物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用

中国农业科学院 兰红宇

前言

农业物联网技术涉及信息采集、传输，可对农业生产相关情况分析、研究，这个过程中应合理运用物联网技术，比如：RFID 技术、传感网技术、wifi 技术等，然后将物联网技术运营应用于智慧农业节水灌溉中，充分发挥出其应用价值。

1 智慧农业、物联网技术相关概述

智慧农业，为在传统农业中使用智能技术、计算机和移动设备等，实现农业生产全过程智能化控制的农业生产模式。智慧农业涉及先进的信息技术，比如：大数据、云计算，以及物联网和人工智能等技术，运用到农业生产中利于及时采集农业生产信息自动化，可借助计算机的作用实行相关处理，为做出智能决策奠定坚实的基础[1]。当前，物联网没有统一的定论，可以理解为物物相连的互联网，物联网的重点部分为互联网依赖互联网形成新型网络。除此之外，物联网用户端扩展至相关物品中，会达到物品间信息交换、信息通信的目的，利于在不同时间、不同场所、不同物体间进行互联。

2 智慧农业中常用的物联网关键技术研究

2.1 RFID 技术应用情况

这一技术为射频识别、通信技术的手段之一，工作原理为通过使用无线电讯号感知监测目标，完成数据记录工作。在短距离信息传输、识别中应用效果较佳，经应答器、阅读器、软件系统等构成，数据记忆容量非常大、抗污染能力较强，而且具有耐久性佳、扫描速度快等优势。除此之外，扫描的速度较快，可在智能农业物联网技术中发挥关键作用，设备的内部芯片会及时传输储存信息，此时阅读器会接收到频率信号、实行信息数据处理。最后，传输至后台操作系统，利于有效控制信息数据，物联网技术中通过频率波段完成短距离直线传输和信息传输的速度较快[2]。

2.2 Wifi 技术应用情况

Wifi 技术为电子设备和局域网连接的技术，支持多个电子产品无线上网，能达到无线网络传输的效果。较多公共场所逐渐实行无线网络覆盖，封闭空间下辐射的范围约为100m, 如果处于空旷的室外覆盖距离约为210m。可见，物联网技术智能农业中应用、推广，该项技术的应用能负责重要的信息感知任务，便于更好地完成信息传输工作。其中信息感知方面传感器收集环境、传感器收集信息，需借助wifi 技术作用处理，然后将所收集的信息交换、传输到应用缝隙层，说明这一技术作为物联网技术，在智能农业中运用可发挥重要的作用。

2.3 传感网技术应用情况

该项技术的应用需及时采集信息，数据处理部件、通信部件为随机分布，加强联系的同时会形成网络结构——传感器。节点数量非常大，处于复杂环境下适应力得以保障，信息传输能力尚可，信号间会产生一定的干扰情况，然而单个节点部件传递数据量较小、节点密集、随机分布，因而不会造成过大的干扰。但需具备能量储存功能，及时完成自身能量补充工作，传感网技术作为物联网技术的核心，在物和物间连接、信息交换、信息传输等多个方面，均可发挥关键作用[3—5]。近年来，这一技术的不断发展，有效促进了物联网技术领域的发展，达到物联化的效果，并将信息感知层、传输层、应用层联系起来。

3 智慧农业物联网基本架构研讨

3.1 物联网感知层情况

RFID 设备、传感器，以及视频监控设备，均属于物联网感知层的重要部分，可以收集相关数据信息，使用zigbee 和CAN 节点，在收集信息后及时传输至物联网智能网，满足现场数据信息采集、监测方面的需求。使用系统处于上层位置，传达指令经智能网关传输至继电器，会对农业设备开关调控，从而获得农业生产环境智能调控的理想效果。

3.2 系统结构设计情况

智慧农业物联网系统涉及智能监管及自动调控系统、信息采集器、智能网关等设备，采取信息采集器能收集环境相关信息，及时处理后形成模拟信号，再由模数转换器处理变为数字信号，借助无线传输设备的作用，促使信号——电磁波发生转变。无线传输设施使用能耗不会很大，但是健网活动的空间比较大，能够以多终端介入zigbee 技术，智能网关主要负责数据信息处理工作，便于及时将信号传输到监控中心，再通过监控中心实行信息分析、信息存储，经专家系统判断采集的信息。此时，便于在第一时间将调控指令发送于自动控制器，进行现场设施自动化控制，现场图像信息传输到监控中心，可以实现远程可视化监控的效果[6—9]。

3.3 物联网应用层情况

物联网应用层可为终端用户提供服务，作为智慧农业的主要部分，能联系用户需要，构建相应的操作平台。与此同时，物联网应用层有较多应用系统，便于很好地辨识农业生产环境、农业生产整个过程、农业生产病虫害等方面，应用层会将物联网感知层所收集的信息，作以分析、处理，故此可为农业生产场地自动化管控提供良好的支持。应用层的使用可实时采集农业生产数据、农业产品流通过程数据，在数据分享、帮助工作人员做出相应决策、合理利用资源等方面的优势突出，另外会对生产后流通、安全生产追溯，以及不同路径销售等环节进行管理、控制，有助于促进农业的整体发展[10]。

