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智能農(nóng)業(yè)論文:制造智能技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械論文

1農(nóng)業(yè)機(jī)械制造智能技術(shù)

智能化是制造自動(dòng)化的發(fā)展方向，很多專業(yè)性機(jī)械制造智能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)水平，而在農(nóng)業(yè)制造領(lǐng)域，還在起步階段。農(nóng)業(yè)機(jī)械制造智能技術(shù)是專門研究產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、加工、銷售、售后乃至維護(hù)維修的整個(gè)技術(shù)過程，并將提高產(chǎn)品質(zhì)量、效益、競爭力作為最終的目標(biāo)。農(nóng)業(yè)機(jī)械制造智能技術(shù)包含了生產(chǎn)對象、生產(chǎn)資料、能源、人力資源、生產(chǎn)和質(zhì)量信息等內(nèi)容。其中，生產(chǎn)對象、生產(chǎn)資料與能源屬于硬件范疇，生產(chǎn)和質(zhì)量信息則是軟件范疇，而人力資源則是兩者都屬于。在諸多的生產(chǎn)要素之中，人的要素處于主要地位。

2兵團(tuán)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造智能技術(shù)現(xiàn)狀及其與內(nèi)地的差距

2.1兵團(tuán)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造智能技術(shù)現(xiàn)狀

近年來，雖然很多企業(yè)在農(nóng)業(yè)制造業(yè)方面不斷采用先進(jìn)的制造技術(shù)，像北疆的科神數(shù)控設(shè)備已占企業(yè)機(jī)加工設(shè)備的30%以上，且已經(jīng)引進(jìn)了CNC加工中心，企業(yè)的機(jī)加工能力得到了很大提升。公司已經(jīng)啟用了企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP），以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供決策運(yùn)行手段的管理和服務(wù)。南疆的天誠對企業(yè)設(shè)備也進(jìn)行了較大投資，且已經(jīng)在某些焊接生產(chǎn)線采用了焊接機(jī)器人，大大提高了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量和工作效率。但是這些進(jìn)步與內(nèi)地專業(yè)化農(nóng)業(yè)及機(jī)械制造業(yè)相比，仍在許多方面存在著較大的差距。

2.2兵團(tuán)與內(nèi)地在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造智能技術(shù)上的差距

2.2.1管理

內(nèi)地的農(nóng)業(yè)機(jī)械制造業(yè)廣泛采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理，對于組織和管理制度的更新與發(fā)展都較為重視，并對生產(chǎn)模式加以完善，力求達(dá)到準(zhǔn)時(shí)、快速、高效的生產(chǎn)制造。比如采用MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)），該系統(tǒng)包括計(jì)劃排產(chǎn)、過程糾偏、質(zhì)量控制、資源優(yōu)化、數(shù)據(jù)采集、電子看板、ERP集成等模塊。系統(tǒng)依據(jù)ERP或手工輸入的生產(chǎn)任務(wù)，通過精細(xì)排產(chǎn)，得到可執(zhí)行的工序級(jí)生產(chǎn)排程，并通過對生產(chǎn)執(zhí)行過程的詳細(xì)進(jìn)度、用料、用時(shí)及質(zhì)量等信息實(shí)時(shí)跟蹤統(tǒng)計(jì)，以數(shù)字化的方式、智能化的形式直觀地展現(xiàn)生產(chǎn)全過程。而兵團(tuán)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造業(yè)采用計(jì)算機(jī)管理的水平還正處于起步階段，大多數(shù)的企業(yè)仍然處于陳舊的經(jīng)驗(yàn)管理階段，是兵團(tuán)農(nóng)業(yè)機(jī)械的制造業(yè)發(fā)展步伐緩慢的原因之一。

2.2.2技術(shù)設(shè)計(jì)

內(nèi)地的農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)化廠家對設(shè)計(jì)方面要求嚴(yán)格，且更新速度較快。由于大量采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD/CAM），部分大型企業(yè)甚至已經(jīng)開始脫離圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造。而兵團(tuán)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造企業(yè)，對于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的使用尚比較局限，使用水平有待提高，兵團(tuán)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造業(yè)技術(shù)發(fā)展推動(dòng)力不足。

2.2.3制造工藝

內(nèi)地農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)廠家比較廣泛的使用數(shù)控加工，許多新型的加工方法，例如：激光切割、高精密加工、復(fù)合加工技術(shù)等也得到廣泛應(yīng)用。然而這些新型技術(shù)在兵團(tuán)農(nóng)機(jī)制造企業(yè)基本沒有應(yīng)用，有的甚至還在企業(yè)議程之中，使得兵團(tuán)農(nóng)機(jī)機(jī)械制造技術(shù)仍然處于低水平狀態(tài)。

3發(fā)展建議

3.1系統(tǒng)優(yōu)化

農(nóng)業(yè)機(jī)械制造過程中對速度、精度和效率以及柔性化和智能化的要求較高。在采用高速控制系統(tǒng)的同時(shí)又改善了機(jī)床的特性，使得機(jī)床的速度、精度及效率大大提高。而柔性化不僅僅指機(jī)械本身，還有群控系統(tǒng)的柔性，數(shù)控系統(tǒng)的本身就是采用模塊管理的方式進(jìn)行管理，裁剪與組合性比較強(qiáng)，能夠滿足用戶的不同設(shè)計(jì)和需求；群控系統(tǒng)則是根據(jù)制作流程的要求不同自動(dòng)進(jìn)行修正和調(diào)整，使得群控系統(tǒng)的效能充分發(fā)揮出來。為了適應(yīng)快速變化的社會(huì)市場環(huán)境，僅有柔性化是不夠的，機(jī)械制造智能化也需要不斷升級(jí)改造以適應(yīng)當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，只有具備了智能化才能應(yīng)對更加復(fù)雜的市場發(fā)展環(huán)境。

3.2多媒體技術(shù)的應(yīng)用

在智能化的數(shù)控系統(tǒng)中要做到用戶界面的圖形化、科學(xué)計(jì)算的可視化與多媒體的結(jié)合和應(yīng)用。用戶界面是系統(tǒng)與使用人員之間的橋梁與窗口，由于使用人員的要求不同和專業(yè)性差異，給計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)與研制帶來了較大的難度，采用圖形化用戶界面后，使用者在使用時(shí)較為方便。科學(xué)計(jì)算的可視化可使可視信息直接使用，比如說圖像、動(dòng)畫演示等?？梢暬夹g(shù)的應(yīng)用與計(jì)算機(jī)的虛擬技術(shù)環(huán)境結(jié)合起來，使智能化領(lǐng)域又進(jìn)一步得到拓寬。而計(jì)算機(jī)、聲像以及通信技術(shù)完整的結(jié)合便形成了多媒體技術(shù)，它使計(jì)算機(jī)擁有了綜合處理數(shù)據(jù)的能力。多媒體在智能化數(shù)控領(lǐng)域中可綜合化、智能化地處理信息，在現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)中也有著重大的應(yīng)用價(jià)值。

3.3體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造過程中，改善和發(fā)展體系結(jié)構(gòu)較為重要。首先，企業(yè)數(shù)控機(jī)床占用比例應(yīng)不低于50%，使智能制造系統(tǒng)應(yīng)用效率達(dá)到基本要求。在此基礎(chǔ)上集成企業(yè)CPU資源系統(tǒng)來提高集成度和運(yùn)行速度。采用高集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPRD、CPRD以及專用集成電路ASIC芯片的新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)，并應(yīng)用LED平板顯示器平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)超大尺寸的顯示傳導(dǎo)和發(fā)散信息。采用增強(qiáng)集成電路的密度來改進(jìn)性能，使組件的尺寸減小，性提高。其次，硬件的模塊化使數(shù)控系統(tǒng)的集成和標(biāo)準(zhǔn)化更加簡單和方便。如顯示器、CPU、輸入輸出設(shè)備、以及存儲(chǔ)器等最基本的模塊，都可成為獨(dú)立的載體，在通過不同方法的組裝、搭配以及減持和增加以便構(gòu)成檔次和功能不一的數(shù)控系統(tǒng)。，通過系統(tǒng)中心樞紐對機(jī)床進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化，通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)的手段，可以在任意一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行多臺(tái)操作，使不同機(jī)床的畫面在同一臺(tái)機(jī)床的屏幕上出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的遠(yuǎn)程控制或者是無人化操作。將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服系統(tǒng)、自適應(yīng)控制動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融為一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，使產(chǎn)品制作過程靈活多變，以適應(yīng)當(dāng)前農(nóng)機(jī)市場多品種、多批次的市場需求。

