物联网在农业信息化中的应用

李海胜，张明真

(郑州铁路职业技术学院 软件学院，河南 郑州 450052)

物联网在农业信息化中的应用

李海胜，张明真

(郑州铁路职业技术学院 软件学院，河南 郑州 450052)

农业信息化是国家信息化发展战略的重要组成部分，物联网技术是信息化的重要技术手段.将物联网无线传感器布设于农田、园林、温室等区域，运用温度传感器、光传感器、CO2传感器等设备，实时实地收集温度、光照、气体浓度等数据，作为自动控制参数参与到远程控制中，为农作物、禽类养殖创造一个良好的生长环境.远程控制的实现使用户在家里、办公室即可实现对生产环境的监测控制.无线传感器网络有助于实现农业生产的标准化、数字化、网络化，从而最终实现农业生产的信息化.

物联网；智能农业；农业信息化

1 农业信息化

农业是国民经济的基础，农业信息化是国家信息化的重要内容之一.通过改革开放多年的发展，我国农业在解决温饱的同时，农业效益下滑，农民增收乏力，农村剩余劳动力转移受阻，农业生态环境恶化等问题已有不断激化的趋势.这充分说明传统农业生产模式在某种程度上阻碍了中国农业现代化进程，农业信息化则是促进我国农业现代化发展的新动力.

农业信息化是指充分利用计算机技术、网络通信技术、数据库技术、多媒体技术、物联网技术等现代信息技术，全面实现各类农业信息及其相关知识的获取、处理、传播与合理利用，加速传统农业改造，大幅度提高农业生产效率和科学管理水平，促进农业和农村经济持续、稳定、高效发展[1]337.

2 农业物联网

农业物联网被世界公认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮，是农业信息化的重要技术手段[2]46.在互联网的基础上，利用传感器、无线通信、移动终端应用等技术，构造一个覆盖现实世界的“Internet of Things”.在“Internet of Things”中，物品彼此之间能够进行“交流”，而无须人工干预，其本质是利用RFID(射频自动识别)技术，通过互联网实现物品的自动识别和信息的互联共享.农业物联网分为3层：感知层、传输层和应用层.

2.1 感知层

该层的主要任务是将农业生产环境中的各种物理量通过各种技术手段，实地实时采集转化为计算机能够识别的数据、信息.感知层主要通过各种传感器，如光照传感器、二氧化碳传感器、土壤水分传感器等来获取各类信息.感知层是物联网识别物体、采集信息的来源.

农业物联网所采集的信息主要有如下种类：

1)农业传感信息：如温湿度、气体浓度、水分含量等；

2)农业物品属性信息：如物品名称、型号、特性、价格等；

3)农业工作状态信息：如仪器、设备的工作参数等；

4)农业地理位置信息：如物品所处的地理位置等.

2.2 传输层

该层的主要任务是将采集到的数据，通过互联网络(有线网络、无线网络)传输、汇总、存储.传输层是农业物联网的神经网络，包括Zigbee网络、智能网关、互联网、网络中心、信息中心等.

2.3 应用层

应用层是农业物联网与用户之间的“桥梁”，与生产需求相结合，实现农业物联网的智能应用.根据传感器获取的动物、植物生长环境信息进行自动相应的升温补光、灌溉等控制，对环境异常自动报警，加装摄像头可对养殖、种植场地实时监控.

传统农业生产，浇水、打药、施肥、凭经验、靠感觉.而今，在信息化的智能农业生产基地中，看到的却是另一番景象：土地该不该浇水、打药怎样保持合理的浓度、温湿度、光照、二氧化碳浓度如何实行按需供给等曾被“模糊”处理的问题，都有农业物联网智能监控系统“实时”、“定量”精确把关，只需按个开关，做个选择，或是完全听“指令”，就能种好菜、养好猪[3].见图1.

图1 农业物联网结构

3 农业物联网在智能农业中的应用

3.1 食用菌养殖

在食用菌养殖过程中，温度、湿度和CO2浓度等是影响其生长的重要环境因素，有效调控以上因素，有助于提高食用菌生产自动化程度和产品品质.传统种植依旧采用老方法，工作人员每天去大棚里用CO2检测仪检测CO2浓度，开启风机，打开天窗.而使用物联网无线传感器网络不但可以获取精确的作物环境和作物信息，还可有效降低人工成本与人工对养殖环境的负面影响.食用菌物联网主要是通过在种植大棚内部署温度传感器、湿度传感器、CO2传感器等设备，实时采集环境数据，并通过无线传输网络上传到本地监控系统，监控系统通过综合分析环境因子，将分析结果形成一系列控制指令反馈给执行设备.例如，当空气湿度低于食用菌生长最适宜温度时，说明食用菌“口渴”了，这时系统自动做出判断，发送启动指令到喷淋设备，喷淋提高环境湿度；温度高了自动开启风机进行降温.这样，既能保证食用菌拥有最适宜的生长环境，又能节省大量的人力物力.

