浅析物联网技术在农业大棚中的应用

摘要：近年来，随着科学技术的不断发展，使得农业获得了比较大的发展前景，尤其是农业大棚中物联网技术的应用，更好的促进了其发展。本文主要就物联网技术在农业大棚中的应用进行了分析研究。

关键词：物联网技术；农业大棚；应用

中图分类号：DF413文献标识码： A

一、物联网技术的概述

1、物联网的特点分析

物联网的本质特征主要体现在三个方面：

1.1 物联网的核心是互联网功能的延伸和扩展。其延伸和扩展的表现在于它不仅仅通过互联网实现人与人的信息交换，而且能够实现人与物、物与物之间的互联互通，使得互联网的功能进一步强大。

1.2物联网具有通信与自动识别的特征。其用户应用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，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信（M2M）的功能，才能实现对物体的感知。

1.3 物联网具有智能化特征。物联网利用云计算、人工智能、模式识别等各种智能技术，从传感器获得的海量信息中进行分析、加工和处理出有意义的数据，通过对物的识别、定位、跟踪、监控来实现人对物的管理。所以，物联网被视为互联网的应用拓展，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂【1】。

2、农业物联网技术分析

农业物联网技术主要包含农业信息感知技术、农业信息传输技术和农业信息处理技术。“感知”就是运用各类传感器，如温度、湿度、光、pH值、CO2等传感器元件，广泛地采集需要的生产环境中的温度、湿度等物理量参数信息；“传输”就是建立数据传输和格式转换方法，通过各种需要的有线无线网络进行交互传递，实现农业信息的有效传输；“应用”就是将获取的大量农业信息进行融合、处理，使技术人员对其管理的区域的环境进行监测和控制，从而保证作物有一个良好的、适宜的生长环境，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的，进而实现农业生产集约、高产、优质、高效、生态和安全的目标（见图1）。

3、物联网技术应用的重要性

物联网技术的应用，有利于促进农业大棚生产实现新跨越，最终形成以县为单位，连片（园区）联网、智能管理、远程服务，从而推动产业升级，实现设施农业生产管理的高科技化和智能化，提高全市设施农业生产的高科技含量，解放生产力，提高生产效率，推动农业增效、农民增收。同时利用远程服务系统指导生产，为生产者提供咨询服务更加方便快捷，更加科学合理。在提高设施产量的同时，提升产品的内在品质，增强市场竞争力，改善作物产区生态环境质量，最终推动全市高效蔬菜规模化科学健康发展。

二、农业大棚中物联网系统设计分析

系统在设计上主要由Ｚｉｇｂｅｅ无线传感网络、嵌入式网关、远程控制端三部分组成。其中无线传感网络负责采集温室大棚内农作物生长的各类条件参数及实现对温室大棚的控制【2】。嵌入式网关是整个系统的核心，一方面它对采集到的参数进行分析，根据设定好的专家决策方案发出控制命令，将温室大棚内的环境参数调节至农作物最佳生长条件；另一方面它实现了无线传感网络与传统通信网络的互联，用户可对温室大棚内农作物生长环境实现远程监控。

三、物联网技术在农业大棚中的具体应用

1、棚室自动控制系统的应用

1.1 数据采集技术的应用

数据采集系统由监测模块、无线发射模块、太阳能电池板、支架、电源等组成。监测部件包括空气及土壤的温湿度、CO2浓度、光照等传感器及摄像头等元件。数据采集系统主要负责棚室内部的光照、温度、湿度和土壤含水量以及视频等数据的采集和控制。

1.2 数据传输技术的应用

数据传输系统由数据接收及传输模块组成。传输方式：外部网络以3G通信网络为基础进行传输；内部网络则采用有线的方式传送到中心节点上，同时，用户终端和一体化控制器间传送的控制指令也传送到中心节点上，中心节点再把传感器数据、控制指令发送到上位机的业务平台。技术人员可以通过网络访问上位机系统业务平台，实时监测温室现场的传感器参数，控制温室现场的相关设备。