4小結(jié)

農(nóng)業(yè)機(jī)械制造智能技術(shù)的應(yīng)用是農(nóng)業(yè)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展趨勢，該技術(shù)的推進(jìn)將會(huì)給農(nóng)業(yè)機(jī)械制造行業(yè)帶來巨大活力，可大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和市場競爭力，較為有效地促進(jìn)兵團(tuán)大農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展。

作者：黃春輝 李國祥 單位：新疆科神裝備科技開發(fā)有限公司

智能農(nóng)業(yè)論文:智能網(wǎng)絡(luò)下農(nóng)業(yè)信息化論文

1智能網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)信息化中的現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)信息化是衡量一個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展水平的重要標(biāo)志。美國、日本和德國在農(nóng)業(yè)信息化中處于世界經(jīng)驗(yàn)豐富地位，印度、韓國等緊隨其后。美國采用以政府為主體五大信息機(jī)構(gòu)為主線模式，例如美國利用衛(wèi)星對土地信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，半數(shù)以上的農(nóng)民用直升機(jī)進(jìn)行耕作管理。日本建立全國聯(lián)網(wǎng)的市場銷售信息服務(wù)系統(tǒng)和生產(chǎn)數(shù)量和價(jià)格行情預(yù)測系統(tǒng)，是應(yīng)用型農(nóng)業(yè)信息的典型代表。德國農(nóng)業(yè)信息發(fā)展是靠關(guān)鍵技術(shù)地推進(jìn)，例如計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，輔助決策、遙感和農(nóng)機(jī)管理等技術(shù)都處在世界前列。印度依靠軟件發(fā)展的優(yōu)勢，緊抓信息技術(shù)傳輸渠道和數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)站的建設(shè)[3]。我國雖然起步較晚，但發(fā)展較快。2014中央一號(hào)文件《關(guān)于深化農(nóng)村改革加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的若干意見》提出繼續(xù)推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，建設(shè)以農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和精準(zhǔn)裝備為重點(diǎn)的農(nóng)業(yè)全程信息化。2014江西省作為農(nóng)業(yè)大省《江西省農(nóng)業(yè)廳關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化的意見》，提出新時(shí)期推進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化的重要意義。例如，贛南臍橙采用溯源系統(tǒng)防偽，正邦集團(tuán)、云山集團(tuán)、樂平蔬菜中物聯(lián)網(wǎng)的示范應(yīng)用等。

2智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)推進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化

2.1物聯(lián)網(wǎng)

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、流通、銷售各環(huán)節(jié)信息的獲取，通過網(wǎng)絡(luò)將有效信息進(jìn)入到物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層，利用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)對海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理。例如果園生產(chǎn)管理、糧食生產(chǎn)管理、畜牧生產(chǎn)管理、環(huán)境監(jiān)測及農(nóng)產(chǎn)品安全等農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)階段，主要利用傳感器采集信息，形成信息數(shù)據(jù)庫，并通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)分析處理信息，對作物生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)控溫度濕度、供給營養(yǎng)液等，以達(dá)到生產(chǎn)狀態(tài)。例如在大棚作物的生產(chǎn)中，采用土壤水分傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器等采集作物現(xiàn)場信息，然后推進(jìn)在線監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、聯(lián)動(dòng)報(bào)警等。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的智能增氧機(jī)、智能投餌、水下巡航等技術(shù)。在農(nóng)產(chǎn)品加工階段，要建立質(zhì)量安全和監(jiān)管追溯系統(tǒng)，例如質(zhì)量安全檢測中藥物殘留、重金屬以及病毒檢測技術(shù)，追溯系統(tǒng)中的二維碼、RFID標(biāo)簽技術(shù)等[4]。在農(nóng)產(chǎn)品流通階段，包括農(nóng)作物實(shí)時(shí)跟蹤，物流策略等，如全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、銷售時(shí)點(diǎn)信息系統(tǒng)（POS）等都已經(jīng)成熟并得到充分的利用。在農(nóng)產(chǎn)品銷售階段，主要包括融合處理，決策反饋功能，為了提供便捷的途徑和渠道讓更多農(nóng)產(chǎn)品順利進(jìn)入流通市場，如電子商務(wù)預(yù)定系統(tǒng)，智能倉庫物流管理系統(tǒng)。

2.2大數(shù)據(jù)

隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，大數(shù)據(jù)不可或缺，從各種各樣類型的數(shù)據(jù)中快速有價(jià)值的信息。大數(shù)據(jù)的特性常用五個(gè)V來表示：規(guī)模性（Volume）、二是高速性（Velocity）、多樣性（Variety）、價(jià)值性（Value）、真實(shí)性（Veracity）。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，農(nóng)業(yè)與大數(shù)據(jù)必然發(fā)生各種聯(lián)系，通過大數(shù)據(jù)推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)涉及到耕地、播種、施肥、殺蟲、收割、存儲(chǔ)、育種等各環(huán)節(jié)，是跨行業(yè)、跨專業(yè)和跨業(yè)務(wù)的發(fā)展。農(nóng)作物的監(jiān)測數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、下游數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)及其它相關(guān)數(shù)據(jù)等源源不斷的注入農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的服務(wù)平臺(tái)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過各種專業(yè)模型和算法，就能為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供多方位的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策服務(wù)。例如“智能施肥系統(tǒng)”根據(jù)作物生長溫濕度、光照、雨量、二氧化碳及土壤EC/PH值等環(huán)境因素扭轉(zhuǎn)目前盲目施肥帶來的污染和浪費(fèi)?！熬珳?zhǔn)灌溉系統(tǒng)”根據(jù)不同地區(qū)和不同作物生理需水的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)節(jié)水?！安∠x害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”實(shí)時(shí)采集農(nóng)作物現(xiàn)場的有害生物數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)庫、病蟲害知識(shí)庫、氣象數(shù)據(jù)庫等融合決策，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施藥，避免過度施藥提高食品。“信息管理系統(tǒng)”根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)數(shù)據(jù)、政策法規(guī)、市場流通等信息實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與銷售的合理分配，解決“供不應(yīng)求”或者“菜賤傷農(nóng)”的問題，培育新型農(nóng)民和引領(lǐng)農(nóng)民增收。

2.3云計(jì)算

農(nóng)業(yè)信息化中的云計(jì)算是將農(nóng)業(yè)相關(guān)的計(jì)算、服務(wù)和應(yīng)用作為一種公共設(shè)施提供給公眾，使用戶能夠按需使用互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算、存儲(chǔ)和信息服務(wù)資源。云計(jì)算從深度和廣度巨大地提高了對農(nóng)業(yè)信息化的服務(wù)能力，進(jìn)一步推動(dòng)農(nóng)業(yè)信息發(fā)的發(fā)展。云計(jì)算從層次分成三種服務(wù)模式，分別為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）及軟件即服務(wù)（SaaS）[5]。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)為農(nóng)業(yè)信息化提供虛擬硬件配置，滿足于農(nóng)業(yè)信息化中的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高性能的計(jì)算能力，降低了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的硬件成本。平臺(tái)即服務(wù)作為中間平臺(tái)為用戶提供應(yīng)用程序開發(fā)，維護(hù)和應(yīng)用等服務(wù)，保障農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)的安全與協(xié)同能力。軟件即服務(wù)使用戶可以通過云服務(wù)器獲取互聯(lián)網(wǎng)上的軟件服務(wù)，降低了用戶的接入門檻及農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)軟件成本。例如，農(nóng)業(yè)中用到的氣象圖像分析系統(tǒng)，衛(wèi)星圖像的傳輸利用云存儲(chǔ)（IaaS），分析處理利用云計(jì)算（SaaS）。

