基于物联网智慧农业平台建设大数据的研究

　　摘要：伴随着科学技术的快速发展，物联网技术在众多领域开始得到运用。农业领域也开始采用物联网技术向着科技化、便捷化、高效化方向发展。本论文对比分析了国内外智慧农业发展的现状，介绍了智慧农业的发展趋势。随着物联网技术的成熟，根据中国农业的现状，结合互联网技术，设计并实现了一套基于Web的智慧农业平台，以解决农业生产过程中农民获得即时专家指导，监控农作物生长因子状态，高效控制生长条件，科学降低生产成本等问题，为将来中国智慧农业的全面发展做了初步的探讨。基于这个智慧农业平台，得到相关的农业大数据，然后进行了数据的初步处理，为中国农业大数据的建立提供一定的参考数据信息。

　　关键词：物联网；智慧农业；大数据；B/S；智慧农业；数据库

　　第1章绪论

　　1.1课题研究背景及意义

　　1.1.1课题研究背景

　　中国是一个地域宽广有着上下五千年的历史国家，在中国的历史上主要以农业为主要的产业。农业是作为国家经济的基础，在整个国家经济体系中占有十分重要的地位。纵观中国农业的发展过程，虽然农业技术在随着科技的发展而不断的进步，但是中国农业这种以牺牲资源和生态环境为代价来换取农业的发展模式，造成了许多严重的后果。例如：自然环境破化，生产过程浪费，生态系统抵御自然灾害能力下降，农业生产食品不安全等后果。并且在生产方式上比较粗放，基本上是靠天吃饭，风险抵御能力弱，劳动强度大，投入产出不确定，资源浪费严重。在食品安全上产生了这样的问题：生产出来的农作物是否受到污染，农药残留有无超标，均不能确定。

　　1.1.2课题研究意义

　　智慧农业是农业发展的高级阶段，即集成应用传感和测量技术、计算机网络和通信技术、智能技术及自动控制技术等现代信息技术，依托部署在农业现场的各种传感器节点和通信网络，实现农业生产的田间智慧种植、可视化管理、智能预警及智能化决策等[9]。智慧农业统一平台中的生长因子环境监控系统和生长因子采集设备的开发，可以实现了控制过程精细化、环境控制智能化。基于物联网（IOT）的智慧农业与传统农业和现代农业有着很大的差异，智慧农业是在农业领域运用科技手段实现生产开发的高级阶段，它整合了传感器技术、网关技术、服务器技术、数据库技术、通信传输技术、云计算、云存储以及物联网技术等多个领域的技术，搭载形成一个智慧农业平台。通过这个智慧农业平台，可以实现对农作物生长环境有效监管和对农作物生长过程的全方位全时段检测，以及对生长因素进行合理的控制，这对研究实现农业生产的高效化和推动农业走向智能化有着重要的意义。第一,基于物联网的智慧农业推动农业走向科技化。智慧农业在现场设置多种传感器、无线网关、服务器基站等设备，使现场的农作物的各个阶段的生长信息以更加科学易懂的图表界面传递给生产者，实现了足不出户就可以种植农作物的梦想。与此同时，还有一些报警和控制程序，可以实时预警和对突发的一些情况进行相应的控制，实现了智慧农业的信息化和自动化。第二，基于物联网的智慧农业提高农业生产管理水平。物联网等科学技术运用在农业领域，对于提高传统的农业管理水平有着十分显著的效果。通过智慧农业平台，将现场传感器采集的农作物的生长因素传递给生产者，为生产者提供管理控制的科学数据。通过这些实时数据，可以优化植物的生长环境，确保农作物收益的最大化。智慧农业平台不仅仅提高了农作物的管理和产量，还可以提高在生产过程中对与水、化肥等消耗品的合理利用。最后，基于物联网的智慧农业通过追溯可以保障农产品和食品安全。在农产品的成掺和运输过程中，可以通过电子条形码、无线网络、通信网络和计算机互联网等的联合应用，对产品从生产到加工到包装到出厂到运输最后到达消费者手中这整个链条进行有效的监管，实现了农产品的可数字化的追踪管理，确保每一个农产品的安全，提高了食品的安全性。我国是农业大国，但非农业强国。目前我国农业发展相对落后，基本上是半传统半机械的农业，而国际上许多国家在农业方面都在逐渐向科技化的精细农业发展。面对国内不发达的农业技术和国际的严峻挑战，研究智慧农业是十分有必要的和有意义的。

