基于物联网技术的智慧农业系统开发与实现.docx

智慧农业系统开发与实现 - - PAGE 1 - 绪论 背景及意义 近年来，传统的农业在当下这个社会发展的背景下已经难以满足精准、集约、可靠、实时、便捷的要求。因此，智慧农业逐渐兴起 [1]。智慧农业依靠农业生产过程中的智能决策和量化分析，并且结合多种有关的先进技术，比如物联网技术、传感技术、现场数据采集及测量技术及各种智能化自动控制技术，对农业生产进行集约化运作，以达到提高农作物产量和品质，实现优产和高产的目的 [2 ,3]。 数千年来，我国都是以农业生产为主，农业的发展一直都占有非常重要的地位。尽 管我们国家可以依靠农业养活 14 亿人口，但与日本，荷兰及以色列等农业强国相比，我国的农业模式要落后很多。随着国家科技实力的提升，如何发展农业科技已经成为党和 国家最关心的问题之一。限制农作物生长发育的因素有很多，而传统的农业受自然天气 环境的影响最大，智能温室大棚的出现对这一问题提供了解决方案。温室大棚不但能够 克服恶劣天气等环境因素对农作物的影响，而且能给农作物提供一个良好的生存环境， 满足了人们在不同的季节不同的天气情况下对农产品的需求。同时为解决我国的“三农” 问题提供了一个良好的解决方案，一定程度上加速了我国农业农村现代化的建设进程 [4 ,5]。智慧农业领域中的核心产业是温室大棚栽培，其主要的协调方式是根据不同的天气不同 的农作物来不断调整生长环境，通过对植物生长环境的调节最终能够得到不同的收益数 据，然后再根据这些数据进行分析对比，最终判断得到最大收益的生长环境。根据这个 生长环境，对目标作物进行有针对性的培养便可以实现降低农作物种植成本、使作物产 量翻倍，提高温室种植效率的目的。随着科学技术的发展，人们的需求不仅仅是产量翻 倍，更多重视的是产品的质量问题。因此，人们迫切的希望提高农产品的质量和营养价 值。而温室大棚栽培恰好可以通过掌握作物的最佳生长环境数据，对作物的生长周期进 行合理调整，从而改善其品种，提高其品质。由此可以看出，掌握温室大棚环境数据是 提高作物产量的重要举措，也是温室大棚栽培的重点 [6~ 8]。 进入 21 世纪以来，传感器技术、计算机控制技术、网络技术以及新兴的物联网技术蓬勃发展，利用这些技术来提高大棚的生产效率变得刻不容缓。在此基础上开发的温室大棚监控系统在使用这些技术的同时，也同样提高了温室大棚智慧系统的控制效率。随着科学技术的不断进步，人们所追求东西也越来越多。因此，大力发展物联网技术和智慧农业已成为时代的趋势 [9]。 物联网架构下的智慧农业国内外现状 智慧农业国外研究现状 在大力发展智慧农业事业的方面，一些农业强国在温室环境控制技术方面于上世纪六十年代便做出了初步的研究，如以色列、日本及荷兰等。现阶段，这些国家在智慧农业的发展上已经位列全球前列。不论是温室环境远程操控技术还是温室栽培技术。毫不夸张的说，这些国家在智慧农业方向的发展足以代表该行业最先进的发展水平。国外最早构建的温室大棚控制系统是选用模拟式仪器，仅凭最简单的传感设备进行数据采集和监控。这种控制方式的优点在于其设备成本较小，易于部署的同时也便于使用。缺点是功能较为单一，控制过程只是针对其中的单因子进行控制，没有考虑各环境因子之间的耦合关系。因此，该控制方式效果不佳，也存在局限性。到了上世纪八十年代，温室环境控制技术在计算机技术迅速发展的背景下又进步了一个台阶。人们在之前系统的基础上，开发了基于计算机技术的控制系统。它是一种以计算机和可编程逻辑控制器（PLC） 为核心的控制系统，将温室环境内的参数耦合考虑在控制范围内，通过一系列实验探索， 制定出科学合理的控制策略。同时，由于计算机具备直观清晰的人机界面，可以实时观测温室内的情况，大大提升了温室环境栽培技术的运行效率 [10~ 12]。现阶段，一些发达国家在温室种植上无一例外的都使用上位机监测控制系统，该系统具备高度的智能化特征。这些发达国家的智慧农业技术的普遍发展，为其他一些发展中国家的农业向智能化、专业化和网络化发展指明了方向 [13~ 16]。 由以上描述可知，国外一些发达国家在智慧农业研究方向起步早，技术成熟，设备先进，拥有众多优势。另外，还存在一部分国家由于其国内的国情，决定了其大力发展智慧农业。这些国家在早期的农业发展中不断探索，已经形成了一套具备各自特点的、完整的温室大棚监控系统。而对于中国来说，要想大力发展智慧农业，就必须在其基础上，形成一套自己独特的生产模式，才能在奋力直追的情况下成为后起之秀，实现农业现代化。创新是科技发展的第一动力，在研究和设计符合我国国情的基础上，大力发展创新，努力打造属于自己的温室大棚种植监控系统 [17]。到目前为止，一部分发达国家已经应用物联网技术在农业发展上取得一定的成绩，这些发达国家同时大力