感知层的功能主要是获取信息,负责采集物理世界中发生的物理事件和数据,实现外部世界信息的感知和识别。包括传统的无线传感器网络、全球定位系统、射频识别、条码识读器等。这一层主要涉及两大类关键技术:传感技术和标识技术。传感器网络的感知主要通过各种类型的传感器对物体的物质属性(如温度、湿度、压力等)、环境状态、行为态势等信息进行大规模、分布式的信息获取与状态识别,它可用于环境监测、远程医疗、智能家居等领域。标识技术通过给每件物体分配一个唯一的识别编码,实现物联网中任何物体的互联。
网络层主要是完成感知信息高可靠性、高安全性的传送和处理。从具体实现的角度,本层由下而上又分为三层:接入网、核心网和业务网。①接入网:主要完威各类设备的网络接入,强调各类接入方式,比如现有蜂窝移动通信网、无线局域/城域网、卫星通信网、各类有线网络等。②核心网:主要是完成信息的远距离传输,目前依靠现有的互联网、电信网或电视网。随着三网融合的推进,核心网将朝全IP网络发展。③业务网:是实现物联网业务能力和运营支撑能力的核心组成部分。
应用层主要是利用经过分析处理的感知数据,将物联网技术与个人、家庭和行业信息化需求相结台,可向用户提供丰富的服务内容,大大提高生产和生活的智能化程度,应用前景十分广阔。其应用可分为监控型(物流监控、污染监控、灾害监控)、查询型(智能检索、远程抄表)、控制型(智能交通、智能家居、路灯控制、远程医疗、绿色农业)、扫描型(手机钱包、ETC)等。
物联网技术虽然是一个新型的交叉学科,但是它的几个关键技术都比较成熟,并分别得到了广泛的应用。农业物联网技术的应用是现代农业
物联网(The Internet of Things)是通过各种信息传感设备,如传感器、RFID、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息,与互联网结合形成的一个庞大网络。
物流网不是一项全新的技术,而是在计算机、通讯技术、传感技术、网络技术以及信息处理技术发展到今天而产生的集成性创新技术。农业物联网核心是通过物联网技术实现农产品生产、加工、流通和消费等信息的获取,通过智能农业信息技术实现农业生产的基本要素与农作物栽培管理、畜禽饲养、施肥、植保及农民教育相结合,提升农业生产、管理、交易、物流等环节智能化程度。
实现生产资料生产环节智能化
利用智能传感器可实现农业生产环境信息的实时采集,组织智能物联网可以对采集数据进行远程实时报送。采用不同的传感器节点构成无线网络来测量土壤湿度、土壤成分、pH 值、降水量、温度、空气湿度、气压、光照度和CO2浓度等物理量参数,同时将生物信息获取方法应用于无线传感器节点,通过各种仪器、仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中,为农作物大田生产和温室精准调控提供科学依据,优化农作物生长环境,不仅可获得作物生长的最佳条件,提高产量和品质,还可以提高水资源、化肥等农业投入品的利用率和产出率,从而实现生产资料生产的智能化、科学化及集约化。
实现农产品种养环节精细化
精细农业(Precision Agriculture)是利用3S,即全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)的差异对地块水平精确到平方厘米的一整套综合农业管理技术,实现农田 *** 作的自动指挥和控制。在土壤检测阶段,通过采用高精度土壤温湿度传感器,依据土壤墒情和作物用水次第施行精准灌溉,不但能有效提高农业灌溉用水使用率,缓解水资源日趋紧张的矛盾,并且为作物提供了更好的生长环境,充分发挥现有节水设施的作用,优化调度,提高效益,使灌溉更加简约有效;在环境监测阶段,有线或无线网络可以将温室内温度、湿度、光照度、土壤含水量等数据传递给数据处理系统,如果传感器上报的参数超标,系统将出现阈值(Threshold Value)告警,并自动控制相关设备进行智能调节。
实现农产品加工环节自动化
物联网技术将进一步渗透到农产品的深加工技术与设备中,使农产品的深加工设备朝着自动化和智能化方向发展。在品质分级阶段,计算机视觉和图像识别技术可用于农产品的品质自动识别和分级方面,如种蛋、谷粒表面裂纹检测。梨、苹果等农产品表面缺陷和损伤的检测。根据大小、形状和颜色对黄瓜、土豆、苹果、玉米和辣椒等果蔬进行自动分级,从而实现农产品加工过程的自动远程控制,实现降低成本、提高生产效率和产品品质的目标。
实现农产品流通环节信息化
