自动报警[7]。国内，谢琪等人设计并实现了基于RFID的养猪场管理检测系统[8];耿丽微等人基于RFID和传感器设计了奶牛身份识别系统[7]。
3)农产品物流方面。国外，Spiessl-Mayr E等人将RFID技术应用到猪肉追溯中，实现了猪肉追溯管理系统[9]。国内，谢菊芳等人利用RFID、二维码等技术，构建了猪肉追溯系统[10];史海霞等人利用构件技术、RFID技术等，实现了柑橘追溯系统[11];北京、上海、南京等地逐渐将条形码、RFID、IC卡等应用到了农产品质量追溯系统的设计与研发中。
除此之外，农业物联网信息感知技术在设施园艺、水产养殖等方面也有较多应用。
2.2 农业物联网信息传输技术应用进展
1)大田种植方面。国外，美国AS Leader公司采用CAN现场总线控制方案;美国StarPal公司生产的HGIS系统，能进行GPS位置、土壤采样等信息采集，并在许多系统设计中进行了应用;Masayuld等基于无线传感网络，开发了农业和土地检测系统，实现对农田信息的检测。国内，何龙等人基于无线传感网络，实现了杭州美人紫葡萄栽培实时检控[12];高军等人基于ZigBee技术和GPRS技术实现了节水灌溉控制系统[13];杨婷等人基于CC2430，设计了基于无线传感网络的自动控制滴灌系统[14]。
2)畜禽养殖方面。国外，Bishop-Hurlen GL等人进行了耕牛自动放牧试验，实现了基于无线传感器网络的虚拟栅栏系统[15];Nagl等人基于GPS传感器设计了家养牲畜远程健康监控系统[16];Taylor等人基于无限传感器，实现动物位置和健康信息的监控[17]。在国内，林惠强等人利用无线传感网络实现动物生理特征信息的实时传输，设计实现了基于无线传感网络的动物检测系统[18]。
除此之外，农业物联网信息传输技术在农产品物流、设施园艺及水产养殖等方面也有较广泛的应用。
2.3 农业物联网信息处理技术应用进展
农业物联网信息处理是将模式识别、复杂计算、智能处理等技术应用到农业物联网中，以此实现对各类农业信息的预测、预警、智能控制和智能决策等。
预测是以所获得的各类农业信息为依据，以数学模型为手段，对所研究的农业对象将来的发展进行推测和估计。预警是在预测的基础上，结合实际，给出判断说明，预报不正确的状态及对农业对象造成的危害，最大程度避免或减少遭受的损失。国外，欧美等发达国家研发了大量的预测预警模型，开发了大量的软件，并进行了许多的应用。国内，张克鑫等人基于BP神经网络对叶绿素a浓度进行了预测预警研究，并在湖南镇水库中进行应用;李道亮等人分别基于PSO-LSSVR和RS-SVM进行了集约化河蟹养殖水质预测模型和预警模型的研究及应用[1]。
智能控制是通过实时监测农业对象个体信息、环境信息等，根据控制模型和策略，采用智能控制方法和手段，对相关农业设施进行控制。目前，国内外对农业信息智能控制研究较多，如在温室温度和湿度智能控制、二氧化碳浓度控制、光源和强度控制、水质控制、农业滴灌控制和动物生长环境智能控制等方面研究和应用较多。
智能决策是预先把专家的知识和经验整理成计算机表示的知识，组成知识库，通过推理机来模拟专家的推理思维，为农业生产提供智能化的决策支持。目前，国内外对农业智能决策的研究主要表现在对农田肥力、品种、灌溉、病虫害预防和防治、农作物产量、动物养殖、动物饲料配方和设施园艺等方面。
除此之外，国内外对农业物联网智能处理、农业诊断推理和农业视觉信息处理等研究也较多，并进行了许多探索性的应用。
3 总结
农业物联网的研究与应用引起了世界各国的高度重视，我国政府也意识到了农业物联网对我国农业现代化的重要意义，投入了大量人力、物力进行农业物联网的研究与实践[19,20,21]。总体来说，我国农业物联网的发展还处在初级阶段，包括农业物联网架构模型、信息感知技术、信息传输技术、信息处理技术等还不成熟，农业物联网产业化程度较低，相关规范及政策还比较缺失。
