物联网精准农业系统在瓜果种植中的应用

分类：论文范文 发表时间：2021-11-17 11:46

　　摘要：引入基于物联网的精准农业技术能加快我国向现代化大农业过渡的进程。精准农业系统利用BP神经网络算法预测瓜果病虫害，软件系统包含了生产智能管理平台、专家诊断服务系统平台和溯源交易平台，同时应用了RFID、3G、ZigBee等物联网技术。该精准农业系统应用于有机瓜果示范生产，起到了精细控制水肥、及时预警病虫害、降低了生产成本的作用，大范围的应用会产生更好的经济效益。

　　关键词：物联网;精准农业;专家系统;瓜果种植

　　0引言

　　以农业科技创新为主题的2012年一号文件特别强调，要充分利用各种信息技术加快“三农”发展。目前国内外在农业信息化领域取得了一批重要的研究成果，为精准农业的应用奠定了技术基础[1]，不同于传统农业依赖于育种技术、化肥、农药、动力、能源的大量投入，精准农业是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径，其根据作物生长条件与状况调节投入，在对环境和作物长势进行实时诊断后，实施定位、定量的精准田间管理。而物联网是通过信息传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络，其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等技术进行信息的传输与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对真实环境的感知能力，实现智能化的决策和控制。物联网已在不少领域深入应用[2,3]。精准农业与物联网的珠联璧合不但可以最大限度提高农业现实生产力，而且是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径。

　　基于物联网精准农业的瓜果种植系统研究包括软、硬件两部分，的软件开发含三个服务平台,分别为专家诊断服务平台、生产智能管理平台、溯源交易平台。通过无线传感器合理布置融合Wi-Fi无线网络，运用物联网技术实现高效、便捷、实时的科学化瓜果生产管理。

　　1专家系统诊断服务平台

　　依托专家系统的诊断服务平台，可通过总结、收集有机瓜果栽培领域知识、技术和各种实验数据构建专家知识库，实现具有咨询和决策能力的应用平台。如葡萄种植的专家系统，针对分析葡萄栽培中病虫害知识，建立基于BP网络诊断模型，开发了基于人工神经网络的葡萄病害智能诊断系统。该系统基本能实现对葡萄病害的准确诊断，为有效控制葡萄病害的发生率，促进葡萄生产稳定发展具有较好的指导作用。

　　2生产智能管理平台

　　瓜果生产智能管理平台含视频监控、农业环境监测、采集数据的存储。视频监控系统用于定点、定时的观测瓜果生长情况，该系统包括远程Web在线查看、视频数据存储、回放等功能。农业环境监测是精细智能农业中的基础组成部分，用于定量、定时、定区域的监测植物生长环境中的关键影响因素，在本方案中采用以物联网传输技术为核心的监测系统，监测光照强度、二氧化碳浓度、温度、湿度等基本环境信息，并且生产管理者可以使用智能终端、Web浏览器等多种方式实时查看监控区域的详细监测信息，农业专家也可以通过该系统查询、浏览各个监控区域的历史信息，实现监测与分析为一体的智能系统。

　　3物联网传感器节点布置

　　在基于物联网的精准农业环境中，无线传感器节点是采集最未端单元，为保证瓜果最适宜的生长环境，对传感器节点的设计提出了更高的要求，既要求传感器节点能够精确检测设施环境的各种环境参数，又要求合理设计及部署传感器节点，有效覆盖整个环境，最大化整个系统的效率，传感器节点通常是一个嵌入式系统，各传感器节点集成有传感器模块、计算与存储模块、通信模块和电源模块[7]，如图3所示。

　　4溯源交易平台

　　溯源交易平台是扩展服务平台,作为瓜果生产管理功能的延伸，能提升瓜果产品的附加值，该溯源交易平台一方面是方便交易，让果农收益最大；另一方面，平台完善后对公众开放，如通过每箱葡萄上的唯一编码，不仅可以上网查询真伪，查看是哪个大棚种植，是否使用了农药、化肥。溯源交易平台采用B/S三层体系结构，在WindowsNTServer平台下使用，SQLServer2005为数据库管理系统，采用VisualC#.NET编程语言，整个平台是多层分布式体系结构，分为表现层、业务层、数据访问层和数据库4个层次。数据访问用于所有业务层与数据库之间的数据管理，是一个公共层，由数据访问组件与数据库连接组件构成，业务层根据不同的管理对象建立不同的业务组件，如用户注册管理组件、溯源信息采集组件等，还可根据实际需求的变化方便地增改组件，易于系统的维护和升级[8]。通过产品RFID标签识别码可以查询产品溯源[9]，包括产品的种植日期、采摘时间、产品等级等信息。通用使用IE浏览器即可实时查看荆州高端瓜果生产过程，也可产品溯源在线查询，其区别于普通电子商务交易的创新点在于消费者通过瓜果包装上的二维码，可上网查询到每一瓜果的全生产过程数据。消费者不仅仅只查询，还可以起到监督作用。

　　5结束语

　　基于物联网的精准农业系统还处于试验阶段，由于能精细控制水肥、及时预警病虫害、节约人工工时将生产成本降低20%左右，加以网络扩展平台宣传产地瓜果生态生产，价格也得到一定幅度的提升。基于物联网的精准农业系统在瓜果种植中的应用，节省了成本，提高瓜果的品质，为高品质瓜果打下良好口碑，也防止了其他地方瓜果假冒，强化区域生态瓜果打造，为本地高端精品瓜果的推广做好铺垫工作。目前，物联网精准农业主要应用在示范基地，其涉及技术门类多，融合了3G、HTTP、宽带、物联网、传感器等技术，目前成本还较高，也存在一些安全威胁[10]是项目全面推广的风险因素。随着物联网的广泛应用，成本会大幅降低，其应用将拓展到农业生产的各个环节。

　　参考文献:

　　[1]姚世凤,冯春贵,贺园园,等.物联网在农业领域的应用[J].农机化研究,2011,07：190-192.

　　[2]方露.浅析物联网技术在科技馆中的应用[J],科技通报,2012,28(3):165-168．

　　[3]朱景锋.物联网环境下电子政务信息系统入侵检测技术分析与对策研究[J],科技通报,2012,28(4):130-132．

　　[4]杜文莉,周仁,赵亮,等.基于量子差分进化算法的神经网络优化方法[J].清华大学学报(自然科学版),2012,52(12):331-335.

　　[5]刘树文,王庆伟,何东健,等.基于模糊神经网络的葡萄病害诊断系统研究[J].农业工程学报,2006,22(9):144-146.

　　付兵1，2

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