物联网三层架构在智慧农业中的应用分析

摘要：在乡村振兴战略环境下，智慧农业作为互联网浪潮中的农业新标杆，主导了农业的第四次革命。物联网技术作为农业革命的重要依托，融合了大数據、云计算等密切相关的新型技术，为农业发展提供了技术保障。本文从物联网的三层组织架构，分别阐述了感知层传感器原理及设备，分析了网络层关键技术，以及应用层数据分析及系统设计应用。

关键词：智慧农业;物联网技术;传感器

农业作为大国发展的根基，是非常重要的部分。农业历经4次变迁，从原始的依靠体力畜力劳作的运营形式到机械化产出的劳作形式再到信息化半自动形式，利用信息技术将繁重的人工抽离出来，提高生产效率的同时增加收益。发展至今，在互联网时代的潮流中，新型智慧农业应用而生，集成了物联网、云计算、大数据的高度智能化农业科技。提出了更高的量化标准，智能化、集约化、数值化、标准化[1]。

1、智慧农业物联网概述

物联网技术被认为是"万物相连的互联网"，是新型科技信息革命的产物。将例如温湿度传感器、RFID等诸多信息采集传感器设备融入互联网中而形成一种新型巨型网络。按照约定的传送协议，如TCP/IP，达到了对物品的智能识别，全程监控和有效管理的完善功能体系。在三层组织架构中，感知采集层中通过传感器等硬件设备采集使用数据，通过网络层进行数据传输、信息传递、路由控制，过滤掉边缘数据。应用层实现集成应用及数据处理，包括数据存储、清洗、应用，系统开发等。

农业物联网技术应用在农业发展革命史中处于高阶水平，融合了新型智慧网、移动交互网、云计算、物联网技术等高新技术链，依托放置在农田基地的各类传感节点和有线无线传输网络达到农业生产设计的智能环境感知，智能分析判断，专家在线指导等[2]。提供了农业生产精准化高效产出、可监测化智能管理、智能化决策服务等新型模式。

2、农业物联网感知层

2.1感知层的技术

物联网的感知层主要承担信息值获取收集以及物物传感器间的信息交流。信号传递有长短距离数值传输技术、自组织协调组网关技术、信息数值采集中间组件技术等传感器输送网络。感知层是实现农业物联网全局采集的核心层级，在物联网硬件方面涵盖重点技术、链条产业化急需突破的方面，难点是拥有精准度高、感知力强且全面，低成本、高效能的硬件设备。

2.2感知层应用设备

农业射频识别技术（RFID）：采集方式为无线射频，完成非触双向互反数据采集，读写形式为对标记点进行采集，起到信息交换及标识目标的作用。在农业生产链中起到至关重要的作用。具有稳定性好，能够重复使用，造价低的优点。

农业传感器技术：采集感知应时环境中或特殊要求下的数字信号，如人体肤感、温湿度、气体、光照、等。将模拟信号通过协议转变为数字信号后，传予中央处理器集中处理[3]。最终输出形式如人体肤感参数、温湿度数据、气体浓度参数等。

在农业中常见的有：环境中二氧化碳、风速风向、光照度、叶面温湿度传感器等。通常分布在农业耕作环境中，精准采集环境值，将数据通过网络上传到服务器中[4]。

3、农业物联网网络层技术

物联网网络层用于信息的传输、处理以及利用等。通讯网络、信息中心、融合网络、网络管理中心等。拥有诸多核心技术，移动通信网、交互式网络及传感器网络是重点区域网。

移动通信网的基础技术包括两类：一类是信息互交技术，另一类是信息传递技术。无线网络：在众多传感器之间建立一种无线自组织网络，并利用这种无线自组织网络实现这些传感器之间的信息传输[5]。在这个传输过程中，无线传输网络会对传感器所采集的数据进行汇总。该技术可以使区域内物品的物理信息和周围环境信息全部以数据的形式存储在无线传感器中，有利于人们对目标物品和任务环境进行实时的监控，也有利于分析和处理有关信息，对物品进行有效的管理。Wifi、Zigbee、蓝牙常在设施农业中实地使用。GPRS、3/4G技术应用场景常为大田农作物生长。有线网络：以传输媒介为：光纤、双绞线和同轴电缆，承担农田用地输出设备、集控器、传感器间的维稳性交互，完成更高层级间的协同传输。

4、农业物联网应用层技术

4.1应用层相关技术：

应用层中，智能化信息处理常为存储、处理、及其农业化应用。采用人工智能算法分析处理感知信息，数据源为通过感知层采集到的信息集。在数据存储中，应用到了数据库与数据存储技术：常有关系型数据库、非关系型数据库;在数据处理中，使用数据融合技术，对数据进行批量处理得出高效且符合用户需求的数据。数据挖掘技术是从有噪声、大体量、非完全、随机的数据集中提炼未知的，有高价值的数据。是一个反复的人机交互处理的过程。

4.2农业物联网的实际应用

在智慧农业中，感知层将数据采集后，通过网络层将信息转换，筛选过滤掉边缘数据，将不同类型的数据传输到应用层，完成数据存储、分析及其应用。

在农业物联网管理平台中，可以实现信息实时追溯，对传感器设备的远程智能控制，数据统计分析等功能。具有极高的商业和科研价值，成为提高我国农业高水平发展带来了坚定力量。

5、总结：

在农业发展历程中一直存在成本高、人工量大、设备维护难、高新技术在一般乡村建设中投入少等诸多问题。物联网技术在三层架构中围绕农业所独有的特点，不断完善软硬件，依次优化解决存在的问题，将技术落地，实现技术进村入户，从根本上解决农业智慧化推广难的问题，实现智慧农业长远快速发展。

参考文献

[1]赵佰平.基于物联网技术的智慧农业大棚设计与应用[J].农业与技术，2021，41（13）：69-71.

[2]张彦丽.农业物联网在设施农业中的应用探究[J].新农业，2021，{4}（13）：75-76.

[3]高云茜.智能制造背景下传感系统在智能农业发展中的应用[J].农机使用与维修，2021，{4}（07）：39-40.

[4]孙瑞娟，党晓圆，杨佳义.基于物联网技术的温室微气候监控系统设计[J].农业与技术，2021，41（12）：48-51.

[5]董明星.人工智能技术在物联网中的运用[J].现代工业经济和信息化，2021，11（06）：117-119.

作者简介：孙莉，女，汉族，硕士研究生，助教，研究方向：农业物联网、大数据。