如今,大数据已经渗透到各行各业。以大数据为指导的生产服务、工作生活和衣食住行的数字化场景比比皆是。

物联网已广泛应用于智慧城市,智慧医疗,智慧家庭,智慧物流和智慧农业等领域。智慧农业是指运用遥感遥测、GPS、传感器、计算机网络、自动控制和专家辅助决策系统等技术,实现对土壤、光照、温湿度、通风、病虫害等检自动耕作、自动采收、自动加工及储藏。农业未来发展的方向是精细化、远程化、虚拟化和智能化。因此,农业物联网将是智慧农业发展的基础和核心。农业物联网系统是运用计算机、通讯、云计算等先进技术,结合传感器,建立数据模型,专家系统等指导农业种植及精准灌溉,实现农场管理智能化、精细化,达到“降本增效”的目的。

农业物联网技术架构主要由四个层面构成,即感知层、传输层、应用层和操作层。

感知层

感知层是物联网的核心,是信息采集的关键部分。由各种物联网设备传感器组成,它是整个农业物联网系统的基础。感知层中广泛使用的就是物联网传感器技术,通过各种环境监测传感器、土壤传感器、气象站、太阳总辐射传感器和视频摄像系统等可实时获取农作物生长的环境信息以及其他生长指标数据。如空气的温湿度、风向风速、降雨量、光照和二氧化碳,以及土壤的温度、湿度、EC(电导率)、水势、PH、叶面的温度、湿度等,还可以实时监测农作物生长状况。

传输层

传输层是主要完成接入和传输功能,是进行信息交换、传递的数据通路。传输层主要是通信中心,负责信息的传输,上传下达,是整个农业物联网系统的通讯中心,也是核心之一。通过无线技术传输感知层所获取的各种信息,也将操作指令发布下去,与应用层、感知层紧密联系在一起。

传输层应用的通信方式有无线有线两种。有线通信技术常用的包括以太网、串口。以太网目前应用最普遍的计算机局域网;串口,通信线路简单,成本低,特别适用于远距离通信,但传送速度较慢,目前在智慧农业中广泛使用。无线通信技术包括2G、3G、4G、WiFi、蓝牙、窄带、LoRA等。2G、3G、4G 严重依赖于网络,适用于有网络有电的地方;WiFi拥有宽带高、传输速度快等优点主要用于电脑、智能手机等的通信;蓝牙通信技术拥有功耗低,传输速率快等优点主要于智能家居等短距离无线通讯技术;窄带,具有低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优点,也被普遍应用;LoRa,布设快,成本相较于窄带更低,但其不能进行深度覆盖。

应用层

应用层包括数据存储分析、生产任务执行和展示操作系统,主要负责数据分析和应用,是整个农业物联网系统的信息终端,并可以远程监测、处理和分析感知层获取的农作物生长环境的各种信息,进行精准灌溉、灌肥指导,以数据为基础建立专家系统辅助农业生产管理、作物追踪朔源和病虫害**远程监测**以及农田作物生长环境视频监控等系统,和感知层、传输层共同搭建起作物整个生长环境的远程智能管理监测系统,并通过操作层(APP、Web、Wap平台)以数据、图片、视频等形式展现出来,这就是农业物联网系统。

应用层的数据分析应用,我们可以知道作物生长期间什么时候需要水和肥,在这个生长期间对水肥需求量是多少?根据作物生长需求规律对水肥药指导精准灌溉;监测的作物数据和作物大数据中心比对,专家查看分析指导作物生产种植和提前预防病虫害,提高和加强对作物的管理。若计划今晚灌溉,但是气象数据显示今晚要下雨,可以暂停灌溉避免作物积水和浪费水资源;通过温度数据可以判定,温度高了我们需要灌溉降温等,这就需要把相关的发指令给操作层。

操作层

操作层主要负责生产任务执行,属于应用层的一部分。以农业种植中的灌溉和施肥为例,在收到灌溉和肥料指令等指令后,就要立即执行,打开水泵和阀门,并根据作物生长灌溉水和肥料所需的时间,数量进行,进行自动灌溉施肥。操作层由智能灌溉软件和自动化灌溉设备系统组成,控制器——通讯中心(4G网或无线局域网)——云平台(应用层)——远程操作端(手机/电脑/iPad)——控制器。

农业物联网的工作原理总的来说就是:

感知层获取作物生长环境等数据信息,传输层负责接收、存储,通过无线通讯技术上传这些数据到应用层读取出这些数据,以便种植者可以第一时间了解农作物生长状况,提前做好相关准备,再借助应用层的数据分析,做出最佳种植和灌溉决策。

农业物联网是一个包含系统和设备的平台,通过农业物联网可对农业生产实施专业指导,提升农场、农业种植、农业灌溉等综合管理水平,从而实现农业生产的专业化、精细化、科学化,慢慢向智慧农业发展靠齐,从以往的“靠经验”转换为以数据为科学指导进行种植,从“靠天”到“知天”这是中国农业发展的进步,也是未来农业发展的方向。

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