3農(nóng)業(yè)信息化中綜合網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建

3.1農(nóng)業(yè)信息化中物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)是農(nóng)業(yè)信息化的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展水平由大數(shù)據(jù)來體現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起促進(jìn)作用。在農(nóng)業(yè)信息化中，物聯(lián)網(wǎng)作為信息采集系統(tǒng)，每時(shí)每刻傳感器感知的數(shù)據(jù)和社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)的來源，而大數(shù)據(jù)分析則從數(shù)據(jù)海洋中獲取有價(jià)值信息，為物聯(lián)網(wǎng)提供有價(jià)值的分析和控制。較大限度地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化水平。農(nóng)業(yè)信息化中物聯(lián)網(wǎng)的核心是應(yīng)用，將海量數(shù)據(jù)經(jīng)過處理分析，生成各種商業(yè)模式的應(yīng)用，較大限度地提高農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值，推動(dòng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新和發(fā)展。大數(shù)據(jù)和云計(jì)算都是為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理服務(wù)的，大數(shù)據(jù)是挖掘海量農(nóng)業(yè)信息的價(jià)值，云計(jì)算是管理擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算的能力[6]。隨著農(nóng)業(yè)信息量的激增，大數(shù)據(jù)的分析處理離不開云計(jì)算，例如把離散的相關(guān)農(nóng)業(yè)信息整合，通過云計(jì)算有效協(xié)同，形成農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)安全解決方案。大數(shù)據(jù)與云計(jì)算是一個(gè)問題的兩個(gè)方面，大數(shù)據(jù)是問題，云計(jì)算是解決問題的方法[7]。如怎樣把農(nóng)場獲取到的各種情況進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，有針對性的監(jiān)測分析農(nóng)場的生產(chǎn)狀況，這種大數(shù)據(jù)與云計(jì)算結(jié)合形成的管理平臺(tái)有利于農(nóng)場主科學(xué)地制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃。

3.2農(nóng)業(yè)信息智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建縱向來看，農(nóng)業(yè)智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)和智能網(wǎng)絡(luò)交通、智能網(wǎng)絡(luò)家居等平臺(tái)類似，由農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的感知層、傳輸層和應(yīng)用層構(gòu)成。應(yīng)用層主要包括大數(shù)據(jù)管理中心、云存儲(chǔ)云計(jì)算中心與農(nóng)業(yè)應(yīng)用平臺(tái)。農(nóng)業(yè)智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)的主要功能包括農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、質(zhì)量安全、運(yùn)輸加工、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測、市場行情分析、農(nóng)業(yè)科技培訓(xùn)、信息瀏覽等。平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）數(shù)據(jù)采集：物聯(lián)網(wǎng)中各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)中相關(guān)資源的匯集，通過數(shù)據(jù)整合成、加工處理，組成土壤數(shù)據(jù)庫、氣象數(shù)據(jù)庫、地理數(shù)據(jù)庫及電子商務(wù)數(shù)據(jù)庫等，所有數(shù)據(jù)庫構(gòu)建農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)資源中心。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：依托集群應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等軟硬件技術(shù)，提供對農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和訪問功能。農(nóng)業(yè)應(yīng)用平臺(tái)可以在任何時(shí)間、地點(diǎn)透過任何網(wǎng)絡(luò)裝置連接到云存儲(chǔ)上方便地存取數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)分析：根據(jù)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)需求的個(gè)性化，采用大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)，包括數(shù)據(jù)挖掘、安全加密、網(wǎng)絡(luò)通信與算法研究等，提取有價(jià)值的信息的提供給目標(biāo)客戶。

（4）數(shù)據(jù)瀏覽：是用戶的操作入口，提供多種方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、展現(xiàn)和統(tǒng)計(jì)分析等應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體提供及時(shí)、有效的生產(chǎn)技術(shù)、教育培訓(xùn)、經(jīng)營管理、市場流通等信息服務(wù)。

4結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算驅(qū)動(dòng)下的農(nóng)業(yè)信息化，關(guān)乎每個(gè)人的生活。大力推進(jìn)構(gòu)建農(nóng)業(yè)信息化的智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、集約化和產(chǎn)業(yè)化，提升資源利用率、勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)營管理效率。本文提出的農(nóng)業(yè)信息化智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)采用分級(jí)管理和監(jiān)控，對開發(fā)農(nóng)業(yè)智能綜合平臺(tái)具有一定的指導(dǎo)性和創(chuàng)新性。

作者：馬文科 潘運(yùn)華 單位：萍鄉(xiāng)學(xué)院

智能農(nóng)業(yè)論文:設(shè)施農(nóng)業(yè)中智能灌溉系統(tǒng)的研究

設(shè)施農(nóng)業(yè)中智能灌溉系統(tǒng)的研究

引言

我國人口的急劇增長，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，水資源的短缺隨之日益嚴(yán)重。當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)用水的利用普遍率較低，渠道灌溉區(qū)只有30%～40%，機(jī)井灌溉區(qū)也只有60%，與當(dāng)前一些發(fā)達(dá)國家有很大差距。因此，緩解水資源緊缺的當(dāng)務(wù)之急就是解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題。

本文就是以設(shè)施農(nóng)業(yè)中實(shí)現(xiàn)智能灌溉為目的，設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)智能灌溉控制系統(tǒng)，具有定時(shí)或即時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)顯示檢測數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)上傳檢測數(shù)據(jù)，并根據(jù)發(fā)回的數(shù)據(jù)制定合理灌溉策略的功能。研究內(nèi)容主要有傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸及分析、灌溉實(shí)際控制、大容量存儲(chǔ)和usb主從通訊技術(shù)幾個(gè)方面。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 智能灌溉系統(tǒng)原理

系統(tǒng)工作時(shí)，首先通過傳感器采集待灌溉區(qū)域土壤中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度等實(shí)際信號(hào)，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將此信號(hào)輸入到單片機(jī)，單片機(jī)中預(yù)設(shè)參考值，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)與之相本文由論文聯(lián)盟//收集整理比較，得出控制參量，單片機(jī)將控制信號(hào)傳給變頻器，變頻器根據(jù)濕度值調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵抽水，若需要灌溉時(shí)，電磁閥開啟，通過管道輸水，噴頭自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。經(jīng)檢測后，須停止灌溉，單片機(jī)發(fā)出指令，電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。為了避免離水源距離較遠(yuǎn)的噴頭壓力不足的問題，在電磁閥的一側(cè)安裝一塊壓力表，從而保障所有噴頭的水壓均能滿足預(yù)定的噴射程。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

1.2 實(shí)施灌溉的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由負(fù)責(zé)發(fā)出和接收各種運(yùn)行程序指令的可編程控制器，通過傳感器采集土壤里的濕度信號(hào)、溫度信號(hào)和光照信號(hào)，判斷是否需要灌溉的傳感器、a/d轉(zhuǎn)換模塊、通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)噴灌流量，達(dá)到節(jié)水的目的的變頻器、電動(dòng)機(jī)、水泵、電磁閥、噴頭以及灌溉系統(tǒng)輸送水的管網(wǎng)組成。實(shí)施灌溉系統(tǒng)控制圖及終端控制流程如圖2、圖3所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控模塊以單片機(jī)（mcu）為核心，溫度、濕度及光照傳感器采集的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)計(jì)算處理后進(jìn)行控制，起到對外界擬定區(qū)域進(jìn)行理想灌溉的目的，同時(shí)單片機(jī)具有顯示及強(qiáng)制報(bào)警功能。系統(tǒng)主控模塊框圖如圖4所示。

2.2 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電路包括數(shù)據(jù)采集模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、電磁閥控制模塊及報(bào)警模塊組成。其中數(shù)據(jù)采集模塊包括：濕度采集選擇mp-508b土壤水分傳感器（fdr），溫度采集選擇ds18b20數(shù)字溫度傳感器，光照強(qiáng)度采集選擇ha2003 光照傳感器；a/d轉(zhuǎn)換模塊采用的是tlc2543a/d轉(zhuǎn)換；顯示模塊采用led-12864點(diǎn)陣液晶模塊；電磁閥控制電路主要由npn共集-共射復(fù)合管及繼電器組成，當(dāng)單片機(jī)p2.6給出高電平，復(fù)合管導(dǎo)通，繼電器接通，將開關(guān)吸合，電磁閥接通開始放水。