随着计算机技术、网络技术、微电子技术等继续快速发展，为农业物联网的发展奠定了基础。在此基础之上，农业物联网在信息感知方面将更加智能，在信息传输方面将更加互通互连，在信息处理方面将更加快速可靠，在信息服务方面将更加柔性智慧。
农业物联网发展 篇11
余欣荣指出，伴随信息技术的高速发展，物联网技术和产业异军突起，成为新一轮产业革命的重要发展方向和世界产业格局重构的重要推动力量。党中央、国务院十分重视物联网发展，出台了一系列强有力的政策措施，推动物联网有序健康发展，农业物联网迎来了难得历史机遇和良好的发展环境。加快发展农业物联网，是建设现代农业的重要举措，是促进农民增收的重要途径，是提高农村治理水平的重要手段，对于农业发展、农民富裕、农村繁荣具有十分重要的意义。要准确把握农业物联网的人机物一体化、生命体数字化、应用体系社会化、发展路径“三全”化的四个特征，树立系统设计、突出重点，政府引领、企业经营，需求导向、实用高效，左右协同、上下联动，重视安全、重在持续的五个理念，推动农业物联网持续快速健康发展。
余欣荣强调，在推进农业物联网发展过程中，要敢于担当、勇于超越、找准方向、扭住不放，在攻坚克难中创新发展。一是加强理论创新，尽快构建起符合物联网产业发展规律、适合中国国情农情的农业物联网理论体系。二是加强技术创新，强化自主创新，着力突破农业物联网核心芯片、软件等共性技术，着力突破智能传感器、大数据处理、服务集成、行业应用软件等关键技术，建立健全农业物联网标准体系。三是加强应用创新，大力开展规模化应用示范，继续抓好农业物联网工程的实施，力争在精准农业、设施农业、畜禽水产养殖、动植物疫病防控、农产品质量安全监管等方面得到广泛应用。四是加强机制创新，鼓励支持有关科研教学单位和电信运营、信息服务、系统集成等相关企业参与到农业物联网工作中来，加快形成政企合作、市场化运行的推进机制。
农业物联网发展 篇12
物联网 (The Interned of Things) 作为世界公认的信息产业第三次巨大变革, 其是一种可以实现人与人、物与物以及人与物之间全面互联的网路, 其重点是物与物之间的互联。而农业作为物联网技术的重点应用领域之一, 其通常则是将传感器各个节点构成能够观察的监控网路, 并通过各种传感器采集农业资源、农作物、禽畜养殖等信息, 从而帮助农民及时发现其中的问题, 并确定问题发生的具体地点, 是技术人员能够及时解决问题, 在很大程度上摆脱了以前农业以人力为中心, 极度依赖机械生产的模式, 从而使农业得到更好、更快的发展。
农业物联网主要是在计算机的基础上, 利用无线数据通信、射频自动识别 (RFID) 等技术, 将识别的信息进行网上共享。农业物联网具有实时监测、远程控制、查询及警告等功能, 其应用及创新性发展日益受到世界各地技术人员的密切关注。
2 农业物联网技术的应用
2.1 农业物联网技术在农业育种中的应用
在农作物的生长中, 种子的好坏直接关系到农作物以后的生长状况, 因此育种的好坏对于农作物的生长至关重要。物联网技术通过采集、检测不同品种的种子的数据如育种温度、湿度及营养状况等, 培育出品质、发芽率及形态等良好的种子。当前, 利用物联网技术育种已经应用与许多国家和地区, 并取得了非常显著的效果。同时, 技术人员不断开发和利用新的育种软件, 也快速推动了农作物育种的集约化、流程化和规模化管理。
2.2 农业物联网技术在设施园艺生产中的应用
