基于物联网的玉米生长信息动态监控系统设计

童健 何昕炜 赵鹏杰 王成靖

摘 要：文章针对玉米生长信息动态监控系统设计，结合物联网相关技术，在简要阐述玉米生长过程的基础上，分析了玉米生长信息动态监控系统设计的原理和系统组成，通过田间试验深入分析了改系统设计的可行性。最后通过深入分析，得出基于物联网的玉米生长信息动态监控系统能有效保证玉米生长信息测定结果真实有效的结论，希望对提高我国玉米产量有一定帮助。

关键词：物联网；玉米生长信息；动态监控系统

玉米生长信息可以分为两大类，一类外观信息，包括株高、株型等，通过直接观察和记录就可以得到，主要反映了玉米生长的健康状况。另一类是内在信息，包括玉米生长的各种生理化位置的种类，需要通过相应的仪器和专门的实验方法才能测得。目前，我国玉米生长信息动态监控由人工来完成，因此，监测结果和监测人员的素质有密切联系，难以真实准确地反映玉米的生长信息。在这样的基础探讨新型的监控系统就显得尤为重要。本文基于物联网技术，设计了一套玉米生长信息动态监控系统，具体如下。

1 玉米生长过程

玉米的生长过程大体上可以分为以下几个过程。

1.1生育期

生育期指的是玉米从播种到成熟所经历的天数，玉米的品种不同、播种期不同、光照不同、温度不同，其生育期的天数也不尽相同。通常情况下，早熟的玉米品种，光照充足、温度高时生育期比较短。玉米的生育期可分为播种、出苗、三叶、七叶、拔节、抽穗、开花、灌浆、乳熟、成熟等阶段。

1.2苗期

玉米的苗期指的是玉米中出苗到拔节的时期，也是玉米汲取营养的主要时期，苗期约60%的玉米可以长到2cm高。

1.3穗期

玉米穗期指的是玉米从拔节到抽穗的时期，此时期是玉米生长最为旺盛的阶段。

1.4花粒期

玉米的花粒期指的是玉米从抽穗到结实的时期，此阶段以生殖生长为主，也是玉米籽粒形成的阶段。

2 基于物联网的玉米生长信息动态监控系统设计原理

2.1玉米生长信息动态监控系统设计原理

基于物联网技术，建立玉米生长信息采集设备、信息传输系统、智能分析系统等，从而实现玉米生长信息的动态监控和远程控制。然后通过利用相应的射频识别技术、光谱分析技术等来科学合理地监测玉米生长的形态、产量、生理指标、病虫害等相关数据。然后对相应的数据和信息进行科学合理的分析，就可以获得玉米生长的所有信息，最后通过调整和改造，为玉米的生长营造良好的环境，以达到玉米增产、缩短生长周期、节约成本的目标。

2.2总体设计

近年来，我国物联网技术快速发展，在农业生产上的应用越来越广泛，设计出了集玉米生长信息数据采集、信息传输、数据处理等为一体的信息化动态监系统。其中数据采集系统的主要任务是对获取玉米生长信息的感知，并维持该系统持续稳定的运行。信息传输系统指的是通过物联网技术和4G网络技术对相关的信息和数据进行传输。数据处理系统可以对玉米的生长信息进行合理的统计和分析[1]。总之，基于物联网的玉米生长信息动态监控系统的主要依托是植物工厂因为植物工厂是目前农业发展的主要模式，内部的光照、温度都是可控的，并不会受到外界自然因素的影响，从而为玉米生长营造了一个良好的环境。

2.3系统的组成

基于物联网的玉米生长信息动态监控系统主要由以下4个部分共组成。

2.3.1视频数据采集装置

该装置的关键技术是计算机视觉技术，比如：通过光谱仪可以测出玉米生长中叶绿素和全氮各组分的含量，于及时掌控玉米在生长过程中的营养状况，叶绿素的含量是玉米生长信息动态检测的主要指标，根据监测的具体数值制定相应的解决方案。

