农业物联网技术的实践应用及创新策略

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一、农业物联网功能分析（一）环境监测

农业物联网结合着先进的传感器技术实现了种植环境的实时监测，并且将监测到的数据实时传输到终端设备当中，这个过程中既能够对生态环境变化进行监测，同时在环境治理中出现安全隐患和潜在隐患时，系统能够实时地将参数信息反馈到物联网终端，实现硬件控制，最大限度地减少安全隐患。并且农业物联网还能够根据监测到的环境参数数据生成综合曲线图，便于工作人员开展相关的检查和分析，并对未来的发展趋势进行综合预测，这个过程中可以结合着MapReduce基础框架进行综合应用，然后通过计算数据实现基于LoRa的本地连接。同时终端节点和服务器之间的参数数据存储采用LoRa的基本模式进行双向通信，能够促进数据实时的与服务器之间进行衔接，最终呈现出完整的发展指导过程。

（二）构建农作物生长模型

农业物联网根据实时监测的数据能够综合评估农作物的未来发展态势，这同时也是环境监测数据和数据挖掘点的关键所在[3]。数据挖掘的过程中有较了农作物生长过程数据、环境参数、历史发展数据以及各个阶段的发展状况数据，最终生成了农作物历史成长模型。这个模型能够深刻感知到农作物从播种开始到成熟所需要的时间以及各个阶段里生长过程所需要的生长养分的基本需求。在拿到第一手监测数据后，可以制定综合施肥和职业管理措施，保证农作物的高质量生长。

（三）地块标注

地块标注功能同时也是农业物联网的系统核心功能[5]，由于农作物的种植过程所需要的土地面积较大，因此可以对各个部分的地块进行综合标注，促进统一的管理过程，便于各个部分能够统一协调的发展。各个地块的标注过程中，通过物联网系统能够实现各个地块的属性信息和参数的标注，便于工作人员能够充分地了解各个区域内的参数情况，尤其是影像提取的过程才能够实时地获取地块内的农作物的生长状态，并结合着图像数据挖掘算法实时地对农作物生长过程进行信息挖掘，最大限度地节约了时间资源，同时分布式的地块范围也为科学化的种植提供了参数依据。

二、物联网系统设计方法（一）无线传感网络设计

网络系统设计需要重点关注农作物的生长过程中所需要的具体环境参数，其环境参数主要有两大主要部分，一是室内空气环境参数，二是营养物质参数。这两类参数都可以依赖无线传感器实时地进行参数采集。同时在物联网系统的设计过程中，系统设计过程主要是基于ZigBee协议为主要目的组织无线网络技术为基本，能够实现低功耗背景下的功能完整设计，这个过程主要依靠感知节点以及协调器节点共同实现，因此所有的感知节点过程都能够覆盖到感知数据。同时这些数据也是凭借着多种传输方式在协调器节点上进行综合汇总，进而综合满足大棚环境中所需要的实时检测参数要求。

同时在系统设计的过程中，重点将关注的对象放在感知层面的产品设计中，其具体的要求参数涵盖控制信息模块、传感器基础模块、电源参数模块以及通信信息模块等，其中信息参数模块的控制节点主要由 MCN 来完成，设计了以 MSP 为主的非线性处理设备，具有功耗小并且有较快转换能力的特点，同时其外接接口也非常丰富，还能够借助 SPI 接口实现相关的通信过程，具体的硬件结构节点设计如图 1 所示。

农作物生长过程中对室内环境参数要求以及营养物质的控制较为严格，为了最大限度地保证农作物的生长需要，需要实时地对参数情况进行综合调整，尤其是温湿度以及相关气体情况需要进行重点关注。