　　1.2国内外基于物联网智慧农业信息平台建设研究情况

　　从物联网技术崭露头角，到现在物联网技术基本上走入到社会的各个领域，物联网技术在强劲的发展，并且在未来的一段时间必将有更大更强劲的发展。同样物联网技术也冲击了农业领域，使得农业领域的生产方式发生了很大的改变。在国外，首先在农业资源监测领域，由于国外物联网技术发展和运用比较早，美国、德国、日本和法国等一些发达国家运用物联网相关技术建立了先进的农业生态环境检测网络。基于这种网络，运用物联网等科学技术构建了一个可以全国性检测农产品的平台。通过这个平台，可以对全国各个地方的农业生态环境进行检测和预警管理，确保农作物的高效产量以及可持续化发展。其次在农业精细管理的领域，美国、加拿大、法国等国家在大田粮食作物方面机械化精准种植、农业环境智慧监测和智慧灌溉施肥控制、果园生产方面不同尺度的信息采集和灌溉控制、畜禽水产精细化养殖监测网络和精细养殖等方面应用广泛。通过实时数据的分析，对生长因子的精确控制，合理利用资源。最后在食品安全溯源方面，国外许多发达国家在农产品包装标识、动物个体的标识以及产品流通过程中的检测追踪方面取得很大的成就。例如日本利用RFID标签技术和网络通信技术，构建了可以监测追踪农业农产品的追溯系统。一旦有安全问题，就可以追溯到源头。

　　第2章系统技术方案

　　2.1系统主要研究对象

　　（1）基于SOA架构的业务管理平台性能指标系统平台支持即实时数据信息的采集、管理、历史存贮功能；建模及模型驱动功能；具备与企业其他信息系统集成的专用模块，实现应用系统松耦合，并支持本标准列出接口技术要求[18]。（2）数据库业务数据管理应采用关系型数据库；实时数据管理应采用实时和历史数据库[19]。（3）基工业以太环网的网络传输技术，性能指标如下表所示。

　　2.2系统创新内容

　　2.2.1更加全面的感知

　　通过智能传感器等物联网技术，不仅远程实时监测作物生长环境的环境温度、环境湿度[20]、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳含量指标、光照度，还可以根据实际的应用场景监测溶解氧、PH、氮、磷、钾值等技术指标，同时实现对终端设备进行控制：如卷帘、风机、喷滴灌设备。

　　2.2.2更加可靠的传输

　　允许在某些网络设备或线路发生故障时仍然能正常传输数据，为生长因子和质量溯源信息数据传输提供了可靠保证。工业以太网络采用星型结构或环型结构[21]。采用星形、环形、双星形和双环形网络拓扑结构，可以实现提高网络的可靠性的要求。由于双环形的网络拓扑结构其费用高，而且不适用于农业领域的相关生长因素和农产品溯源管理方面，因此设计选择为用单环网络的方式组网。

　　第3章系统的相关技术及初步研究

　　3.1物联网技术

　　3.1.1物联网的概念物联网，英文名称：“Internetofthings(IOT)”或者“Webofthings”，是互联网技术应用的继承和发展，也是新一代的信息技术的重要构成部分[29]。从字面意思理解，物联网即是物体与物体的连接而成的网[30]。它有两个方面的意思：一是物联网最重要最关键的部分仍然是一种网，这种网它是互联网深层次的发展和扩充；二是由人与物的信息交换转变到任何物与物的信息交换，即物物相息。从1999年物联网这一概念提出到现在，由于不同领域的研究者对物联网研究的起点各异[31]，对物联网的描述侧重点不同，所以短期内对物联网这一概念还没有科学官方的定义[32]。本论文认为物联网是通过传感设备，将物体与互联网进行信息流的交互和通信，以实现方便识别、管理和控制的一种网络。基于物联网的智慧农业就是将物联网技术和农业技术结合起来。具体来说就是：通过湿度传感器、温度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器，采集农作物的湿度、温度、光照、二氧化碳的详细数据，并将这些大数据通过网关和传输设备进行存储和传输。农业物联网技术使得农民在家里轻轻点动手指就可以便捷高效的监控农作物的生长情况，并且对农作物的生长进行合理的干预。

　　3.1.2物联网技术的体系

　　物联网是最具有发展潜力的产业之一，它可以带动其他行业的转型或者升级，使传统的企业更具有创新性的发展。可是因为物联网的不断发展阶段中，我国一直缺乏关键型的技术以及相关技术的创新，所以导致了不仅产品档次上不去，价格也下不来的问题。技术落后就会限制发展，缺乏RFID等关键性技术无形之中也大大限制了中国物联网的发展。因此国内物联网关注的热点主要集中在传感器、传感器网关、RFID以及云计算等领域。物联网技术被应用于多个行业领域，不同的行业领域往往具有不同的行业要求和技术形态。但是在这些不同的技术体系中，物联网技术都是主要有四大体系构成。四大体系是感知体系、网络体系、计算与服务体系及管理与支撑体系。

　　3.2系统开发模式

　　数据中心的主要功能在于为监测端提供应用服务，与上位机进行网络通信。网络开发应用系统主要有两种模式：Client/Server客户端/服务端（C/S）模式和Brower/Server浏览器/服务端（B/S）模式。

　　参考文献

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　　[3]孙田野，国家现代农业示范区农业信息化发展战略研究-以常德市西洞庭为例[D].武汉：华中农业大学，2013.

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　　6]史治博，基于RFID技术的仓储管理系统设计[D].江苏：苏州大学，2013.
　　[7]何廷润，农村信息消费升级凸显释放小灵通和数字红利频谱之迫切[J.通信世界，2014，（32）：16-16.

《基于物联网智慧农业平台建设大数据的研究》

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