物联网在智慧农业中的应用研究

摘 要：通过分析和研究物联网及智慧农业相关知识，提出了物联网在智慧农业中的应用架构。通过对智慧农业物联网产品的介绍以及产品的商业模式营销策略的阐述，得出了基于物联网的智慧农业是有很好的发展前景的，能够推动我国现代农业的信息化发展。

关键词：智慧农业；物联网；架构；环境监控；农业大棚

中图分类号：TP315

随着知识经济时代的到来，信息技术逐渐在农业中得到应用，使得中国的农业发展面临着重大的机遇和挑战。中国是一个农业大国，然而与发达国家相比，中国传统农业的优势已渐渐退去。为了加快我国农业发展，就要不断加快向现代农业转型的步伐，即加快农业的信息化建设。随着物联网等高新技术的发展，智慧农业将成为现代农业未来发展的趋势。将物联网等高新技术应用于智慧农业中，能够促进农业信息化发展，改进农业生产管理模式，提高农业生产效率。

1 物联网

1.1 物联网的概念及体系架构

（1）物联网的概念

物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网至今没有统一的定义。从字面含义来看，物联网就是“物物相连的互联网”。这里有2层含义[1]：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。2005年，国际电信联盟（ITU）正式将“物联网”称为“the Internet of Things”，对物联网概念进行了扩展，提出了任何时刻、任何地点、任意物体之间互联，无所不在的网络（Ubiquitous networks）和无所不在的计算（Ubiquitous computing）的发展愿景。

（2）物联网的体系架构

物联网分为三层[2][3]：感知层、网络层和应用层。感知层主要功能是识别物体，采集信息，传递信息至相应的设备；网络层负责处理和传递感知层获取的信息，并将现有的网络进行融合并扩展；应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，对感知和传输来的数据信息融合、分析、处理，从而实现物联网的智能应用。

1.2 物联网的特征

物联网应该具备三个特征[2]：一是全面感知；二是可靠传送；三是智能控制和处理。

1.3 物联网的商业模式

物联网商业模式[4]的推进应该根据行业发展的关键成功因素，根据主导力量类型、行业需求、企业能力网络与支撑系统成熟度、运营经验、系统集成能力、标准化程度的进展来确定不同阶段的主要发展模式。物联网的商业模式应该遵循一条从公用为主――商用引入――融合发展的道路。物联网的商业模式主要通过以下三个阶段来体现：第一阶段（2010年-2015年）：政府主导，公共类、便利类产品为主。第二阶段（2015年-2020年）：以稳定的行业市场用户形成为标志，商业应用开始涌现，多方参与管理。第三阶段（2020年以后）：以行业技术标准体系的最终确定和关联软硬件平台的建设和融合为标志。

2 智慧农业

所谓“智慧农业[5]”就是充分应用现代信息技术成果，集成应用计算机与网络技术、物联网技术、音视频技术、3S技术、无线通信技术及专家智慧与知识，实现农业可视化远程诊断、远程控制、灾变预警等智能管理。

智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联网、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。智慧农业在农业生产环境监控、食品安全等领域有很好的应用前景，具体的应用有智能农业大棚等。

3 物联网在智慧农业中的应用架构

物联网在智慧农业中的应用架构[6]可以分为信息感知层、信息传输层和信息应用层3个层次来设计，如图1所示。

信息感知层处在三层架构的最底层，包括数据采集和数据短距离传输两个方面，通过各种各样的传感器、摄像头等农业设备采集环境及作物信息，然后以多种通信协议，通过短距离无线传输技术、有线传输技术等将数据信息传输至物联网关，做到现场数据信息的实时检测与采集。与此同时，上层下发的控制命令通过物联网关传送到控制设备，远程控制农业设施，来实现农业生产环境的远程控制。

信息传输层通过Internet、2G和3G等的相互融合，以实现更加高效、更加可靠、更加广泛、更加安全的互联功能。

信息应用层实现了跨系统、行业、应用之间的信息互通与共享。通过对由物联网感知层采集的数据信息进行分析和处理，对农业生产现场的智能化控制与管理，实现了农业的自动化和智能化，为合理化农业生产提供决策支持。