（二）宽带网络传输系统设计

网络参数布局不仅有自组网的参数性能要求，同时还要包括无线 Wi-Fi 技术的局域网布局，这个过程也要有分布式的多跳参数作为技术基础，促进传输速率上能够达到最高效率和最大数值，跳数的最大数值可以设置为 5，即可以在最短时间内完成整个场地的无线全覆盖。并且在系统设计的过程中要有较快的移动速度和传输速度等参数的要求，完成视频和音频的全局部部署。其中系统的构成主要涵盖三大主要部分，即蓄电池、无线通信设备以及太阳能发电和供电系统。智慧物联网系统能够将所有的传感器和传输节点集中到协调器当中，促进网络节点完成通信的基本功能，实现在线端的完整显示。网络节点的参数具体要求能够至软件功能结合在一起，在有效的通信覆盖率内实现完整的需求调整。尤其是合理的配置布局才能促进稳定的数据传输，因此硬件的设计需要有超高的网络覆盖灵活性参数要求。

（三）视频监控系统设计

智慧农业物联网系统当中的视频监控和图像处理是实现智能化控制的关键所在，不仅能够实现持续报警和监控的基本任务，同时还需要有视频数据的分析的综合处理技术。这个过程中摄像头能够实时地将采集到的图像数据进行综合转换，借助有关类网络参数的部署能够使得其灵活性得到显著的提升。促进了整个系统运行的稳定性和时效性，最大限度地降低人工干预的过程和操作，综合减少储存资源的消耗，提升了数据查询的综合效率。传统的视频监控过程往往是采用人力直接进行监控，因此监控人员的工作压力较大，并且工作过程往往也会产生疏漏现象，导致整体工作效率不高。

（四）远程端口设计

本文设计的系统当中，需要在物联网基础系统上融入数据分析技术，因此在结构设计上还要充分结合着端口识别技术开展相关设计，这个关键要素属于自动化识别技术的一种，能够实现即时即用的数据传输效果。其中农业种植过程涉及的信息数据转换内容较多，数据传感类型以及数据信息参数要求较为丰富，同时还需要不同类型数据之间的相互转换，因此端口的发展还要充分满足不同硬件的实际需求，通过传感器能够准确地获得农作物及其生长环境的相关信息，尤其是重点观察其是否存在病害以及其他的相关质量隐患，传感器实时地将这些环境参数信息进行综合整合，形成完整的农业信息监测的数据参数体系。其他物理模型主要是由于无线网络和通信网络技术构成，其参数处理过程主要是由 Wi-Fi、Zigbee、蓝牙等多类型的传输模式，通过无线传输的形式大大提升了传输效率和速率。同时结合着传输端口技术能够辅助工作人员实时的监测农作物生长的实际状态，这同时也是农作物高质量生长的核心优势。

（五）太阳能追踪器设计

太阳能跟踪装置能够对太阳几何方位的变化进行实时的监测，综合监控自然气象条件的变化所引起的环境空间参数变化。当太阳角度不会影响到追踪器硬件时，追踪器的基本功能就不会得到发挥，因此在设计过程中要有追踪器来实现的跟踪太阳能轨迹，同时还能实现的跟踪室外空间的自然气象条件和参数，进而综合提升跟踪效率和效果。同时在追踪器的跟进过程中，还能在追踪器上安装有太阳能光伏硬件，实时地为系统运行过程提供良好的电能。因此在农业物联网结构设计基础上，既能够提升农作物的监测质量，同时还能够显著降低能源消耗，实现了农业资源的科学化和合理化应用。

（六）无线报警器设计

报警装置是农业生产安全的重要保证，将报警装置融到农业物联网当中能够显著提升系统运行的安全准确度，科学化的预防农田等火灾危险情况的发生。报警装置与传统的室内传感器监测有一定的区别，尤其是在应用实践层面上国内外的发展有一定的技术差别，这需要物联网结构体系中有较为完善和清晰的标准化体系。报警装置的应用能够有效地预防农田中发生的火灾和超载等情况，其预警和报警的主要参数机理来自传感器实时的采集过程，当传感器的参数数据采集超过了预警数值后，警报器装置就会发生报警，进而为管理人员提供有利的工作条件。

（七）水塔喷洒装置设计

喷洒装置及系统涵盖流体、驱动电机、叶片以及动力装置等，其中由液口需要与喷嘴管之间进行衔接，便于盛装槽中的流体能够准确地从喷嘴中喷出，同时在固定位置处还要安装支架，保证设备运行的稳定以及有序流动。喷嘴管支架和安装壳体之间固定连接，形成喷雾的完整环形通道，使得水雾能够在风机叶片的作用方向上完整地喷出，达到喷雾或者施肥的目的。