3 結(jié)論

基于溫度、土壤濕度與光照強(qiáng)度等多因子的自動(dòng)噴灌控制系統(tǒng)，由以at89c51為核心的控制電路、傳感器電路和執(zhí)行器件及機(jī)構(gòu)組成，硬件電路采用成熟的電路設(shè)計(jì)，電路穩(wěn)定，抗干擾力強(qiáng)。系統(tǒng)具有定時(shí)、循環(huán)等控制的功能，靈活性強(qiáng)，用戶可根據(jù)需要方便快速地組建智能灌溉系統(tǒng)。本系統(tǒng)可適用于各種大小、形狀區(qū)域的自動(dòng)灌溉，并且系統(tǒng)容量越大，平均投資成本愈低，生產(chǎn)效率也越高。因此，該系統(tǒng)為集高性價(jià)比較、強(qiáng)靈活性、廣適用性于一身的智能灌溉系統(tǒng)。

智能農(nóng)業(yè)論文:農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)智能CAD技術(shù)應(yīng)用

摘要：

現(xiàn)階段我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展比較迅速，在新技術(shù)的支持下，對農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用促進(jìn)了生產(chǎn)力水平提高。在面對新的發(fā)展環(huán)境下，智能CAD技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，就能為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供技術(shù)支持。本文主要就農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的特征以及智能CAD技術(shù)應(yīng)用的重要性加以分析，然后結(jié)合實(shí)際對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中智能CAD技術(shù)的應(yīng)用問題和具體應(yīng)用詳細(xì)探究。

關(guān)鍵詞：

智能CAD技術(shù)；農(nóng)業(yè)機(jī)械；設(shè)計(jì)應(yīng)用

智能CAD技術(shù)作為新型應(yīng)用技術(shù)，在當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中起著重要作用，通過智能CAD技術(shù)應(yīng)用能優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，促進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量提高。通過從理論層面對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中智能CAD技術(shù)的應(yīng)用研究分析，就能從理論上位實(shí)際設(shè)計(jì)發(fā)展提供理論支持，保障機(jī)械設(shè)計(jì)的效率質(zhì)量提高。

1農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的特征及智能CAD技術(shù)應(yīng)用重要性

1.1農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的特征分析

農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段設(shè)計(jì)需求，機(jī)械設(shè)計(jì)的類型上比較多，型號(hào)也多樣化。如對播種機(jī)械的設(shè)計(jì)方面，就有著精密播種機(jī)以及有條播機(jī)和穴播機(jī)等。根據(jù)機(jī)械工作原理的不同也能分成不同的種類，有氣力式播種機(jī)以及機(jī)械式播種機(jī)。農(nóng)業(yè)機(jī)械的功能結(jié)構(gòu)相對比較穩(wěn)定，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度上比較小[1]。農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)方面會(huì)受到季節(jié)性的影響，所以在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)開發(fā)的周期就相應(yīng)比較長。

1.2農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中智能CAD技術(shù)應(yīng)用重要性

隨著現(xiàn)階段我國的農(nóng)業(yè)改革的實(shí)施，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)層面也要充分注重技術(shù)水平的提高，將智能CAD技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中就顯得比較重要。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，還存在著一些不足之處，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用下，對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，就減少了產(chǎn)品試行制作時(shí)間，在成本上也能大幅降低。智能CAD技術(shù)的應(yīng)用對手工設(shè)計(jì)管理的方式有著改變，在數(shù)據(jù)資料發(fā)送產(chǎn)品概念應(yīng)用下，對機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率也能有效提高，對機(jī)械設(shè)計(jì)的規(guī)范性得到了保障。

2農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中智能CAD技術(shù)的應(yīng)用問題和具體應(yīng)用

2.1農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中智能CAD技術(shù)應(yīng)用問題

農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中對智能CAD技術(shù)的應(yīng)用還存在著諸多問題有待解決，這些問題影響了機(jī)械設(shè)計(jì)的效率，有的應(yīng)用人員僅僅是將智能CAD技術(shù)作為繪圖工具，沒有充分發(fā)揮其自身的價(jià)值。機(jī)械設(shè)計(jì)中對專業(yè)性計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用還比較少，軟件的標(biāo)準(zhǔn)化以及正確的應(yīng)用沒有實(shí)現(xiàn)[2]。對機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中計(jì)算和需要的數(shù)據(jù)查找工作沒有加強(qiáng)，這就必然會(huì)影響機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量。再者，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，在智能CAD技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化以及數(shù)據(jù)集成技術(shù)的應(yīng)用還需要進(jìn)一步優(yōu)化。當(dāng)前集成制造系統(tǒng)主要是諸多集成形式達(dá)到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以及加工等目標(biāo)，機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)間的溝通不強(qiáng)，在資源方面不能有效達(dá)到共享。沒有將智能CAD技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)資源共享的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，這就會(huì)影響技術(shù)的作用發(fā)揮。對智能CAD技術(shù)的應(yīng)用缺少長遠(yuǎn)的規(guī)劃。智能CAD技術(shù)的應(yīng)用過程中，在工作規(guī)范化層面沒有加強(qiáng)重視。我國在機(jī)械設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化層面和國際的創(chuàng)新改革步伐沒有及時(shí)跟上，在智能CAD技術(shù)的信息交流以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上還存在著諸多問題有待解決，對這一技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，沒有充分重視智能CAD技術(shù)的自身特性。這些問題的存在就必然會(huì)影響智能CAD技術(shù)的應(yīng)用水平提高。

2.2農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中智能CAD技術(shù)具體應(yīng)用

智能CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中多方面都能發(fā)揮積極作用，將智能CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械模具當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用就比較關(guān)鍵。農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)中，機(jī)械模具是重要生產(chǎn)設(shè)施，也是機(jī)械設(shè)備零件生產(chǎn)的重要模具，所以模具的設(shè)計(jì)的精密性要能保障。采取傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，就比較容易出現(xiàn)人為失誤，造成設(shè)計(jì)上的差錯(cuò)[3]。通過智能CAD技術(shù)的應(yīng)用，對模具設(shè)計(jì)的性就可有效保障。不僅能進(jìn)行二維圖形的設(shè)計(jì)，也能進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，從而保障了設(shè)計(jì)的，在外觀設(shè)計(jì)效果比較突出。農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中對底盤的設(shè)計(jì)，也需要對智能CAD技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。底盤設(shè)計(jì)師機(jī)械中的重要組成，對機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量有著決定性作用。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，從總體上通過模塊化設(shè)計(jì)，注重模塊間的聯(lián)系以及數(shù)據(jù)的交換。智能CAD技術(shù)就能通過三維空間的布置，對零部件的位置加以明確化，從而構(gòu)建整車坐標(biāo)系和各部件的坐標(biāo)。通過坐標(biāo)點(diǎn)方法對總成裝配目標(biāo)加以實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)之后就要實(shí)施檢查，對農(nóng)業(yè)機(jī)械的動(dòng)力性以及操縱穩(wěn)定性等，都是比較重要的檢查內(nèi)容。在智能CAD技術(shù)的應(yīng)用下，就能提高底盤設(shè)計(jì)的質(zhì)量。機(jī)械設(shè)計(jì)中車身的設(shè)計(jì)方面應(yīng)用智能CAD技術(shù)，也有助于滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)后，需要對零部件實(shí)施組裝，通過和機(jī)械的功能要求相結(jié)合，對機(jī)械的外觀結(jié)構(gòu)的美觀性以及實(shí)用性要能加以呈現(xiàn)。其中機(jī)械機(jī)身的設(shè)計(jì)有著嚴(yán)格要求，在智能CAD技術(shù)的支持下，在PDM集成技術(shù)基礎(chǔ)上就能將零部件進(jìn)行組織起來，在合成設(shè)計(jì)的目標(biāo)上就能得以實(shí)現(xiàn)[4]。應(yīng)用中就涵蓋著用戶群體以及應(yīng)用群體和系統(tǒng)環(huán)境處理等結(jié)合內(nèi)容。智能CAD技術(shù)在數(shù)據(jù)處理能力上比較強(qiáng)，能滿足實(shí)際工作的需求。機(jī)械設(shè)計(jì)中對各零部件的設(shè)計(jì)工作中，由于工作量比較大，對智能CAD技術(shù)的需求也比較大。零部件的設(shè)計(jì)要通過模型參數(shù)的建立，以表格的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，智能CAD技術(shù)的應(yīng)用就能完成這一目標(biāo)。零部件的模型構(gòu)建過程中，IBM以及DB2系統(tǒng)對零部件能參數(shù)化，對外部變量也有著促進(jìn)作用[5]。在，智能化CAD的技術(shù)科學(xué)應(yīng)用下，就能在零部件的設(shè)計(jì)質(zhì)量上得以保障。

