物联网在农业中的应用guxu.docx

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1、基于物联联网的智智能精确确农业系系统应用用研究摘要：智智能精确确农业可可以促进进农业发发展方式式的转变变，可以以实现高高效利用用各类农农业资源源和改善善环境这这一可持持续发展展目标，不不但可以以最大限限度提高高农业现现实生产产力，而而且是实实现优质质、高产产、低耗耗和环保保的可持持续发展展农业的的有效途途径。关键词：物联网网 精精确农业业 农农业应用用物联网是是新一代代信息技技术的重重要组成成部分。物物联网的的英文名名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：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

2、网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。精确农业业(Prreciisioon AAgriicullturre ) 是当当今世界界农业发发展的新新潮流，是是由信息息技术支支持的根根据空间间变异，定定位、定定时、定定量地实实施一整整套现代代化农事事操作技技术与管管理的系系统，其其基本涵涵义是根根据作物物生长的的土壤性性状，调调节对作作物的投投入，即

3、即一方面面查清田田块内部部的土壤壤性状与与生产力力空间变变异，另另一方面面确定农农作物的的生产目目标，进进行定位位的“系统诊诊断、优优化配方方、技术术组装、科科学管理理”，调动动土壤生生产力，以以最少的的或最节节省的投投入达到到同等收收入或更更高的收收入，并并改善环环境，高高效地利利用各类类农业资资源，取取得经济济效益和和环境效效益。1 研究究背景和和意义传统农业业的模式式已远不不能适应应农业可可持续发发展的需需要，产产品质量量问题，资资源严重重不足且且普遍浪浪费，环环境污染染，产品品种类需需求多样样化等诸诸多问题题使农业业的发展展陷入恶恶性循环环，而精精确农业业为现代代农业的的发展提提供了一

4、一条光明明之路，精确农业与传统农业相比最大的特点是以高新技术和科学管理换取对资源的最大节约。它是一项综合性很强的系统工程，是农业实现低耗、高效、优质、环保的根本途径，是世界农业发展的新趋势，也是我国农业迈向21世纪的最佳选择。通过分析析我们可可以发现现在实现现精确农农业的道道路上，现现有的基基于有线线的智能能农业系系统依然然存在着着诸多问问题，而而基于无无线传感感网的物物联网精精确农业业系统更更具发展展潜力，无线网络具有较高的传输带宽、抗干扰能力强、安全保密性好，而且功率谱密度低。利用上述特点，可组建针对农田信息采集和管理的目的无线网络，实现农田信息的无线、实时传输。同时，可以给用户提供更多的

5、决策信息和技术支持，实现整个系统的远程管理。对比国内内外的发发展现状状，不难难发现国国内在精精确农业业发展模模式上的的弊病，没没有在应应用的结结合点上上技术熟熟练的人人才，信信息标准准不统一一和技术术不成熟熟。最为为尴尬的的是，国国内更多多的是示示范工程程和项目目，仅仅仅停留在在试验和和演示阶阶段而没没有能够够形成产产业的应应用项目目。而随随着物联联网技术术的发展展，基于于物联网网的智能能精确农农业系统统则致力力于将精精确农业业从概念念化转化化为产业业化，更更专注于于应用领领域和产产品化，力力图为智智能精确确农业的的大规模模推广应应用打下下良好的的基础。综上所述述，智能能精确农农业取代代传统农

6、农业是农农业发展展的必然然，更是是符合我我国国情情的选择择，智能能精确农农业可以以促进农农业发展展方式的的转变，可可以实现现高效利利用各类类农业资资源和改改善环境境这一可可持续发发展目标标，不但但可以最最大限度度提高农农业现实实生产力力，而且且是实现现优质、高高产、低低耗和环环保的可可持续发发展农业业的有效效途径。2 研究究目标2.1 建立无无线网络络监测平平台，对农产产品的生生长过程程进行全全面监管管和精准准调控。在大棚控控制系统统中，物物联网系系统的温温度传感感器、湿湿度传感感器、PPH值传传感器、光光传感器器、离子子传感器器、生物物传感器器、COO2传感感器等设设备，检检测环境境中的温温

