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物联网技术在蔬菜种植业中的应用

2016/05/11|发布者: admin|阅读:
【摘要】从物联网应用技术框架的三层结构(感知层、网络层和应用层)入手,研究设施蔬菜安全生产物联网技术及智能化装备的集成。建设基于设施蔬菜的环境感知设备,低成本无线宽带传输网络、智能决策服务技术和反馈控制技术装...

摘要:从物联网应用技术框架的三层结构(感知层、网络层和应用层)入手,研究设施蔬菜安全生产物联网技术及智能化装备的集成。建设基于设施蔬菜的环境感知设备,低成本无线宽带传输网络、智能决策服务技术和反馈控制技术装备等的设施蔬菜种植业物联网感知控制技术体系与业务应用系统,实现病虫害远程诊断、监控预警、肥、水、药智能实施等。 
关键词:物联网技术;蔬菜种植;感知控制 
作者简介:余晓(1982-),女,湖北武汉人,武汉大学信息管理学院硕士研究生,湖北省科技信息研究院助理研究员,研究方向为科技管理;张华(1981-),男,湖北武汉人,武汉大学信息管理学院硕士研究生,湖北省科技信息研究院工程师,研究方向为电子政务。0引言 
近年来,“物联网”概念的出现令人瞩目。物联网不同于传统信息化,它以有效应用为主,主要通过传感器、射频识别等方式获取物理世界的各种信息,结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互,采用智能计算技术对信息进行分析处理,从而提升对物质世界的感知能力,实现智能化的决策和控制[1]。物联网目前更多地依赖于“无线网络”技术,传感器和各种短、长距离的无线通信技术是物联网产业发展的主要基础设施。物联网的出现拓展了互联网应用空间,推进了传感器、RFID 等新兴产业技术的发展和应用领域技术的创新研究[2]。 
2005年11月17日,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2005:物联网》,引用了“物联网”的概念。2009年1月28日,奥巴马就任美国总统后,与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”,作为仅有的两名代表之一,IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念,建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。2009年2月24日2009IBM论坛上,IBM大中华区首席执行官钱大群公布了名为“智慧的地球”的最新策略。 
我国早在2005年11月就成立了RFID产业联盟,次年又发布了《中国射频识别(RFID)技术政策白皮书》,指出应当集中开展RFID核心技术的研究开发,制定符合中国国情的技术标准。 
目前,我国国产化传感器与设备产业已经取得了长足进步,产业初具规模。在蔬菜种植业专用传感器领域,国产化设备发展迅速,在土壤温湿度、作物关键生理指标采集等方面正在打破发达国家长期以来的垄断,展现出良好态势。智能化反馈控制设备也是设施蔬菜种植业物联网应用的标志性技术产品,由于起步较晚,市场正处于培育初期。我国国产化智能控制设备相比于发达国家,还存在较大差距,主要靠引进国外大型现代化温室设备和综合控制系统。在温室环境控制、灌溉控制等领域,国产化设备发展迅速,出现了一批相对实用、可靠的产品。如中国科学技术大学、中国农业大学在水质多参数智能速测、无线传感器网络技术应用于水产养殖业的水质在线监控等方面开展了大量研究,可对水产养殖的主要水质指标PH、EC、浊度、溶解氧、温度、硫化氢、氯、氨氮、硝酸盐和钠离子等进行实时检测。预计通过一批产业化示范项目带动,国内自主蔬菜种植业专用传感器与设备产业将以较快的速度发展成熟,逐渐缩小与发达国家产品的差距,不断扩大市场份额。 
1研究目标 
1.1提高蔬菜种植业生产效率 
一是实现农作物种植基本设施建设信息化和自控化,如灌溉工程中水泵抽水和沟渠灌溉排水的时间流量全部实施信息自动传输和计算机自动控制;二是农产品储存的内部环境因素变化监测、调节和控制完全通过信息系统运行来实现;在种植过程中实现对浇灌水量的控制,并达到最优化,实现随时随地通过网络远程获取环境状况进行智能分析,自动控制湿度,使蔬菜种植处于适宜的生长环境。 
1.2提高病虫害防控水平、保护生态环境安全 
近年来,农作物病虫害发生种类繁多、程度严重,且药剂品种繁杂,防治效果很难达到理想目标。使用物联网技术可以提高农作物品质、减少农药使用、保护生态环境安全,实现生态控制、生物防治和化学调控等环境友好型防控技术措施来控制有害生物的“绿色防控”。 
2实现技术 
2.1设施蔬菜生长环境监测感知 
日光温室、连栋温室测控点由平板电脑、测控模块、各种传感器、电磁阀、配电控制柜及安装附件组成,无线WiFi或GPRS模块与综合控制中心连接,如图1所示。示范联栋温室内传感器检测空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度及二氧化碳等参数。控制设备包括内遮阳、外遮阳、风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备。并对基地设施条件较好的日光温室,构建测控点实现日光温室环境获取、自动灌溉、自动控制等功能。 
2.2调控通信网络建设 
根据蔬菜种植业物联网温室监控应用的需求特点,结合对设施蔬菜物联网应用整体架构体系的研究,提出如图2所示的温室监控通信平台方案。系统终端传感器接入设备、中继设备及网关系统设备跟据我国温室生产及环境监控特点自主研发设计,具有完全自主知识产权,负责传输示范基地的设施蔬菜生长土壤、空气、蔬菜生理生态、营养液成分、外部气象环境等感知信息。 
3应用平台建设 
设施蔬菜物联网应用平台定位在为设施蔬菜物联网应用系统提供传感数据接入服务、空间数据、非空间数据访问服务;作为设施蔬菜种植业物联网感知体系的必要延伸,为海量感知数据的分析挖掘、交换共享和综合服务提供条件,为应用系统提供开放的、方便易用、稳定的部署运行环境,适应设施蔬菜种植业务的弹性增长,降低部署成本,为应用系统开发提供蔬菜种植业基础知识、基础空间数据以及涉农专家知识模型。蔬菜种植物联网应用平台如图3所示。 
4结语 
物联网技术的发展,是实现传统蔬菜种植业向现代蔬菜种植业转化的助推器和加速器,也将为培育物联网蔬菜种植业应用相关新兴技术和服务产业发展提供无限商机。国家发改委为了提前占据物联网技术研究应用的制高点,带动发展我国自主知识产权企业的快速发展,与农业部共同制定了战略规划,瞄准世界农业科技前沿,围绕农业发展需求,加大了物联网技术在蔬菜种植业的研究应用推进力度,努力突破蔬菜种植业应用核心技术,实现蔬菜种植业生产管理过程中对动植物、土壤、环境从宏观到微观的实时监测,定期获取动植物生长发育状态、病虫害、水肥状况以及相应生态环境的实时信息,并通过对蔬菜种植业生产过程的动态模拟和对生长环境因子的科学调控,达到合理使用蔬菜种植业资源、降低生产成本、改善生态环境、提高农产品产量和品质的目的。因此,以信息传感设备、传感网、互联网和智能信息处理为核心的物联网必将在蔬菜种植领域得到广泛应用,并将进一步促进信息技术与农业现代化的深入融合。 
参考文献: 
[1]倪一鸣.浅析我国物联网发展中存在的问题与解决办法[J].科技信息,2012(1):157. 
[2]杨章平.物联网[EB/OL].


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