3結(jié)論

綜上所述，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的科學(xué)性，就要應(yīng)用新的技術(shù)，在智能CAD技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)愈來愈廣泛，這就能促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的大發(fā)展。通過從理論上對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的研究分析，提出技術(shù)應(yīng)用的問題以及具體的應(yīng)用內(nèi)容，希望同在這些理論的支持下，對實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)可持續(xù)發(fā)展起到一定促進(jìn)作用。

作者：劉歡 單位：邵陽學(xué)院

智能農(nóng)業(yè)論文:農(nóng)業(yè)智能技術(shù)體系探析

1精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策需求

1.1精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的定義精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)要素由不可控因素和可控因素組成。不可控因素又稱為“先天”因素,包括氣象(氣溫、降雨等)、土壤(母質(zhì),坡度等)等;可控因素又稱為“后天”因素,包括品種、肥料、農(nóng)藥、水分等。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的目的在于科學(xué)認(rèn)識(shí)不可控因素(土壤、氣象),合理調(diào)配可控因素(肥、水、種、藥),優(yōu)化作物生長條件,使經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益達(dá)到。簡單來說,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是指基于環(huán)境的時(shí)空變異性分析,在正確的時(shí)間和地點(diǎn)以正確的方式投入正確的生產(chǎn)資料數(shù)量,最終獲得的效益。

1.2精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)問題的分類精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究對象可用2種方式分類。一類是從靜態(tài)角度按生產(chǎn)要素分,可分為土壤、作物和氣象3種要素或者分為生物(作物)和環(huán)境(土壤、氣象)2種要素;另一類是從動(dòng)態(tài)角度按生產(chǎn)環(huán)節(jié)分,可分為播種、施肥、灌溉、噴藥和收獲。從土壤方面來看,要解決的主要問題包括土壤類型分類、地力分級(jí)、管理分區(qū)劃分、養(yǎng)分插值等。從作物方面來看,要解決的主要問題如表1所示,其中,重點(diǎn)要解決的問題包括品種選擇、精準(zhǔn)施肥、病蟲害預(yù)測和產(chǎn)量預(yù)測等。從氣象方面來看,要解決的問題主要包括氣溫預(yù)測和降雨量預(yù)測。與土壤因素相比,氣象因素的空間變異性很小,且更不容易控制,因此,在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中對氣象方面的研究相對較少。

1.3重要的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策需求

1.3.1管理分區(qū)。管理分區(qū)就是由相似的地貌或土壤狀況所導(dǎo)致的相似的作物生產(chǎn)潛力、養(yǎng)分利用效率和環(huán)境效應(yīng)的子區(qū)域?？茖W(xué)、合理的管理分區(qū)可以指導(dǎo)用戶以管理分區(qū)為單元,進(jìn)行土壤和作物農(nóng)學(xué)參數(shù)采樣,并根據(jù)不同單元間的空間變異性,實(shí)施變量投入、精準(zhǔn)管理決策,這樣既能提高土壤養(yǎng)分利用效率、管理精度和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、品質(zhì),又能節(jié)省資源,獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益,達(dá)到保護(hù)農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境質(zhì)量的目的。研究表明,管理分區(qū)可以作為網(wǎng)格采樣的一種替換手段在變量施肥中應(yīng)用。土壤分類和地力評(píng)價(jià)與管理分區(qū)密切相關(guān),可被認(rèn)為是一種廣義的管理分區(qū)。

1.3.2品種選擇。品種選擇是精量播種的前提和基礎(chǔ)。與品種選擇密切相關(guān)的3個(gè)概念是品種布局、品種搭配和良種良法配套。品種布局是指依據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥酪蛩睾蜌庀笠蛩?確定適宜的推廣品種。品種搭配是指在同一地區(qū),有主次地搭配種植具有不同特點(diǎn)的品種,合理的品種搭配有助于降低風(fēng)險(xiǎn)。良種良法配套是指依據(jù)不同的品種特性采取不同的栽培措施,做到因種栽培,具體包括根據(jù)品種耐密性確定種植密度、根據(jù)品種喜肥特性進(jìn)行施肥、根據(jù)生育期確定播種期、根據(jù)抗病性確定栽培管理辦法等。在品種確定以后,還有2個(gè)問題需要解決,即在時(shí)間上需要確定適宜的播期,在空間上需要確定合理的種植密度。

1.3.3精準(zhǔn)施肥。精準(zhǔn)施肥是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)中的核心內(nèi)容,其基本思想是通過GPS在農(nóng)田地塊上劃分網(wǎng)格,在網(wǎng)格內(nèi)采樣、測土、化驗(yàn),依據(jù)土測值利用定量施肥模型獲取網(wǎng)格內(nèi)的施肥量,通過變量施肥機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)施肥。實(shí)踐證明,精準(zhǔn)施肥可以節(jié)約肥料、增加糧食產(chǎn)量、均衡土壤養(yǎng)分、減少環(huán)境污染。

1.3.4病蟲害預(yù)測。病蟲害預(yù)測是玉米精準(zhǔn)生產(chǎn)決策中的重要環(huán)節(jié)。的病蟲害預(yù)測可以使生產(chǎn)者及時(shí)地采取相應(yīng)措施,從而減少產(chǎn)量損失。病蟲害預(yù)測的內(nèi)容主要包括發(fā)生期、發(fā)生量、分布區(qū)、危害程度和損失的預(yù)測。其中,發(fā)生期和發(fā)生量的預(yù)測、預(yù)報(bào)更具實(shí)際意義。影響病蟲害發(fā)生的因素主要有:病原物和蟲源(病原物的數(shù)量、飛散和傳播;害蟲越冬、繁殖數(shù)量以及發(fā)育速度、遷飛)、寄主和食料(受害作物品種、生長狀況、發(fā)育期)以及環(huán)境條件(氣象、土壤、天敵)。由于影響病蟲害發(fā)生的相關(guān)因素眾多,而環(huán)境條件中的氣象因素(溫度、濕度、降雨量等)又是影響病蟲害發(fā)生最主要的因素,因此,現(xiàn)有的預(yù)測基本都采取了簡化方法,即以氣象因素來預(yù)測病蟲害的發(fā)生。

1.3.5產(chǎn)量預(yù)測及影響因素分析。產(chǎn)量是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn),的產(chǎn)量預(yù)測可以為管理區(qū)劃分、品種選擇和精準(zhǔn)施肥等提供依據(jù)。產(chǎn)量的影響因素分析有助于找到影響產(chǎn)量的限制因子,從而有針對性地采取措施減少或消除這種限制因子,達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。

2精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)