7、度、相相对湿度度、PHH值、光光照强度度、土壤壤养分、CO2浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量来获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。2.2 开发基基于物联联网感应应的农业业灌溉控控制系统统，达到到节水、节节能、高高效的目目的利用传感感器感应应土壤的的水分并并控制灌灌溉系统统以实现现自动节节水节能能，可以以构建高高效、低低能耗、低低投入、多多功能的的农业

8、节节水灌溉溉平台。农业灌溉溉是我国国的用水水大户，其其用水量量约占总总用水量量的700。据据统计，因因干旱我我国粮食食每年平平均受灾灾面积达达两千万万公顷，损损失粮食食占全国国因灾减减产粮食食的 550。长长期以来来，由于于技术、管管理水平平落后，导导致灌溉溉用水浪浪费十分分严重，农农业灌溉溉用水的的利用率率仅400。如如果根据据监测土土壤墒情情信息，实实时控制制灌溉时时机和水水量，可可以有效效提高用用水效率率。而人人工定时时测量墒墒情，不不但耗费费大量人人力，而而且做不不到实时时监控；采用有有线测控控系统，则则需要较较高的布布线成本本，不便便于扩展展，而且且给农田田耕作带带来不便便。因此此，

9、设计计一种基基于无线线传感器器网络的的节水灌灌溉控制制系统，该该系统主主要由低低功耗无无线传感感网络节节点通过过ZiggBeee自组网网方式构构成，从从而避免免了布线线的不便便、灵活活性较差差的缺点点，实现现土壤墒墒情的连连续在线线监测，农农田节水水灌溉的的自动化化控制，既既提高灌灌溉用水水利用率率，缓解解我国水水资源日日趋紧张张的矛盾盾，也为为作物生生长提供供良好的的生长环环境。2.3 构建智智能农业业大棚物物联网信信息系统统，实现现农业从从生产到到质检和和运输的的标准化化和网络络化管理理。智能农业业大棚物物联网信信息系统统主要研研究温度度、化学学等多种种传感器器对农产产品的生生长过程程全程

10、监监控和数数据化管管理；结结合RFFID电电子标签签在培育育、生产产、质检检、运输输等过程程中，进进行可识识别的实实时数据据存储和和管理。本本系统致致力于构构建基于于物联网网的专用用农业评评估信息息系统以以实现数数据的存存储和管管理，实实现农业业生产的的标准化化、网络络化、数数字化。3 研究究内容3.1 精确农农业物联联网监测测平台研究智能能农业大大棚中的的物联网网技术，建建立无线线网络监监控平台台。图55.1所所示为该该控制系系统网络络架构图图。其主主控系统统为嵌入入式系统统，采用用ARMM9 SS3C224100处理器器与Liinuxx操作系系统，具具有通信信网络、通通用外设设接口，能能对

11、其中中设备进进行控制制管理。该该嵌入式式网关连连接内、外信息传输通道皆采用无线的方式，外部网络以基于IP网络技术、提供通用分组无线业务的GPRS通信网络为基础。内部网络采用短距离、低功率ZigBee无线通信技术，结合农业领域专用系列传感器对农产品生长环境中的温湿度、PH值、光照以及土壤养分等数据进行采集和传输。3.2 精准农农业的数数字化管管理系统统数字化管管理技术术主要研研究温度度、化学学等多种种传感器器对农产产品的生生长过程程全程监监控和数数据化管管理；结结合RFFID电电子标签签在培育育、生产产、质检检、运输输等过程程中，进进行可识识别的实实时数据据存储和和管理，实实现农业业生产的的标准