在农产品运输阶段,可对运输车辆进行位置信息查询和视频监控,及时了解车厢内外的情况和调整车厢内温湿度。还可对车辆进行防盗处理,一旦发现车锁被撬或车辆出现异常,自动进行报警。在存储阶段,通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察,记录现场情况以保证粮库内的温湿度平衡,为粮食的安全运送和存储保驾护航。在农产品销售阶段,农产品可以实现网络展示于交易,瞬间完成信息流、资金流和实物流的交易,农产品电子商务已不再仅仅是产品供求交易的 *** 作平台,而是前延至产前订单,后续至流通配送等一体化的综合平台,即紧紧围绕产业链环节,在信息化管理的平台上实现信息共享、管理对接和功能配套。
实现农产品消费环节可溯化
由集成应用电子标签、条码、传感器网络、移动通信网络和计算机网络等构建农产品和食品追溯系统,可实现农产品质量跟踪、溯源和可视数字化管理,即对农产品从田头到餐桌、从生产到销售全过程实行智能监控,及农产品安全信息在不同供应链主体之间进行无缝衔接,大大提高了农产品质量。消费者购物时,只需根据商家提供的EPC(产品电子代码)标签,就可以通过电脑、手机、电话及扫描查询机等各种终端设备快捷方便地查询到农产品从原料供应、生产、加工、流通到消费整个过程的信息(见图2),从而作出适当的购买决策,满足了消费者的安全权、知情权、选择权和监督权。发展的需要,也是未来农业发展的方向。物联网技术对于农业应用来说不是噱头,而是机遇。正如20世纪80年代生物技术在农业领域的应用推动了农业科技的跨越式发展一样,物联网科技的发展也必将深刻影响现代农业的未来。
主要应用在设施农业中。对温室各项参数的监测是目前研发的热点,并取得了很好的成果。北京旗硕基业科技有限公司研发的“农用通”已在全国六省市得到了广泛应用,是2010年中国特色农产品博览会上的金奖产品。它由传感器、无线采集器、智能网关、无线控制器、监控管理系统5个基本部件组成,可采集空气温度、空气湿度,土壤温度,土壤湿度,光照强度,二氧化碳浓度6种常用环境参数,结合3G通讯技术、图像监测技术,对温室环境进行有效地监测控制,节省成本,增产增收当前,智慧农业、农业物联网和智能大棚控制系统被不断的提起和广泛热议。那么,这三者如何区别?这里我们重点探讨一下。
一、智慧农业
1、定义
智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去,运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制,使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外,从广泛意义上讲,智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。
2、应用领域
农业生产环境监控:通过布设于农田、温室、园林等目标区域的大量传感节点,实时地收集温度、湿度、光照、气体浓度以及土壤水分、电导率等信息并汇总到中控系统。农业生产人员可通过监测数据对环境进行分析,从而有针对性地投放农业生产资料,并根据需要调动各种执行设备,进行调温、调光、换气等动作,实现对农业生长环境的智能控制。
食品安全:利用技术,建设农产品溯源系统,通过对农产品的高效可靠识别和对生产、加工环境的监测,实现农产品追踪、清查功能,进行有效的全程质量监控,确保农产品安全。物联网技术贯穿生产、加工、流通、消费各环节,实现全过程严格控制,使用户可以迅速了解食品的生产环境和过程,从而为食品供应链提供完全透明的展现,保证向社会提供优质的放心食品,增强用户对食品安全程度的信心,并且保障合法经营者的利益,提升可溯源农产品的品牌效应。
二、农业物联网
1、定义
农业物联网,即在大棚控制系统中,运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、CO2传感器等设备,检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数,通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中,保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件,可以为温室精准调控提供科学依据,达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。