2.1時(shí)空性作物生長與時(shí)間和空間密切相關(guān),隨時(shí)間的改變和空間位置的不同而呈現(xiàn)出不同的屬性和狀態(tài),這就是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的時(shí)空性。3S技術(shù)(GPS、GIS和RS)是處理時(shí)空信息的有力工具,在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用。3S技術(shù)的相互作用,形成了“一個(gè)大腦,兩只眼睛”的框架[5]。其中,GIS是核心,相當(dāng)于“一個(gè)大腦”,用于空間信息的分析和處理;GPS和RS相當(dāng)于“兩只眼睛”,向GIS提供區(qū)域信息以及空間定位?；谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的時(shí)空性特點(diǎn),王生生等開發(fā)了數(shù)字農(nóng)業(yè)時(shí)空信息管理平臺(tái),該平臺(tái)可以對多源、異構(gòu)的農(nóng)業(yè)時(shí)空數(shù)據(jù)和推理分析方法進(jìn)行集中、統(tǒng)一的規(guī)范化管理[6]。張偉建立了集成3S技術(shù)的數(shù)字農(nóng)業(yè)空間信息管理平臺(tái),在上海市數(shù)字農(nóng)業(yè)示范區(qū)進(jìn)行應(yīng)用,取得了良好的效果[7]。時(shí)空推理和空間數(shù)據(jù)挖掘與3S技術(shù)緊密相關(guān),是近年來的研究熱點(diǎn)。王娟等探討了GIS與空間數(shù)據(jù)挖掘集成在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[8]。充分利用空間數(shù)據(jù)挖掘和時(shí)空推理的理論成果,集成3S技術(shù)應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中是未來的研究方向。

2.2不確定性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜多變,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對象的運(yùn)動(dòng)具有隨機(jī)性,人們對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對象的認(rèn)知具有模糊性和灰色性(不性),這就是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不確定性。MAT-THEWL等介紹了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中不確定性的來源,并給出了不同類別不確定性的處理方法[9]。隨機(jī)性和模糊性的共同點(diǎn)是:都是針對不確定現(xiàn)象,都是用[0,1]來度量不確定性。不同點(diǎn)是:隨機(jī)性是由于條件不充分導(dǎo)致對象的不確定性,是對“因果律”的突破;模糊性是由于外延模糊而引起對象的不確定性,是對“排中律”的突破。概率統(tǒng)計(jì)、模糊數(shù)學(xué)和灰色系統(tǒng)理論是處理不確定信息的3個(gè)基本工具,分別用于處理信息的隨機(jī)性、模糊性和灰色性。①模糊數(shù)學(xué)著重研究“認(rèn)知不確定”問題,其研究對象具有“內(nèi)涵明確、外延不明確的特點(diǎn)”。對于這類問題,模糊數(shù)學(xué)主要是憑經(jīng)驗(yàn)借助于隸屬函數(shù)進(jìn)行處理。②概率統(tǒng)計(jì)研究的是“隨機(jī)不確定”現(xiàn)象,著重于考察“隨機(jī)不確定”現(xiàn)象的歷史統(tǒng)計(jì)規(guī)律。其出發(fā)點(diǎn)是大樣本,并要求對象服從某種典型分布。③灰色系統(tǒng)著重研究“小樣本”、“貧信息”不確定性問題,研究對象通常都是“部分信息已知、部分信息未知”的,具有“外延明確、內(nèi)涵不明確”的特點(diǎn)[10]。

3精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策需求與智能技術(shù)的結(jié)合

基于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策需求和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)特點(diǎn),需要確定相應(yīng)的智能求解技術(shù)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與智能決策的結(jié)合主要有3個(gè)步驟。及時(shí),從精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的角度確定決策需求,并根據(jù)每種需求的性質(zhì)對需求進(jìn)行分類;第二,從計(jì)算機(jī)的角度確定智能計(jì)算方法,并根據(jù)每種方法的功能對方法進(jìn)行分類;第三,根據(jù)分類結(jié)果取交集,即可得到精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與智能決策的結(jié)合。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策需求與智能計(jì)算方法的結(jié)合點(diǎn)或交集主要包括:關(guān)聯(lián)、分類、聚類、評(píng)判和預(yù)測等。關(guān)聯(lián)是指對數(shù)據(jù)間的相關(guān)性進(jìn)行分析,如相關(guān)分析、主成分分析、層次分析等;分類是指從一系列給定類別信息的數(shù)據(jù)出發(fā),為下一個(gè)未知類別的數(shù)據(jù)歸類;聚類是指從一系列未知類別信息的數(shù)據(jù)出發(fā),分析其可以聚成幾類,以及哪些數(shù)據(jù)屬于同一類;評(píng)判是指按照給定的條件對事物的優(yōu)劣、好壞進(jìn)行評(píng)比、判別;預(yù)測問題可以歸為2種:一種是因果預(yù)測,即基于因果關(guān)系數(shù)據(jù)由過去的因預(yù)測將來的果;另一種是時(shí)間序列預(yù)測,即基于時(shí)間序列數(shù)據(jù)由過去的果預(yù)測將來的果?？梢缘玫骄珳?zhǔn)農(nóng)業(yè)決策需求所對應(yīng)的智能求解方案。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策需求與智能計(jì)算方法的結(jié)合屬于多對多的關(guān)系,即一種決策需求可用多種智能方法求解,而一種智能方法也可用于求解多種決策需求。如管理分區(qū)的劃分可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊聚類等多種方法求解,而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可用于管理區(qū)劃分、病蟲害預(yù)測等。需要說明的是,盡管一種決策需求可采用多種方法求解,但具體采用何種方法,要綜合考慮現(xiàn)有數(shù)據(jù)屬性、數(shù)據(jù)量、算法的效率和算法的度等,然后再從中選擇一種相對較好的方法。事實(shí)上,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與智能決策結(jié)合的重要任務(wù)之一就是要根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的情況,對多種可能的方法進(jìn)行測試和比較,并從中選擇最適合當(dāng)前數(shù)據(jù)的方法。一般情況下,通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集對相關(guān)智能決策技術(shù)進(jìn)行測試和比較,通過應(yīng)用數(shù)據(jù)集進(jìn)行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用。

4精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)問題的求解

從計(jì)算機(jī)的角度看,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的智能求解主要有3種情況。及時(shí),將傳統(tǒng)的、已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的智能決策技術(shù)應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè);第二,對原有的智能決策技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),使其效率更高,更適合于某個(gè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)需求;第三,如果前2種方式都行不通或者可能有更好的方法,則可以提出一種新的智能決策技術(shù)進(jìn)行相關(guān)問題的求解。

4.1精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)問題的求解層次數(shù)據(jù)、知識(shí)、決策是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)問題求解的3個(gè)層次,三者間的關(guān)系如圖2所示。有一部分簡單數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和已知決策可直接為用戶所用,而大多數(shù)情況下,數(shù)據(jù)都要經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘形成知識(shí),再經(jīng)過知識(shí)工程方法形成決策,并最終為用戶所使用。上述過程通過軟件來實(shí)現(xiàn),就形成了智能決策支持系統(tǒng);為了實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化,需要軟件工程方法的指導(dǎo)。

4.2主要智能決策技術(shù)及其在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

4.2.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)大規(guī)模自組織、自適應(yīng)的非線性動(dòng)力系統(tǒng),能較好地模擬人的思維,具有大規(guī)模并行協(xié)同處理能力及較強(qiáng)的容錯(cuò)、聯(lián)想和學(xué)習(xí)能力,能依據(jù)一定的學(xué)習(xí)算法自動(dòng)地從訓(xùn)練事例中學(xué)習(xí),并根據(jù)外界環(huán)境的變化調(diào)整自己的行為。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常和遺傳算法、模糊計(jì)算配合使用,三者合在一起又稱為軟計(jì)算方法[11]。軟計(jì)算通過對不確定、不及不真值的容錯(cuò)以取得低代價(jià)的解決方案和魯棒性,它模擬自然界中智能系統(tǒng)的生化過程(人的感知、腦結(jié)構(gòu)、進(jìn)化和免疫等)來有效處理不確定性信息。軟計(jì)算方法的以上特征,適應(yīng)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不確定性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能主要有分類、聚類、預(yù)測等,可用于土壤分類、管理區(qū)劃分、病蟲害預(yù)測和產(chǎn)量預(yù)測等。單個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有不穩(wěn)定性,為了進(jìn)一步提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測精度和泛化能力,可引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成是由Hansen與Salamon在1990年提出的,旨在通過訓(xùn)練多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并將其進(jìn)行組合來提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的泛化能力[12]。