12、化化、网络络化、数数字化。数字化农农业管理理系统集集成网络络地理信信息系统统、物联联网监控控管理系系统，可可实现数数据共享享和动态态数据服服务。生生态农业业数字化化管理系系统以一一定物理理模式和和逻辑模模式的形形式进行行架设。具具体涉及及：遥感感影像或或相关图图像的处处理与分分析：包包括高分分辨率的的遥感影影像及其其它以图图像方式式提供的的各类数数据；地地物的空空间模型型：包括括对象、地地形、环环境、网网络和拓拓朴关系系等；属属性信息息管理：即动、静静态数据据管理；空间分分析：包包括缓冲冲区、测测量、等等值线及及地统计计分析与与图表等等；应用用程序：包括服服务器和和客户端端程序，以以实现农农业

13、生产产管理平平台的系系统功能能；其它它附属功功能：统统计分析析等。此系统在在功能上上可实现现农产品品信息查查询与发发布、专专家决策策知识库库优化决决策与分分析，达达到信息息、技术术和网络络的高效效结合，最最终实现现农业精精准数字字化控制制管理。3.3 物联网网感应的的智能农农业灌溉溉系统本系统采采用混合合网，底层为为多个ZZigBBee监监测网络络，负责监监测数据据的采集集。每个个ZiggBeee监测网网络有一一个网关关节点和和若干的的土壤温温湿度数数据采集集节点。监监测网络络采用星星型结构构，网关节节点作为为每个监监测网络络的基站站。网关关节点具具有双重重功能，一是充充当网络络协调器器的角色

14、色，负责网网络的自自动建立立和维护护、数据据汇集;二是作作为监测测网络与与监控中中心的接接口，与监控控中心传传递信息息。此系系统具有有自动组组网功能能，无线网网关一直直处于监监听状态态，新添加加的无线线传感器器节点会会被网络络自动发发现，这时无无线路由由会把节节点的信信息送给给无线网网关，有无线线网关进进行编址址并计算算其路由由信息，更新数数据转发发表和设设备关联联表等。该系统由由无线传传感节点点、无线线路由节节点、无无线网关关、监控控中心心心四大部部分组成成，通过ZiigBeee自组组网，监控中中心、无无线网关关之间通通过GPPRS进进行墒情情及控制制信息的的传递。每每个传感感节点通通过温湿

15、湿度传感感器，自动采采集墒情情信息，并结合合预设的的湿度上上下限进进行分析析，判断是是否需要要灌溉及及何时停停止。每每个节点点通过太太阳能电电池供电电，电池电电压被随随时监控控，一旦电电压过低低，节点会会发出电电压过低低的报警警信号，发送成成功后，节点进进入睡眠眠状态直直到电量量充足。其其中无线线网关连连接ZiigBeee无线线网络与与GPRRS网络络，是基于于无线传传感器网网络的节节水灌溉溉控制系系统的核核心部分分，负责无无线传感感器节点点的管理理。传感感器节点点与路由由节点自自主形成成一个多多跳的网网络。温温湿度传传感器分分布于监监测区域域内，将采集集到的数数据发送送给就近近的无线线路由节

16、节点，路由节节点根据据路由算算法选择择最佳路路由，建立相相应的路路由列表表，其中列列表中包包括自身身的信息息和邻居居网关的的信息。通通过网关关把数据据传给远远程监控控中心，便于用用户远程程监控管管理。本本文设计计的基于于无线传传感器网网络的节节水灌溉溉控制系系统组成成框图如如下图所所示。4 在农农业中的的应用4.1 典型应应用之智智能农业业大棚由于瓜果果蔬菜对对生长环环境有着着严格的的要求，所所以现代代农业搭搭建了温温室大棚棚来控制制植物的的生长环环境，以以实现跨跨地区与与跨季节节的瓜果果蔬菜培培育。可可见，环环境在温温室大棚棚中起着着重要的的作用。传统的大大棚环境境控制，是是通过全全人工的的

