物联网技术在农业上的应用

物联网技术在农业上的应用

网络钓鱼是世界上信息系统的第三波。美国提出“智慧地球”,欧盟提出了物联网行动计划(InternetofThingsAnActionPlanforEurope),日本提出了U-Japan计划。而我国将物联网正式列为我国五大新兴战略性产业之一,并作为国家十二五重点支持方向。近年,物联网技术广泛应用于现代农业生产,降低了人力、物力等资源的消耗,缓解了对农田环境的影响,通过使用无线传感器网络和自动化、智能化、可远程控制的生产设备,实时、准确地掌握农作物的生长情况和生长环境信息,使种植户在家或办公场所可以实时监测相关农田信息,实现科学化种植,促进现代农业发展方式质的变化。笔者将物联网技术应用于现代烟草农业生产,以期为现代烟草农业发展提供参考意义。1网络技术及其应用现状1.1云计算和超级计算机物联网是通过红外感应器、射频识别(RadioFrequencyIdentificatio,RFID)装置、全球定位系统、激光扫描器等相关信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,先进的云计算技术和超级计算机则可以对海量数据进行整理分析,帮助人们做出正确的行动决策,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网结构复杂,逻辑上主要由感知层、网络层、应用层共同构成的信息系统构成(图1)。感知层通过RFID、电子标签、识别码、二维码、智能卡、监控设备、传感器、M2M终端等技术采集所需要的信息;网络层将采集到的信息通过家庭物联网网关终端设备、M2M终端设备、共享式网关等经过现有广电网络、互联网、通信网络等网络实现信息的传递和处理,应用层完成信息的分析处理和决策,并完成特定需求的智能化应用和服务,从而实现物—物、物—人之间的识别和感知,最终达到智能化服务作用。1.2关键技术1.2.1基本的rfid系统RFID是一种非接触式自动识别技术,通过射频信号,无需人工操作能自动识别特定目标并获取所需的数据,可工作于各种恶劣环境。最基本的RFID系统由电子标签、读写器和天线3部分组成(图2)。当电子标签进入读写器的工作区域后,电子标签接收到读写器发出的电磁波,发送出自身编码等信息被读取器读取,读写器解码后送至电脑主机进行有关处理。1.2.2点组成的无线自组织网络无线传感器网络是由随机撒布或按特定要求部署的传感器节点组成的无线自组织网络(图3)。这些体积较小、能源受限,具有一定计算、存储和无线通信能力的传感器节点感知、采集网络覆盖的地理区域内感知对象的信息,并传送给观察者。1.3农业物联网面临的主要问题是一个问题我国幅员辽阔、自然地理复杂,各种自然灾害频发,农业基本靠天吃饭,将物联网技术用于解决“三农”问题是一个很好的发展机遇。目前,现代农业领域的物联网应用主要包括实时监视农田的灌溉和周边情况,实时采集农田土壤水分、土壤pH、农田区域温度、湿度、大气、降水量等信息。从而转变农业生产、管理方式,帮助农民减灾、抗灾,真正达到信息化、现代化种植,进而提高农业的综合效益。1.3.1基于rfid技术的牛肉安全控制随着RFID技术和传感器技术的不断发展和成熟,实现了部分农产品从“农田到餐桌”的全过程安全监管。2007年,国内几个大城市推广应用基于RFID的肉牛生产全程质量安全可追溯体系和生猪全程质量安全追溯系统。实现了生产—加工—运输—销售等环节的全过程监控和追踪,保证了农产品的质量和安全。1.3.2无线传感器节点的作用近年物联网在农业生产领域中的运用卓有成效,其关键技术包括温室控制模式和PC机监控。系统采用物联网技术,在温室中预先布置所需要的传感器节点,通过这些传感器节点采集温室内湿度、温度、光度、通风、pH及营养液供给等情况,并由无线传感器的无线通信模块经无线网关传输所采集的信息,通过互联网传送到数据库服务器及终端机,从而实现对温室的远程监控。同时,终端可以反向传送控制和决策信息到温室的终端设备,从而实现温室综合环境的控制,使栽培环境达到最佳水平,并合理使用资源,提高农产品的产量和质量。温室监控逻辑结构如图4所示。2物联网在现代草业的发展分析中的应用2.1打造“卷烟上水平”是行业发展的重要载体“十二五”规划明确提出要以加快经济发展方式转变为主线,推进物联网研发和应用。同时,烟草行业“卷烟上水平”总体规划进一步强调,“卷烟上水平”是行业发展方式转变的重要载体和具体体现,打造中国烟草物联网是“卷烟上水平”的重要任务之一,是行业面向未来提升核心竟争力的重要支撑。将物联网技术应用到烟叶生产和科研中是现代烟草农业依托新型信息化应用的一大进步,可以改变粗放的农业经营管理方式,提高对烟苗疫情、疫病防控能力,从而引领现代烟草农业的发展,对现代烟草农业发展具有一定参考意义。2.2技术分析2.2.1自动操作机关在培育烟苗的智能温室里,按烟草萌发4大要素(温度、光照、水分、氧气)部署相关传感器节点(图5),实时采集湿度、温度、光照、营养液(pH)等生长环境参数。同时也配置一些可远程控制的监视器、移动喷灌机、排气扇、自动剪叶机。根据温度、光度传感器得到数据,依据当前阶段烟苗生长特性采取相应操作。如自动卷起温室膜、拉起遮阳网。根据湿度传感器所得数据,自动开启通风机,调节温室内湿度。在苗池里部署水深感应器和pH传感器,根据播种期和大十字期所需水深调整苗池水量,根据烟苗不同生长阶段和育苗环境所需,调节营养液浓度。根据氧气传感器所得数据,实时掌握温室里的氧气浓度,避免高氮气、氯气过高影响烟苗生长。智能温室使工作人员摆脱繁重的工作,提高了工作效率,使育苗阶段更加科学化,从而更好地实现烟苗高茎壮苗,并体现了信息化的作用。2.2.2传感器节点的检测以传感器和测点式采用无线传输(如移动的GPRS或电信的3G等)和必要的有线传输技术传输由传感器节点采集到的智能温室信息,并且可以反向传输应用层所给出的控制和决策信息。2.2.3智能化决策服务该层的功能是分析、处理感知的信息。结合年度烟叶标准化生产技术方案,提供专业的系统应用集成服务,形成智能化的解决方案集。如请专家或通过人工智能专家系统对烟苗的病虫害长势等进行科学诊断与决策。同时,通过软件开发、智能控制等技术可以实现移动设备(如手机)成为应用系统终端发送控制和决策信息。2.3将物质网络应用于现代草业的解决2.3.1缺乏一个标准化体系制约物联网产业发展的最大瓶颈是标准的缺失。从技术层面看,目前主要缺乏数据模型的标准化和接口的标准化2个方面标准。2.3.2室二氧化碳传感器目前,1个湿度传感器要几百元,1个温室二氧化碳传感器要2000多元,而且部分传感器使用一定年限后还需要校准或更换,数据的采集及传输设备价格也不便宜。2.3.3对用户的要求很高2.3.4其他特殊安全问题除了面对移动通信网络的传统网络安全问题之外,物联网还存在一些特殊安全问题,主要是:传感器节点等物联网设备的本地安全问题;感知网络的传输与信息安全问题;核心网络的传输与信息安全问题;物联网业务的安全问题。3创新和应用新技术将物联网应用于现代烟草农业来说任重道远,是挑战,更是机遇。随着物联网技术的应用和发展,设备的成本会越来越低,应用的范围越来越广,更多的创新应用会被挖掘和体现。相信在不远的将来,“无论是在办公室、还是在