4.2.2貝葉斯網(wǎng)。貝葉斯網(wǎng)方法是20世紀(jì)80年展起來的,最早由JudeaPearl于1986年提出,當(dāng)時(shí)主要用于處理人工智能中的不確定性信息。隨后它逐步成為了處理不確定性信息的主流技術(shù),并且在工業(yè)控制、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域的許多智能系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)作為圖形模型的一種,具有圖形模型的大多數(shù)性質(zhì),圖形模型是概率理論和圖論的結(jié)合。他們提供了一種自然的工具來處理貫穿于應(yīng)用數(shù)學(xué)和工程中的2個(gè)問題———不確定性和復(fù)雜性。一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)是由多個(gè)簡單部分構(gòu)成的。概率理論提供了各個(gè)部分聯(lián)合起來的粘合劑,保障系統(tǒng)作為整體是一致的,并提供模型到數(shù)據(jù)的接口;圖論則提供了一個(gè)可以訴求于知覺的界面,人們可以通過它將高度互動(dòng)化的變量集和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型化。貝葉斯網(wǎng)具有雙向推理能力,既可以用于預(yù)測也可以用于診斷。貝葉斯網(wǎng)還具有分類功能。有代表性的分類器包括樸素貝葉斯分類器和TAN分類器,兩者都是貝葉斯網(wǎng)的特例[13]。由于貝葉斯網(wǎng)的建造需要大量數(shù)據(jù),而農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)獲取相對困難,因此,貝葉斯網(wǎng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用還不多見。在國外,F.trai將貝葉斯網(wǎng)應(yīng)用于冬小麥產(chǎn)量預(yù)測,KristianKristensen等將貝葉斯網(wǎng)應(yīng)用于大麥麥芽生產(chǎn)決策,均取得了很好的效果[14-15]。而在國內(nèi),幾乎沒有相關(guān)研究。隨著3S技術(shù)的發(fā)展,獲取大量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)已經(jīng)成為可能,將貝葉斯網(wǎng)與遙感結(jié)合應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是一個(gè)發(fā)展趨勢[16]。另外,在數(shù)據(jù)量相對不足的情況下,可以采用一定的方法簡化貝葉斯網(wǎng)建造的復(fù)雜性,如充分利用領(lǐng)域?qū)＜业南闰?yàn)知識(shí),采用“噪音“或和“分離”技術(shù)等[17]?？傊?貝葉斯網(wǎng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中必將具有良好的發(fā)展前景。

4.2.3灰色系統(tǒng)理論。灰色系統(tǒng)理論由我國學(xué)者鄧聚龍教授于1982年提出,其研究對象是“部分信息已知、部分信息未知”的“小樣本”、“貧信息”不確定性系統(tǒng),通過對“部分”已知信息的生成、開發(fā)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)世界的確切描述和認(rèn)識(shí)。由于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)具有復(fù)雜性,對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者來說,信息是殘缺不全的,內(nèi)部特征“若明若暗”。因此,農(nóng)業(yè)是一個(gè)典型的灰系統(tǒng),農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和灰色系統(tǒng)理論具有天然的聯(lián)系。與概率論相比,在某些場合,灰色系統(tǒng)理論在處理農(nóng)業(yè)不確定性信息方面更具有優(yōu)勢和獨(dú)到性。這是因?yàn)?首先,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,存在著大量不確定現(xiàn)象,要獲取足夠的數(shù)據(jù),并使其具有典型的概率分布特征是相當(dāng)困難的;其次,概率統(tǒng)計(jì)方法要求試驗(yàn)設(shè)計(jì)復(fù)雜,且基本假定過于嚴(yán)格,而實(shí)際很難辦到。灰系統(tǒng)理論的主要功能有關(guān)聯(lián)分析、聚類、預(yù)測、評(píng)判等?？捎糜诋a(chǎn)量影響因素分析、品種評(píng)價(jià)、病蟲害預(yù)測等。

4.3精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能決策系統(tǒng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策需求的實(shí)現(xiàn),需要智能決策系統(tǒng)的開發(fā),而智能決策系統(tǒng)的開發(fā)依賴于大量數(shù)據(jù)的獲取,三者之間的關(guān)系見圖3。這是一個(gè)具有沙漏計(jì)時(shí)器形狀的技術(shù)體系,在該體系中,智能決策系統(tǒng)處于核心地位(信息處理層),它對下要處理各種多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)(信息獲取層),對上要解決各種需求。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜性,數(shù)據(jù)獲取相對困難,大部分知識(shí)都是以經(jīng)驗(yàn)的形式存在于人的頭腦中,因此,早期的智能決策系統(tǒng)主要是知識(shí)驅(qū)動(dòng)的,以農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用為主要標(biāo)志,側(cè)重于軟件的實(shí)現(xiàn),這一階段可稱為智能農(nóng)業(yè)階段。隨著3S技術(shù)的發(fā)展,采集和獲取大量屬性或空間數(shù)據(jù)成為可能,因此,后期的智能決策系統(tǒng)主要是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的,以3S技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用為主要標(biāo)志,側(cè)重于軟硬件的結(jié)合,這一階段可稱為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)階段。當(dāng)前的農(nóng)業(yè)智能決策系統(tǒng)側(cè)重于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和知識(shí)驅(qū)動(dòng)的集成。在數(shù)據(jù)量豐富的場合主要采用采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型,在知識(shí)量豐富的場合主要采用知識(shí)驅(qū)動(dòng)模型。智能決策系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要有3個(gè)方面:一是集成性,如集成GIS的空間決策支持系統(tǒng)[18-20];二是分布式,如面向服務(wù)的分布式精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)信息平臺(tái)[21];三是網(wǎng)絡(luò)化,如基于網(wǎng)絡(luò)的作物品種選擇信息系統(tǒng)[22].

5結(jié)語

筆者在此主要作了如下幾方面的工作:①以農(nóng)業(yè)系統(tǒng)論為指導(dǎo),分析了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策需求;②將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)問題的求解分為數(shù)據(jù)、知識(shí)和決策3個(gè)層次;③指出了時(shí)空性和不確定性是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的本質(zhì)特征;④構(gòu)建了具有沙漏計(jì)時(shí)器形狀的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能決策技術(shù)體系;⑤給出了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策需求與智能決策技術(shù)的結(jié)合方法與途徑。以上工作有助于人們清晰地認(rèn)識(shí)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中各種對象之間的關(guān)系,有利于促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策需求與人工智能方法的結(jié)合。總之,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能決策技術(shù)的目標(biāo)是使計(jì)算更、決策更智能。因此,考慮更多的農(nóng)業(yè)因素、尋求更新的智能算法,將是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能決策技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

智能農(nóng)業(yè)論文:農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能信息探究

一、研究意義

在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)域,信息已成為一個(gè)不可或缺的因素,成為推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?農(nóng)村信息化水平每增加%l就可以導(dǎo)致產(chǎn)出平均增加0?735%。[1]貴州省通過前期農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息化建設(shè),已建立了完善的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)采集體系,積累了大量的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)對于農(nóng)業(yè)政策的制定,農(nóng)業(yè)狀況的監(jiān)控,農(nóng)業(yè)發(fā)展的引導(dǎo),市場商機(jī)的把握,經(jīng)濟(jì)問題的研究來說是一筆無價(jià)的財(cái)富。但是,限于前期OLTP(聯(lián)機(jī)事務(wù)處理)系統(tǒng)的固有局限性,無法有效利用這些豐富寶貴的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)雖然對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了獲取,卻未進(jìn)行有效整合,提供的信息服務(wù)仍停留在基于網(wǎng)站市場信息的簡單與查詢階段,人們面對的是眼花繚亂的數(shù)據(jù),無法獲取真正想得到的信息。而通過貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能信息系統(tǒng)的建設(shè),可以提供面向OLAP(聯(lián)機(jī)分析)的服務(wù),并進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘,實(shí)現(xiàn)對貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)真正有效地利用,完成從數(shù)據(jù)到信息再到知識(shí)的一個(gè)自動(dòng)化過程,使得用戶得到經(jīng)過智能化分析處理的有用信息。對比目前的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)其具體有如下優(yōu)點(diǎn):

