農(nóng)機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的實踐研究

農(nóng)機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的實踐研究


摘要：隨著科技的發(fā)展,農(nóng)業(yè)機(jī)械也逐漸趨于智能化、節(jié)約化、精準(zhǔn)化和大型化,正體現(xiàn)出節(jié)能、高效、貼合農(nóng)藝的特點；而農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已成為了農(nóng)業(yè)信息化的有效運(yùn)行載體,它將對農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展起到技術(shù)引領(lǐng)作用。為此,本文闡述了物聯(lián)網(wǎng)的概念與特征，物聯(lián)網(wǎng)總控平臺建設(shè)的內(nèi)容和技術(shù)特征，客戶端子系統(tǒng)的建設(shè)要點，節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以及節(jié)點的數(shù)據(jù)采集與對裝備的控制。從可持續(xù)發(fā)展的觀點出發(fā),論述了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化領(lǐng)域應(yīng)用的一些實踐，以及對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)廣泛推廣的一些思考,具體分析了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)、氣候智能型農(nóng)業(yè)、農(nóng)機(jī)作業(yè)管理以及農(nóng)機(jī)裝備遠(yuǎn)程檢測等方面的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)機(jī)裝備 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 智能化 農(nóng)藝 總控平臺 遠(yuǎn)程檢測

一、引言
我國農(nóng)業(yè)正處于由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型時期，全面實踐這一新技術(shù)體系的轉(zhuǎn)變，農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)將發(fā)揮獨特而重要的作用。農(nóng)業(yè)信息化是指人類在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和社會實踐中,通過普遍地采用以通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)等為主要內(nèi)容的高新技術(shù),更加充分有效地開發(fā)和利用農(nóng)業(yè)信息資源,推動農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)村社會進(jìn)步的過程。農(nóng)業(yè)信息化是我國國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化的重要內(nèi)容,是改造我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè),發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組
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世紀(jì)以后，我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)以相對較高的科技含量、市場取向的新機(jī)制、短平快的產(chǎn)銷特點、效益顯著的競爭力，取得了快速發(fā)展，改善了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式、組織方式和運(yùn)行機(jī)制，提高了農(nóng)業(yè)科技含量和物質(zhì)裝備水平，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重要的生產(chǎn)方式。盡管設(shè)施農(nóng)業(yè)在我國已經(jīng)取得成效，但是相比發(fā)達(dá)國家仍存在很大差距，平均單位產(chǎn)量低于國外的30％，單位產(chǎn)量成本大于國外的50％，由于農(nóng)藥使用不合理，產(chǎn)品質(zhì)量遠(yuǎn)低于國外水平。其落后的主要原因是資金缺乏、設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備落后；沒有獲取專家指導(dǎo)的途徑，大多沿襲傳統(tǒng)的種植方法，生產(chǎn)管理粗放；設(shè)施的智能化水平低。
以設(shè)施大棚為例，現(xiàn)代化的設(shè)施大棚應(yīng)當(dāng)具有溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、光照控制系統(tǒng)、排灌系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)、植保系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)。這些系統(tǒng)如何能起到最佳的運(yùn)行效果，就需要根據(jù)植物生長特性量身定制的智能化決策系統(tǒng)來實現(xiàn)生產(chǎn)管理，通過建立溫室小環(huán)境的植物生長模擬模型，在計算機(jī)生長模擬基礎(chǔ)上，開發(fā)溫室生產(chǎn)智能化操作與管理軟件，可分析作物生長與水肥和溫室環(huán)境的相關(guān)性，進(jìn)行溫室內(nèi)外環(huán)境差異分析和能耗評價，因時因地的對肥水管理和溫室環(huán)境進(jìn)行精確有效的控制，從而實現(xiàn)對植物生長和采收期的智能管理，協(xié)調(diào)投入產(chǎn)出比。因此，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的設(shè)施大棚有助于實現(xiàn)植物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效，為我國躋身精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和溫室工程的研發(fā)提供軟件支持和市場準(zhǔn)入機(jī)會。同樣，以科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化為本質(zhì)的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化也具有巨大的市場前景。
三、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)內(nèi)容與技術(shù)特征
1、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
從技術(shù)架構(gòu)上來看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括各類傳感器、識別碼和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端。感知層的作用是物聯(lián)網(wǎng)獲識別物體，采集信息的來源，其主要功能是識別物體，采集信息。在農(nóng)業(yè)中設(shè)計的傳感器件包括水體的有溶解氧傳感器、溫度傳感器、PH傳感器和氨氮傳感器等等；大氣的有溫濕度傳感器、大氣壓傳感器、降雨量傳感器、光照傳感器、O2傳感器、CO2傳感器、風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器等等；土壤中的溫度傳感器、濕度傳感器、緊實度傳感器等等；用于裝備檢測的有電流傳感器、電壓傳感器、震動傳感器、流量傳感器等等。
網(wǎng)絡(luò)層由各種有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)l管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)往往會涉及較大土地面積，如果使用布線方式無疑成本巨大，且施工繁瑣，因此一般會在底層使用多個ZigBee監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。每個ZigBee監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)有一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點和若干個數(shù)據(jù)采集節(jié)點。監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點作為每個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的基站。網(wǎng)關(guān)節(jié)點具有雙重功能，一是充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的角色，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的自動建立和維護(hù)、數(shù)據(jù)匯集;二是作為監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的接口，與監(jiān)控中心傳遞信息。此系統(tǒng)具有自動組網(wǎng)功能，無線網(wǎng)關(guān)一直處于監(jiān)聽狀態(tài)，新添加的無線傳感器節(jié)點會被網(wǎng)絡(luò)自動發(fā)現(xiàn)，這時無線路由會把節(jié)點的信息送給無線網(wǎng)關(guān)，有無線網(wǎng)關(guān)進(jìn)行編址并計算其路由信息，更新數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表和設(shè)備關(guān)聯(lián)表等。無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)果示意圖如下（圖1-1）。