目前大棚技术越来越多的应用与培育花卉、果蔬中, 应用物联网系统中的湿度传感器、光传感器、温度传感器、CO2传感器、PH值传感器等可以对大棚中的相对湿度、光照轻度、温度、CO2浓度、PH值等植物生长所必须的条件的参数进行控制。通过设置好的系统对大棚内的环境进行自动控制, 为大棚中的花卉、果蔬等提供良好的生长环境, 进而改善作物品质、提高作物产量及提高农民的经济收入。同时能够减轻农民的体力劳动和避免人员浪费。
2.3 农业物联网技术在禽畜养殖化管理中的应用
农业物联网技术已经广泛应用与水产养殖、家禽养殖等行业, 在使用过程中, 主要通过物联网系统中的传感器采集和处理养殖的禽畜的进食量、生长周期、个体体征等数据, 制定出符合禽畜生长的最优条件并设置好系统, 实现自动化喂养。另外, 物联网还可以实时监测和分析养殖的禽畜体温、行为特征等数据, 对禽畜个体生理信息进行精细化管理, 从而预防和及时处理禽畜疾病或疫情的发生, 避免重大经济损失。
2.4 农业物联网技术在农产品质量检测中的应用
当今社会食品造假问题越来越严重, 严重危害到了人们的身心健康, 因此政府有关部门鼓励企业和农民在养殖禽畜和农作物时使用农业物联网技术, 其可以通过信息传输技术、信息处理技术、RFID技术、传感技术等实时记录和检测禽畜及农作物在养殖过程中的各项数据, 从而可以对食品生产中所用的原料追根溯源, 保证了食品的质量, 避免了食品安全问题的发生。
2.5 农业物联网技术在资源调控中的应用
单单依靠劳动密集、粗放型农业以无法满足农民的日常生活需要了, 农业物联网技术可以通过其特有的系统部署有效的监测和控制农场中农作物的生长状况并对农场中的环境作出相应改变, 合理优化配置资源, 减少浪费, 为农作物生长提供最佳条件。
3 农业物联网技术创新发展路径研究
3.1 提高农业物联网信息感知与识别技术
对于农作物生长、水产养殖、禽畜养殖、资源环境等方面均需要加快信息感知与识别技术。从各方面的基本情况着手, 研究和分析各方面的缺陷并提出有效措施进行有效改正以达到提高农业物联网技术信息感知与识别技术的目的。
3.2 加强农业物联网信息传输和自组网络技术
技术人员加强自组网络的全方位构造, 降低不同时期农作物生产的生命特征的信息传输信号的损失。分析和探讨空气界面、土壤之间的电磁波传输规律, 找到不同环境下最适宜的传感网络节点位置, 创建全面、有效的网络体系。
3.3 提升农业物联网云端计算技术
创新发展物联网多种信息融合技术, 不断开发新的、有效的技术。云端计算和云平台可以随时存取信息, 在农业物联网中具有独特的作用。农业物联网的云端计算技术能够根据所收集的农作物产品价格、气候变化、国家政策等数据, 为农业生产提供科学、正确、有效的建议。不断提升云计算的编程模式和数据管理尤为重要。
4 结语
我国正处于“四化同步”发展的重要时期, 信息技术在各行各业中均具有十分重要的作用。农业物联网技术不仅仅能够智能化、自动化的控制农业产品的生产、生长, 同时还可以加快我国现代化进程, 因此必须充分发挥物联网技术在农业中的应用并不断进行创新改革, 促进我国现代化进程的脚步, 优化农业产业结构。
摘要：随着信息技术的不断发展和革新, 越来越多的高科技技术应用与农业中, 其中农业物联网技术在农业中的应用日益受到关注。农业物联网能够运用到农业中的众多领域当中, 且加快促进农业现代化和信息化的进程, 不断提高农民的生活水平, 但是随着我国农业领域的飞速发展, 农业物联网已无法满足农业发展的需求, 因此加强农业物联网的创新发展至关重要。本文主要从农业物联网技术在农业中应用及存在的相关问题进行分析, 进而对存在的问题进行创新发展路径研究, 以求在农业中得到更好的发展利用。
关键词：农业物联网,技术,应用,创新
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