17、方式来来实现的的。在每每一大棚棚中放置置一个温温度计，湿湿度计，二二氧化碳碳浓度计计等，由由技术员员巡查每每一大棚棚的环境境参数后后，若发发现环境境参数不不对，就就要采取取一定的的措施来来进行补补偿。比比如，温温度过高高的话，就就要打开开卷帘通风或或者打开开通风机机等。这这样的操操作方式式对于只只有少量量大棚的的农户，还还可以应应付的过过来，但但如果大大棚数量量多，就就需要花花费大量量的人工工去查看看各大棚棚的环境境参数，对对环境异异常的大大棚进行行操作，大大大降低低了工作作效率。GHM智智能温室室系统，可可对各不不同大棚棚的环境境参数进进行实时时的监测测并报警警，并可可远程控控制各大大棚不同

18、同的电动动设备，如如卷帘机机，灌溉溉机等。使使技术人人员在办办公室就就能对多多个大棚棚的环境境进行监监测控制制，以使使植物获获得最佳佳的生长长环境，增增加产量量。系统功能能特点：(1) 软件界面面实时显显示各大大棚的环环境参数数。(2) 设置报警警，软件件可对异异常的环环境进行行报警，报报警记录录可供查查询。(3) 自动控控制功能能，当计计算机检检测到环环境异常常，将自自动进行行操作。如如检测到到温度过过高，将将自动打打开通风风。检测测到下雨雨，将自自动关闭闭卷帘机机与天窗窗。(4)手手动控制制功能，由由技术人人员根据据环境参参数的变变化，点点击鼠标标对各电电动设备备进行操操作。(5) 远程控

19、控制，即即使你不不在大棚棚基地，也也可以实实现关闭闭卷帘等等操作，比比如下雨雨天或者者起大风风时，可可以远程程关闭卷卷帘。(6) 远程视视频监控控功能。配配合网络络摄像头头，对整整个大棚棚基地进进行监控控，做到到心中有有数。“以信息息化引领领现代农农业发展展将是大大势所趋趋。”物物联网将将是实现现农业集集约、高产、优质、高效、生态、安全的的重要支支撑，同同时也为为农业农农村经济济转型、社会发发展、统筹城城乡发展展提供“智智慧”支支撑。4.2 智能精精确农业业在应用用领域的的未来应用自动动控制和和电子计计算机实实现农业业生产和和管理的的自动化化，是农农业现代代化的重重要标志志之一，近近年来电电子

20、技术术和信息息技术的的飞速发发展，带来了了温室控控制与管管理技术术方面的的一场革革命，在在农业生生产，园艺生生产，动植物物养殖等等等方面面有着广广泛的运运用，对于农农业生产产的增产产增质增增量产生生了巨大大的经济济效益与与社会效效应。国内内温室大大棚控制制系统在在九五期期间有了了长足快快速的增增长，但普遍遍水平居居于低端端水平或或大部分分引自于于国外的的成熟技技术与产产品，然而引引进费用用的昂贵贵以及维维护服务务难以跟跟进等严严重制约约着该产产业的长长足快速速发展。在应用领领域，智智能精确确农业在在大范围围应用过过程中应应具有其其以下特特点:(1) 智能化、傻瓜化化的友好好人机界界面；(2)

21、突破传统统控制系系统的多多线路铺铺设，工程量量大，线路复复杂，成本高高等缺点点，分布式式管理，采用多多区化调调控管理理，各区独独立智能能化总线线寻址控控制，系统铺铺设简单单，精确度度高，可控区区域广；(3) 远程自动动控制，参数实实时在线线显示，精确度度高，真正实实现“在家也也能种田田”；(4) 集成加热热系统、通通风系统统、遮荫荫/保温内内帘幕系系统、外遮荫荫系统、C022施肥系系统、空气循循环系统统、植物保保护系统统、高压喷喷雾降温温系统、湿帘风机系系统、屋顶喷喷淋系统统、补充光光照系统统、灌溉施施肥系统统、废液回回收消消毒系统统、电气与与计算机机控制系系统等于于一体，真正实实现多功功能，可多场场合运用用；(5) 由于自主主开发设设计，与国外外温室大大棚控制制系统相相比，系统费费用低，维护方方便；参考文献献1 百度百百科