1.3 数据分析技术的应用

数据分析及显示部分包括电脑、软件、无线接收模块、报警系统。依据不同的作物、生长期，实施不同的控制方案。目前我们已经研究出了设施小青菜、辣椒、番茄、黄瓜、南瓜等蔬菜品种的控制方案，且在生产应用中取得了一定的成效，为下一步推广设施农业物联网技术奠定了实验基础。

1.4 生产操作系统

土壤环境监测系统则利用土壤水分、湿度传感器等来实时获取土壤相关数据，为灌溉控制系统和温湿度控制系统提供数据参数；温湿度控制系统可利用高精度传感器来采集农作物的生长环境数据，设定环境指标参数，当环境指标超出参数范围时，可自动启动风机降温系统、水暖加温系统、空气内循环等系统，环境数据控制在设定范围内；灌溉控制系统可进行滴浇灌和施肥、微喷雾的控制，实现远程自动灌溉。

2、视频监控技术的应用

在智能温室大棚的入口处和温室两侧的中央安装摄像机，采集农业温室大棚现场的视频图像，随时随地进行远程视频监控，查看农作物的长势情况，为生产科研提供资料，同时也实现温室大棚内的安防监控。视频监控主要采用流媒体技术，通过架设流媒体服务器实现视频的转发和分发功能，完成视频的多路输入、多路输出。

3、终端用户应用技术的应用

智能温室大棚的应用终端包括智能手机、PC 机、PDA、便携电脑等。通过架设 B/S 结构的应用服务器来实现整个智能温室大棚系统的日常维护和管理工作，为不同的用户提供不同的门户页面，应用程序通信。为终端用户提供的应用包括用户管理、设备信息管理和种植交流。用户管理模块包括用户的增加、删除和权限管理。设备信息管理模块包括大棚信息、传感器信息和农业设备信息的管理【3】。种植交流模块包括聊天工具、专家论坛、供求信息显示等。

四、物联网技术在农业大棚中应用的主要成果分析

利用物联网技术建设的设施，其功能就是通过控制棚室的小气候，使作物在最佳的环境中生长，以实现增加产量，提高品质和跨季节的农产品供应。物联网棚室控制系统的主要成果包括以下几个方面：

1、加强了对大棚内的生物以及设施的监测

对设施实时监测和警报是基于物联网的设施农业智能专家系统的基本功能。使用传感器可以实时采集设施的环境因子，包括：空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度等数据及视频图像信息，再通过网络传输到智能专家系统，为数据统计分析提供依据。对超出作物生长环境的数据自动告警。

2、能够很好地实现对病虫害的预警

监测影响大棚内病虫害发生的关键因素，根据设施农业病虫害发生模型，利用智能算法，实现对病虫害预测预报，并进行有针对性的预防及治疗。

3、能够实现植物成熟状况预报与监测

根据农作物生长积温模型预测作物各个生长期发育程度、可收获程度并结合视频实时监测功能进行采收决策

4、可以实施设施远程控制

通过网络，远程控制农业设施，可以对加热器、卷膜机、通风机、滴灌等设备进行远程控制，实现农业设施的远程手动或自动控制。

5、能够对生产活动实现远程指导和跟踪

根据农作物生长模型库，对温室大棚实时环境监测数据对比分析，对于超出作物生长范围的，系统自动告警。根据视频及现场活动监测终端的报告，跟踪生产活动完成的情况。

结束语

总之，物联网技术在农业大棚中的应用，能够实现对棚内农作物的生长情况以及设施状况的监测，在很大程度上对农作物的产量和质量有着重要的提升，对我国的现代化、精细化农业有重要的意义。

参考文献：

[1]邹承俊. 物联网技术在蔬菜温室大棚生产中的应用[J]. 物联网技术,2013,08:18-21+24.

[2]欧亚军. 物联网技术在温室大棚中的应用研究[J]. 软件导刊,2013,11:143-145.

[3]张丹,王建华,吴玉华. 物联网技术在农业温室大棚中的应用研究[J]. 安徽农业科学,2013,07:3218-3219+3246.