3.2 水产养殖

影响水产养殖的关键环境因素有水温、溶氧、PH酸碱度等，这些参数凭经验、感觉很难把握.目前水产养殖亦是以经验为主，很难做到及时有效地维护养殖环境.随着水产养殖业的发展，通过水产养殖环境监控系统的使用，进一步提高水产养殖的科学管理水平，势在必行.

通过运用物联网技术，养殖户可通过计算机、手机、PDA等智能终端实时掌握养殖场水质信息，及时获取水质异常、预警信息，并根据监测结果，实时自动调控设备改善水质环境，实现水产养殖的精确化与自动化，最终实现节能降耗、绿色环保、增产增收的目标.天津洪彪水产养殖基地有养殖水面1200亩，主要养殖彭泽鲫鱼、乌克兰鳞鲤、南美大对虾等品种.养殖基地建设的物联网系统可通过智能终端实时掌握水质信息，实时调控设备，如水溶氧低于正常水平，则开启制氧机；规定时间，自动化投饵；水质异常，自动报警等.水产养殖监控系统充分利用物联网将水产养殖纳入科学管理之中，实时监控、及时调整养殖过程中各环境因素，减少养殖过程人工投入，以较少的投入，获取更大的收益.

3.3 生猪养殖

让生猪快速、健康地生长，只有为其创造良好的生长环境，才能达到投入少，效益高的目标.对于养猪业来说，其生产主要受养殖品种、喂食饲料种类和质量、生长环境等因素的影响.其中环境因素所起的作用尤为重要，比重约占20～30%.猪舍环境因素包括温湿度、噪音、有害气体(NH3、CO2、H2S)等.采用生猪养殖智能管理系统可有效调节养猪场的环境参数，如图2所示，生猪智能管理系统包括以下几个方面：

图2 畜牧养殖系统构成

1)信息采集系统

猪舍内环境检测包括：氨气、空气温湿度、粉尘等信号的检测、传输与接收.二氧化碳、氨气、硫化氢、粉尘等气体的增加会导致猪发生疫情；空气温湿度、光照强度、气压影响着猪生长的质量；密度、温湿度、通风换气则影响着猪生长繁殖的速度.

2)环境自动调控系统

实现养殖舍内环境(包括光照度、温度、湿度等)的集中、远程、自动控制.当猪舍内环境因素如超出正常范围则自动报警，或自动启用环境调节设备及时调整，如当猪舍内光照度、温度不在正常范围时，则自动开启或关闭天窗.

3)智能养殖管理平台

实现采集信息的存储、分析、管理；提供阈值设置功能、检索、报警功能；提供权限管理功能和驱动养殖舍控制系统.当用户在养殖过程中遇到不能解决的问题，还可将信息或图片传输到农业智能专家系统，生猪养殖领域的专家会为用户解答疑难.

4 结语

经济全球化的事实说明，信息化已成为世界各国推动经济社会发展的重要手段、资源配置的有效途径及衡量一个国家现代化水平的重要标志.农业物联网是农业信息化的重要技术手段，农业物联网的发展必将促进我国农业从传统粗放生产到智能高效农业的转变.

[1] 焦彩菊,翟海翔.物联网技术在农业信息化中的应用[J].现代农业科技,2013(1).

[2] 徐 劼.物联网:对中国移动的意义和挑战[J].信息化建设,2010(8).

[3] 张桃英,宋 毅.实践为炉炼真金：记中国工程院院士、中国农业大学教授汪懋华[N].中国农机化导报,2011-08-26(02).

[责任编辑 冰 竹]

The Application of Internet of Things in Agricultural Information

LI Haisheng, ZHANG Mingzhen

(SchoolofSoftware,ZhengzhouRailwayVocational&TechnicalCollege,Zhengzhou450052,China)

The agricultural information is an important part of development strategies of national information. Internet of Things technology is an important technical mean of information. Internet of Things wireless sensors are laid on farmland, gardens, greenhouses and other regions. Using temperature sensors, optical sensors, CO2sensors and other equipment, data of real-time temperature, light and gas concentration can be collected. As automatic control parameters, the data can be involved in remote control and create a good environment for the growth of crops and poultry. By the realization of remote control, we can monitor the production environment at home or in office. Wireless sensor networks contribute to the standardization, digitization and networking of agricultural production. By Internet of Things technology, the information of agricultural production can be implemented ultimately.

Internet of Things; Intelligent Agriculture; agricultural information

2014-12-05

李海胜(1984- )，男，河南通许人，郑州铁路职业技术学院软件学院助教，主要从事计算机物联网方面的研究。

1671-8127(2015)02-0029-03

S126，TP391

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