圖1-1
應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用，需要建有一定規(guī)模的總控中心，具有數(shù)據(jù)存儲、運(yùn)算、分析等功能，既對節(jié)點數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、歸類保存，又對外圍設(shè)備進(jìn)行定量控制、精確操作，也可進(jìn)行動態(tài)監(jiān)管和統(tǒng)計對照，是物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行中樞。整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下（圖1-2）。


　 圖1-2
2、總控平臺建設(shè)
總控平臺的建設(shè)內(nèi)容是按物聯(lián)網(wǎng)的功能不同，所要達(dá)到的目的不同而量身定做的，本文以江蘇省現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備創(chuàng)新中心所建的無錫農(nóng)業(yè)與裝備物聯(lián)網(wǎng)總控平臺進(jìn)行分析與說明。
該創(chuàng)新中心所建總控平臺以無錫市高效農(nóng)業(yè)七大業(yè)態(tài)為核心，兼顧江蘇省其他主要農(nóng)業(yè)業(yè)態(tài)，設(shè)水產(chǎn)養(yǎng)殖、茶園、蔬菜、果品、花卉苗木、食用菌、畜牧養(yǎng)殖、試驗室數(shù)據(jù)采集等多個子目錄。針對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，建立三維電子地圖、氣象、水質(zhì)、設(shè)備能耗、農(nóng)機(jī)裝備控制、專家咨詢、安全保衛(wèi)等七大管理系統(tǒng)，實現(xiàn)有線（Internet）、無線（GPRS或3G）、局域有線、局域無線（ZigBee）等多重網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合，將建設(shè)成本和使用成本降到最低。針對設(shè)施大棚，將室內(nèi)溫濕度、土壤檢測、光照檢測、CO2檢測等生產(chǎn)參數(shù)納入管理系統(tǒng)，同時將噴滴灌、卷簾機(jī)、通 ……（未完，全文共6819字，當(dāng)前僅顯示2394字，請閱讀下面提示信息。收藏《農(nóng)機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的實踐研究》）