2、应用功能
a实时监测功能
通过传感设备实时采集温室(大棚)内的空气温度、空气湿度、二氧化碳、光照、土壤水分、土壤温度、棚外温度与风速等数据;将数据通过移动通讯网络传输给服务管理平台,服务服管理平台对数据进行分析处理。
b远程控制功能
针对条件较好的大棚,安装有电动卷帘,排风机,电动灌溉系统等机电设备,可实现远程控制功能。农户可通过手机或电脑登录系统,控制温室内的水阀、排风机、卷帘机的开关;也可设定好控制逻辑,系统会根据内外情况自动开启或关闭卷帘机、水阀、风机等大棚机电设备。
c查询功能
农户使用手机或电脑登录系统后,可以实时查询温室(大棚)内的各项环境参数、历史温湿度曲线、历史机电设备 *** 作记录、历史照片等信息; 登录系统后,还可以查询当地的农业政策、市场行情、供求信息、专家通告等,实现有针对性的综合信息服务。
d警告功能
警告功能需预先设定适合条件的上限值和下限值,设定值可根据农作物种类、生长周期和季节的变化进行修改。 当某个数据超出限值时,系统立即将警告信息发送给相应的农户,提示农户及时采取措施。
三、智能大棚监控系统
1、定义
深圳信立科技有限公司智能大棚监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体,通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数,搭建温室智能化软硬件平台,实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制。
智能大棚监控系统可以模拟基本的生态环境因子,如温度、湿度、光照、CO2浓度等,以适应不同生物生长繁育的需要,它由智能监控单元组成,按照预设参数,精确的测量温室的气候、土壤参数等,并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构(喷灌、湿帘水泵及风机、通风系统等),程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。 该系统的使用,可以为植物提供一个理想的生长环境,并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。
2、系统组成
整个系统主要三大部分组成:数据采集部分、数据传输部分、数据管理中心部分。
A、数据管理层(监控中心):硬件主要包括:工作站电脑、服务器(电信、移动或联通固定IP专线或者动态ip域名方式); 软件主要包括: *** 作系统软件、数据中心软件、数据库软件、温室大棚智能监控系统软件平台(采用B/S结构,可以支持在广域网进行浏览查看)、 防火墙软件;
B、数据传输层(数据通信网络):采用移动公司的GPRS网络传输数据,系统无需布线构建简单、快捷、稳定;移动GPRS无线组网模式具有:数据传输速率高、信号覆盖范围广、实时性强、安全性高、运行成本低、维护成本低等特点;
C、数据采集层(温室硬件设备):远程监控设备:远程监控终端;传感器和控制设备:温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、土壤湿度传感器、喷灌电磁阀、风机、遮阳幕等;农业物联网和农业产业互联网的关系都是对农业进行信息化改造。
1、农业物联网和农业产业互联网的区别有以下几点。
2、定义不同:农业物联网(InternetofAgriculture,IIA)是通过传感技术、通信技术和网络技术来实现对农业生产过程的智能化管理和数字化控制。而农业产业互联网(BusinessInternetofAgriculture,BIAN)则是指运用互联网、云计算、大数据等信息技术,对农村产业进行优化重组的过程。两者之间存在很大差别。
3、应用范围不同:农业产业互联网(BIAN)将互联网应用于农业生产经营及管理服务中。而农业物联网则是将感知层、传输层和应用层的信息进行综合分析决策后向用户或者其他相关人员提供及时有效的智能决策和执行服务。
4、发展现状差异很大:从目前全国农村信息化建设推进情况来看,全国农村信息化建设水平不平衡不充分的问题依然突出。从农业产业物联网到农产品电子商务这一过程中,需要有一个数据平台来承载和提供各种数据业务和服务功能。
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