2.3.2信号传输装置

该装置是视频信息采集装置和数据处理器之间传输信息和数据的主要途径。主要通过COFDM调制技术来保证玉米生长信息传输的连续性和可靠性。

2.3.3数据处理服务器

主要作用是负责玉米生长信息数据的接收和保存，并对传输来的相关信息进行分析处理，以供相关技术人员和专家对玉米生长信息进行分析。主要是通过计算机系统的CE环境下的串口来提高数据处理的效率。

2.3.4后台管理系统

此系统的主要作用是主动接收相关信息和数据，然后根据处理服务器反馈分析结果以及专家的决策对玉米生长中

3 系统设计的可行性分析

3.1玉米田问试验

2016年，在某植物工厂中进行了基于物联网的玉米生长信息动态监控系统的试验验证，试验土壤为当地的潜育玉米土质，通过检测结果显示，该地土壤有机质的含量为26.4 g/kg，氮的含量为132 mg/kg，磷的含量为12.4 mg/kg，钾的含量为146 mg/kg，土壤的pH值为5.34[2]。试验玉米种子为农华101，伟科702，创联808，隆平208 4种，这4种种子都是从当地农贸市场购进的，因此具有代表性。这4种玉米种子是目前我国玉米种植最广的产品，种植面积非常大。

3.2试验过程

玉米在4月份下旬播种，7月下旬移栽，把这4个玉米品种按照随机排列的方式进行种植。玉米的行距控制在20-25 cm，株距控制在15-20 cm。无论玉米的水肥浇灌还是病虫害的防止，都按照物联网的监控系统中的内容进行，并选择玉米生长的高度、棒穗长度、叶绿素的含量为物联网监测系统的监测对象‘3]。然后随机选择出30株玉米，采用传统方法测量玉米生长的高度、棒穗的长度，用SPAD502叶绿素仪对玉米中叶绿素的含量进行监测。为提高试验的效率，选择玉米的抽穗进行试验，并在SSPS17.0计算机系统软件上对相关的数据进行统计分析，并用t值来检验物联网检测系统和传统人工检测所得玉米生长信息的显著性。

3.3试验结果

试验结果表示，采用物联网监测系统的4个玉米品种的高度普遍高于传统测量的高度，而且二者之间存在极为显著的差异水平。主要原因是玉米在抽穗期，玉米逐渐成熟，重量增加，在一定上限制了玉米的高度。人工测量的高度从地面到玉米的顶端的长度，而物联网监测技术系统监测的高度是玉米在自然状态下的高度，所以这两种测量方法在测量株高时存在一定差异。但4个玉米品种的株高基本相同，这一点也充分验证了物联网监控系统在监测玉米生长信息株高上的可靠性[4]。两种测定方法所得的玉米性状如表1所示。

从表1中可以清楚看出，采用物联网监控玉米生长信息和人工测量玉米生长信息所得的4个玉米品种穗帮的长度基本相同，但隆平208与其他品种存在较大差异，主要原因是品种出现了少数的空穗现象，导致物联网监控没有有效识别。这一点也充分说明，物联网监控玉米生長信息可以有效监测出有穗的玉米长度，但还需进一步优化设定参数，提高对无穗玉米的识别能力。两种监测方法所得的玉米叶绿素含量基本相同。可以看物联网监控系统对这4种玉米生长信息动态监控是高效可靠的，但需要对相关的参数进行优化，把这些数据录入后台管理以后，就可以得到相应的指令和措施，从而最大限度上提高玉米的产量。

4结语

综上所述，基于物联网的玉米生长信息动态监控系统视频数据采集系统、光谱分析系统、信息传输技术为依据，是一种新型的监控技术，并通过试验对比表明，此技术和传统人工测量技术相比，不但提高了测量的效率，而且测量的准确性也得到了很大程度的提高，值得大力推广使用。

[参考文献]

[1]郑延斌，李娜，安德宇基于二分内包围盒的玉米光照逆光线跟踪算法[J]计算机应用研究，2018 （7）：1-2.

[2]周彤，陈雯，秦培亮，等作物水分智能管理研究进展[J].作物杂志，2017 （5）：1-6.

[3]邓晓璐，王培，马宁，等基于物联网的寒地玉米大斑病预警系统的设计与实现[J]中国农机化学报，2016 （7）：166-170

[4]董淑娟.水稻生长信息动态监控系统设计——基于物联网技术[J]农机化研究，2017 （8）：216-219