图1 物联网在智慧农业中的应用架构图

4 智慧农业物联网的应用案例

4.1 产品介绍

图2所示，基于物联网的农业大棚环境监控系统是将物联网2.4G无线射频技术、传感器技术与电信3G网络相结合，实现农户大棚的数据检测、实时传输、报警等智能化控制。本产品通过物联网技术对温度、湿度等温室大棚的环境因子进行测定，通过对数据的处理向农民下发报警短信，指导农民的农业生产；同时，收集农户大棚农作物种植品种，种植面积，种植环境等数据，通过电信3G网络上传相关数据至数据存储中心，利用获取的数据向农民下发专业的种植建议。

4.2 产品商业模式营销策略

从1.3节我们了解到物联网的商业模式处在第一阶段，该阶段主要是政府主导，那么该产品的商业模式也不例外，该产品的营销策略和渠道也是围绕着该商业模式进行的。

基于物联网的农业大棚环境监控系统的推广目前主要依靠三方面营销渠道，第一是由各省电信根据当地农村移动市场的实际情况制定相应的针对农村地区的智能大棚套餐（包括同固话、宽带、手机的融合套餐政策）、营销政策（包括同固话、宽带、手机的融合营销政策），由地市分公司及分布在全省的农村支局执行智能大棚的营销活动，系统开发公司负责产品的研发、升级、售前、售后等技术支撑及业务运营支撑工作；第二是与当地政府及农牧厅合作建立长期的农业农村信息化合作计划，形成以政府牵头，企业推进，农户获利的良性发展循环模式，以政府农业补贴资金的项目方式推进或通过农牧厅下属农技站面向全省农村市场推广；第三是发展大型涉农企业经销商，与大型涉农企业建立合作关系，产品由企业自用或合作推广。

4.3 产品试点

在甘肃省永靖县利用样品机（具有环境温湿度传感器）进行产品试点工作，在永靖县岘塬镇光辉村3个农户的5个大棚进行试点，5个大棚种植了木瓜、西瓜、青椒等不同的蔬菜，农户对试点工作配合非常积极。农户认为温室终端设备对他们的农业生产起到了一定的作用，因为每个农户都会种植几个大棚，温室终端的自动温湿度报警功能，使他们不用再跑到每个大棚里监测温湿度，只需要根据接收的短信，就可以直接处理温湿度超标的情况，很方便。对于需要其他功能的农业生产，可以相应的在样品机上增加相应的设备和功能模块。

5 结束语

通过理论和实践的证明，将物联网技术应用到智慧农业中能为农业提供很大的便利。物联网技术为智慧农业的建设提供了前所未有的机遇，并且在不久的将来，物联网必将会给农业领域带来革命性的变化。但是，在智慧农业物联网建设中仍然存在着一些问题，如农业物联网的全网覆盖、智慧农业物联网设施的价格以及标准制定、农业传输的可靠性和及时性等等问题，这都需要政府、企业、科研单位、高校及各个相关行业的共同努力。

参考文献：

[1]严大虎，陈明选.物联网在智慧校园中的应用[J].现代教育技术，2011，21（6）：123-125.

[2]谢招，刘万蓉，谢静如.依托物联网技术促推农业信息化[J].安徽农业科学，2011，39（36）：22812-22822，22832.

[3]钱志鸿，王义君.面向物联网的无线传感器网络综述[J].电子与信息学报，2013，35（1）：215-227.

[4]孙启明.物联网商业模式发展研究[D].北京邮电大学经济管理学院，2011：1-200.

[5]施连敏，陈志峰，盖之华.物联网在智慧农业中的应用[J].农机化研究，2013，6：250-252.

[6]彭改丽.物联网在智能农业中的应用研究[D].郑州大学信息工程学院，2012：1-54.

作者简介：范珊珊，硕士；李忠，教授，高级工程师；柴荣，硕士。

作者单位：西北师范大学计算机科学与工程学院，兰州 730070