三、系统整体结构布局

在系统逻辑结构的设计方面，本文设计的系统结构主要涵盖三方面的主要内容，一是感知层，这能够实时地将前端感知参数和感知信息进行综合获取，并且结合传感器参数的实时获取能够对气体环境和土壤环境进行综合监测；二是数据传输层，这层的主要功能是将所有的参数数据和信息以无线高速网络的形式传输到数据处理中心；三是数据应用层，这层结构中主要将采集信息和采集数据进行储存和处理，实现基于环境监测末端信息为主要参数依据的数据调控措施，完成着养液水泵变频调控以及温度变化环境的综合监测。同时数据信息系统还需面向个主要子系统，分别是视频图像实时采集子系统、环境参数感知系统、数据中心综合处理子系统以及无线传输网络子系统等多种硬件系统，凭借强大的算法数据处理能力，能够有效地将数据进行综合挖掘和应用。软件系统的硬件核心是高效率的数据传感器，综合的监测了土壤环境、气体环境以及太阳辐射光照强度等参数，本文设计的物联网参数结构系统中，其所有的参数数据信息都能够借助无线网络系统传输到数据中心进行综合处理，并实时地将参数信息进行反馈。

四、智慧农业物联网的部署应用

大棚内部可以布置相关的参数服务器，其中必有的设备有移动终端设备、数据中心、环境感知传感器以及多个控制节点控制器。其中环境感知处理器主要设置在大棚的木制骨架和金属骨架当中。同时这对骨架的几何形状有一定的要求，如果有垂直骨架则将感知节点安装到固定支架上，没有垂直固定之间时就将其安装到金属固定支架当中，就容易采用无土栽培，垂直生长在种植架上，喷雾装置将营养液雾化后直接喷射到植物根系。

在安装感知节点的过程中，需要确保安装高度要实时的高干植物的生长高度，避免在大棚的实际灌溉过程里出现将感知节点硬件设备淋湿的状况。在下图面的土壤布局过程中，需要将土壤感知的节点全部安装在土壤下，以便于实时测量土壤 pH 参数，实现准确的参数控制。

同时在大棚的人口位置处设置有视频监控部件，可采用旋转式的高清摄像机进行实时的图像采集，这不仅能够对植物的实际生长状态进行实时的监控，同时还能给各植物联网人员监测的相关需求实现报警。Mesh 节点主要安装在种植点的外部，当种植面积过大时，需要确保两个 Mesh 节点能够安装距离在 1km 之内，并且二者之间没有显著的遮挡物，进而综合确保通信过程的稳定性和高性能。数据中心需要有专门的空间进行布置，所有的设备单元需要有稳定的基础单元进行供电，电源可以来自市政供电，在没有市政供电的偏远地带可以结合本田能发电系统和蓄电池供电系统相融合的模式来综合满足电力的实际需求。系统监测中的土壤参数性能以及气休环境参数性能需要有系统化的控制，智能化系统能够将信息数据参数实时地进行反馈，促进预警信息的完善以及水泵滴灌工作得到有效的控制，促进物理网系统本身的应用得到拓展和延伸。智能化的控制终端完善了健康的种植环境，因此农作物的生长过程也得到了强化，最终促进了农作物生产经济效益和经济生态的全面提升。

五、结束语

为了最大限度地保证种植效率和农作物种类，需要强化农作物生长过程中的参数要求，其参数指标涵盖温度、光照以及营养液参数等，传统依赖人工处理的效率和种植效率较低，物联网技术的进步促进了智能化设备和智能化终端的发展，实现信息智能监测，智能决策以及生产方式的优化和改善，形成多化种植方面的知识图谱促进农业生产规模化、工业化、现代化、智能化。综合借助物联网内部的无线宽带需求以及智能传感器，能够促进生长环境的优化，实现环境情况的智能化监测，并实时根据环境参数做出准确的科学决策，实现智能化管理。

参考文献：

[1]高苏广,郑曦,杨贤亮.农业物联网技术的实践应用及创新策略[J].中国新通信,2022,24(20):89-91.

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