3.4 物联网网络层情况

网络层会使用WLAN 技术、LAN 技术、CDMA 技术、4G 技术等，保证传输农田生产信息、控制指令的准确性和可靠性。同时，物联网网络层会将感知的相关数据信息，秉持安全、快速、无障碍的原则传输至所需区域，使得数据信息满足长距离通信、大范围通信的需要。

4 智慧农业节能灌溉中物联网技术具体应用对策探讨

4.1 在农业灌溉中的应用

农业灌溉作为农业生产的主要部分，在田地中安装各类型传感器，收集了作物生长温湿度、光照相关资料，并编制了灌溉的计划、发出灌溉指令，便于实现自动进行灌溉操作，促进农作物良好生长、节省水资源[11]。

4.2 在农业监管中的应用

农业监管的核心工作，为对农业生态环境、农产品质量及安全方面的监督和管理，农业生态环境直接关系到农产品的质量、安全问题，这个过程中使用物联网技术能及时获取农田环境质量方面的数据，然后通过系统分析并评估农田生态环境，编制完善的环境计划。同时经信息传输分析获得适合检测土壤生长的农作物，检测出这一土壤中存在的问题，在第一时间实行土壤调控、环境优化工作[12—15]。不仅如此，上述对策的实施还可达到农产品安全追溯监察的目的，物联网技术开发追溯管理系统运用到了农产品安全质量追溯中，有助于对禽兽疫苗电子出证加以监管，在这个过程中使用RFID 技术和智能二维码，均能够获得农产品生产整个过程追溯的效果，如此在提高生态环境、农资及农产品的安全性方面，均具有积极的影响。

4.3 在农业病虫害防治中的应用

病虫害的出现，会对农作物生长状况构成严重威胁，进行该方面防治管理工作，可提高农作物的产量、控制农药的使用量。利用物联网获取农作物不同生长时期病虫害数据信息，可准确了解病虫害相关情况，比如：发生时间、发生位置、药剂类型等，在此之后实行农药自动喷施处理即可，能够有效防治病虫害[16]。

4.4 在农业生产中的应用

物联网技术在农业生产中应用，特别为在温室大田种植、禽兽水产养殖，以及农机物联网中运用，均可以获得较好的效果。这就需要关注到监控环境的变化、进行智能化管理，可经无线传感节点/有线传感节点、太阳能供电系统，以及信息采集设备、传输系统等，及时获取植物生长环境相关信息，以此准确掌握监控环境的变化。与此同时，应对土壤水分及温度、空气温湿度、光照强度和植物养分含量等进行监测，在此之后联系监测相关参数情况，对农业园区作以灌溉、自动降温、卷模、液体肥料施肥、喷药等处理。另外，需对实时图像进行监测，建议在农业园区安装视频监控，旨在准确掌握实时状态，反映出农作物生产、禽兽水产养殖相关情况，然后编制相应的种养计划，获得数据方面的支持[17]。

4.5 在农产品销售中的应用

网络在线销售为农产品销售的基本路径，通过物联网于电商平台展示农产品生产的过程，帮助消费人群对农产品进行正确认识、取得其信任。智慧农业中采取物联网技术构建农产品安全追溯系统，会对生产农产品/运输包装整个过程加以安全保障，在农产品上贴RFID 标签有助于运输、仓储及销售等过程中，于第一时间获得重要的数据信息。因而，应构建农产品安全追溯系统，经这一系统加强对农产品生产、加工，以及运输、销售等数据信息进行共享及管理，以此加强对农产品整个过程的追溯管理。

4.6 在农业资源利用中的应用

通过使用卫星遥感技术、互联网技术，收集并监测农作物生长情况、农作物品质、农作物面积和估产、土壤、植保信息等，从而实现规划、监测某特定区域农业生产的效果。当前，我国物联网技术得到了很好的发展前景，这和GIS 系统发展、GPS 系统发展，存在紧密的联系，两者为协调运作能及时收集、整理相关信息，然后选取wifi 技术处理信息、传输信息，利于达到农业统筹规划的目的[18]。如此一来，不但能全面了解农田有益水分、土壤分布、肥料分布等状况，并且能够对监测区农作物生长、植物病虫害进行预警，为准确做出农业生产决策奠定坚实的基础[19]。

4.7 在农产品电商中的应用

对接农业物联网，为农产品电商发展的主要方向，和淘宝、京东可很好地区分，使用物联网技术便于为农产品电商平台推荐农产品、进行网上交易提供支持，同时可以实现农产品生产全过程追溯的效果。主要经农业生产监控视频和VR 体验的形式，可有效取得消费人群对农产品的信任、调动其购买欲望，然后有目的地培养消费群体，维护农业生产者的经济收益、推动农业的可持续发展。

5 智慧农业中物联网技术应用未来发展趋势、相关建议

为促使物联网技术、智慧农业融合，达到农产业转型、升级的目的，除了实行农业信息建设补贴外，还应明确农业物联网相关产品设施、设施内农业购置补贴的范围，制定相应的鼓励机制，以此更好地调动科研院校、科技农业和电信运营商参与进来[20]。与此同时，需要对农业无线传感网络技术、相关产品进行深入研究和使用，通过专家团队确定农业物联网技术相关标准。

6 结语

物联网技术应用于农业领域中可加强智慧农业建设水平，因而应该有效运用这项技术于智慧农业节水灌溉中，旨在发挥出物联网技术在农业灌溉领域、农业监管领域、农业病虫害防治领域及农产品销售领域中的最大作用。