農業物聯網在智能溫室技術中的應用

溫室物聯網技術是以引領溫室作物向高產、高效益、安全優質、低碳環保方向發展為宗旨,以現代物聯網技術應用為手段,通過解央與完善作物生長環境因子的傳感器檢測與網各化傳輸、作物生長過程的優化控制、作物生過程的現代化管理、溯源數據的標準化等

關建技術,構建溫室生產管理物聯網技術與服務本系,達到溫室生產的標準化、工廠化。不僅可獲得作物生長的最佳條件,提高產量和品質,司時可提高水資源、化肥等農業投入品的利用率和產出率,實現了溫室的高產、高效、優質生產。


農業物聯網在智能溫室技術中的應用


感知層

主要是利用智能傳感、視覺圖像、生物化學傳感等方法感知溫室作物生理生態和環境信息,包括室外氣象參數、室內空氣參數、土壤(基質)環境信息、水肥信息、作物生長信息以及病蟲草害信息等-1。其中室外氣象參數、室內環境參數以及土壤的溫度、溼度等參數都有較為成熟的傳感器進行感知,而對土壤和營養液中營養成分、作物長勢和生理信息的探測雖已開展了相應的研究工作,但是目前應用於實際生產的還較少。


農業物聯網在智能溫室技術中的應用


傳輸層

主要是構建現場控制、廠級監控、智能農業物聯網平臺三級信息傳輸網絡體系,實現溫室作物生產的遠程監管,確保信息傳輸實時、安全、穩定;圖3為利用中國學術期刊網的關鍵詞共現網絡分析結果,從結果可以發現,以無線傳感器網絡為核心的溫室環境測控系統成為目前溫室物聯網的主要應用。無線傳感器網絡主要是採用GSM15]、GPRS]、3G1]、4G1固移動網絡通信技術,Zigbeel9]、藍牙(Bluetooth)"]、Wi-Fi]

等無線傳感器網絡方式進行溫室環境信息的無線傳輸。表1為不同通信方式的參數比較],其中GPRS、3G、4G網絡通信技術主要適用於遠距離的信息傳輸,Zigbee、Wi-Fi、藍牙技術用於短距離信息傳輸領域,基於Zigbee無線傳感器網絡技術的溫室環境測控系統是溫室環境測控的研究熱點。


農業物聯網在智能溫室技術中的應用


應用層

主要是對感知層所獲取的溫室內外氣候和土壤環境信息、作物生長信息進行數據管理,並利用作物環境模擬、智能控制、專家推理、智能決策、雲計算、深度學習、大數據等方法對設施作物、環境、病蟲害、土壤和水肥等信息進行處理,為溫室作物生長和環境控制提供支持。


農業物聯網在智能溫室技術中的應用


基於物聯網的溫室環境測控系統物聯網系統在溫室環境測控系統中的主要應用是通過無線傳感器網絡組網採集溫室內的環境信息,如空氣溫度、空氣溼度、土壤溫度、土壤溼度和CO,等,通過匯聚節點和網關進行處理,並通過移動通信網絡或有線網絡方式傳輸至服務器平臺,服務器平臺對所感知的信息進行存儲、管理和處理,服務器端環境調控決策模型根據當前環境參數進行參數優化,並將優化結果通過網絡傳輸至現場執行端進行溫室遠程調控。


農業物聯網在智能溫室技術中的應用


面向溫室物聯網的智能網關與管理系統為了適應不同的生產和管理者在溫室栽培作物、環境監測參數、控制設備參數等不同,適應異構網絡的智能網關技術成為溫室物聯網系統的關鍵,如張海輝等國開發了一種基於WinCE系統的可配置WSN網關體系結構(ReGA),在完成監測數據和控制指令轉發的基礎上,實現現場設備可視化和監測數據綜合管理;陳美鎮等]構建了基於Andriod的溫室環境測控智能網關及其數據同步方法,其結構如圖5所示,智能網關的多路串口通信接口與溫室環境測控網絡的匯聚節點進行連接,實現基於Zigbee、RS-485通信方式的測控網絡擴展,從而構建現場級環境測控無線傳感器網絡;智能網關通過無線路由器生成的Wi-Fi網絡或者通過3G上網卡,實現互聯網接入,實現與服務端的連接。在此基礎上,根據溫室環境測控的現場端、WEB服務端和手機應用端軟件開發需求,構建了物聯網網關與服務器的數據同步通信機制,實現了溫室環境測控網絡參數同步配置、網關和服務器端數據庫自適應匹配,智能網關、Web客戶端和手機APP客戶端界面自適應生成等功能,圖6為所生成的溫室環境測控客戶端界面。用戶通過在網關或服務器端根據協議對控節點傳感器節點和控制節點進行參數配置,系統通過數據同步機制、數據庫匹配和界面生成功能構建整個物聯網測控系統,而無需進行系統軟硬件開發,從而降低了開發成本。


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