(一)數(shù)據(jù)的性的確保

對于信息用戶來說,信息首要保障的是真實(shí)。否則,即便使用了再的分析方法,也是“垃圾入垃圾出”。而農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)商業(yè)智能信息系統(tǒng)的建設(shè)確保了數(shù)據(jù)的正確性。首先,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)商業(yè)智能信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要源于OLTP(聯(lián)機(jī)分析)系統(tǒng),而OLTP的數(shù)據(jù)直接生成于業(yè)務(wù)處理時(shí)原始的數(shù)據(jù),而非經(jīng)過了處理加工了信息。其次結(jié)合技術(shù)手段,每一個(gè)通過ETL(抽取、轉(zhuǎn)換、加載)的數(shù)據(jù)都能回尋到其原始數(shù)據(jù)源,使得每一個(gè)來到數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)都有據(jù)可查,增加了數(shù)據(jù)的可信度。

(二)提供實(shí)時(shí)、多維分析服務(wù)

相比較OLTP系統(tǒng),農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能系統(tǒng)能提供面向用戶的分析服務(wù)。原有信息系統(tǒng)只能基于固定周期向用戶推送分析報(bào)告,無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息分析。例如政府決策者臨時(shí)對于某個(gè)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)問題進(jìn)行討論,需要相關(guān)的信息分析進(jìn)行支持,原有的信息系統(tǒng)無法在短時(shí)間內(nèi)提交用戶定制的信息分析,而智能信息系統(tǒng)可以提供基于web的實(shí)時(shí)的分析服務(wù)。其次,原有信息用戶對于信息只是被動(dòng)地接受,無法根據(jù)自己感興趣的維度(dimension)觀察分析數(shù)據(jù),而智能信息系統(tǒng)提供了多維分析聯(lián)機(jī)分析(OLAP)服務(wù),信息用戶可以根據(jù)自己的需要?jiǎng)討B(tài)更改分析維度,滿足定制分析的需要。

(三)提供基于歷史的數(shù)據(jù)分析

原有的系統(tǒng),例如農(nóng)經(jīng)網(wǎng)系統(tǒng),為了平衡系統(tǒng)效率,只能提供給用戶6-12個(gè)月的數(shù)據(jù),之前的信息被閑置,而這些信息對于經(jīng)濟(jì)分析,趨勢預(yù)測十分重要。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)商業(yè)智能系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)就是通過對于歷史數(shù)據(jù)的清理整合,使得用戶能夠獲取長期(超過5年)的歷史數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)進(jìn)行基于歷史的分析。

(四)面向不同的用戶

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息的用戶范圍十分廣泛,從政府政策制定者到個(gè)體農(nóng)戶、農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)營者都需要農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息,但之前的分析服務(wù)用戶面狹窄,其分析只能事先設(shè)計(jì)、定期推送,局限了用戶群體。而農(nóng)業(yè)智能信息系統(tǒng)卻可以提供面向不同用戶的差異服務(wù)。(五)開放性貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能系統(tǒng)提供了一個(gè)開放的平臺(tái)。首先,其預(yù)留了未來與其他數(shù)據(jù)倉庫整合的可能,例如與貴州省的氣象數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)的整合,以及通過web數(shù)據(jù)抓取整合web上的信息,例如其他省份的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù),農(nóng)業(yè)期貨數(shù)據(jù)等。而這些信息的加入,能大大擴(kuò)充數(shù)據(jù)以及信息觀察的角度,滿足更多分析需求。

二、貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(一)數(shù)據(jù)源特點(diǎn)

貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源主要基于貴州農(nóng)經(jīng)網(wǎng)系統(tǒng),該系統(tǒng)以“天”為時(shí)間粒度記錄了貴州省各地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品商品價(jià)格,并基于地理區(qū)域、產(chǎn)品類別對數(shù)據(jù)進(jìn)行了劃分。其信息數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)遍布貴州省各地農(nóng)產(chǎn)品市場,并通過在線系統(tǒng)每天上報(bào),迄今已記錄了6年的貴州省農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格。以2006年為例,農(nóng)經(jīng)網(wǎng)系統(tǒng)共記錄了貴州省471個(gè)農(nóng)產(chǎn)品市場的1830266條農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格記錄?；谵r(nóng)經(jīng)網(wǎng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、充足性,十分適合作為數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)來源。

(二)需求分析

1.用戶劃分。通過實(shí)際調(diào)查分析,發(fā)現(xiàn)潛在信息用戶可以分為一般信息分析人員、相關(guān)商業(yè)用戶(農(nóng)產(chǎn)品公司、個(gè)體農(nóng)戶等)、農(nóng)業(yè)政策決策者(相關(guān)政府部門)、農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格研究人員(高校、研究所等),各類用戶對于信息分析有不同的需求。例如對于信息分析粒度、信息分析的周期、是否需要預(yù)測都存在不同的要求。由于一般信息分析人員需要每周或每月提交文字型的分析報(bào)告,其需要的是詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析支持功能,并以周或月為時(shí)間單位分析農(nóng)產(chǎn)品走勢。而作為農(nóng)業(yè)政策的決策者,其感興趣的是以年為時(shí)間單位的農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的分析,需要的是已經(jīng)過統(tǒng)計(jì)處理的概括數(shù)據(jù),更多使用圖表作為分析工具。作為研究人員,其對于長時(shí)間的數(shù)據(jù)(例如2003年到2009年)的統(tǒng)計(jì)分析和未來的信息預(yù)測更感興趣,并且也希望獲得概括性的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、圖表。當(dāng)然政策決策者對于數(shù)據(jù)挖掘也有需求。而對于商業(yè)用戶,他們對于基于時(shí)間段的不同地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的對比、近期的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析,以及農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格走勢預(yù)測抱有興趣,而對于歷史數(shù)據(jù)分析興趣不大。

2.功能分析。綜上所屬,不同類型的用戶需求雖有差別,但是也存在共通點(diǎn)。通過需求分析,最終貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能信息系統(tǒng)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)以下功能:

對農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格數(shù)據(jù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、切片、切塊、向上綜合和向下鉆取等多維分析,以獲得多角度、多粒度歷史數(shù)據(jù);

進(jìn)行多種農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格指數(shù)的計(jì)算;

實(shí)現(xiàn)對于農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的數(shù)據(jù)挖掘,并實(shí)現(xiàn)對于農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的預(yù)測;

實(shí)現(xiàn)分析數(shù)據(jù)的可視化展示平臺(tái)。

(三)后臺(tái)數(shù)據(jù)倉庫的概念設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)倉庫是貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)的核心,也是信息分析以及數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)倉庫的概念模型設(shè)計(jì)必須基于實(shí)際調(diào)查,結(jié)合實(shí)際信息分析需要以及數(shù)據(jù)源的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)倉庫模型將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)智能信息系統(tǒng)的失敗,產(chǎn)生錯(cuò)誤的信息。數(shù)據(jù)倉庫模型的概念設(shè)計(jì)主要涉及設(shè)計(jì)維度表、事實(shí)表以及維度表與事實(shí)表、維度表之間的關(guān)系。

1.關(guān)鍵維度

(1)地理維。地理維(Geographydimension)以“市場”為粒度,記錄了與農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格相關(guān)聯(lián)的貴州省地理信息,是數(shù)據(jù)倉庫的關(guān)鍵維度之一,也是數(shù)據(jù)分析中最常用到的維度,并且也是與其他事實(shí)表、維度表聯(lián)系最多的維度。其結(jié)構(gòu)為:(主鍵:Geog-raphyKey;候選鍵:GeographyAlternatekey;地區(qū)名:GeographyDistrictName,縣、市名:GeographyCoun-tyName…)。其中GeographyKey為維度表主鍵,Ge-ographyAlternateKey為候選鍵,通過該字段可以回溯數(shù)據(jù)源,增加數(shù)據(jù)倉庫的可信度。該緯度在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)際情況,設(shè)計(jì)地區(qū)(例如黔西南地區(qū))到縣、市(例如安龍)到市場(例如新橋農(nóng)貿(mào)市場)的層次結(jié)構(gòu)(hierarchy),而不直接套用通用的地理信息,否則無法滿足實(shí)際分析的需要。

(2)時(shí)間維。時(shí)間維(timedimension)是數(shù)據(jù)分析最常用到的維度,其結(jié)構(gòu)為:(主鍵:Time-Key;年:year;月:Month;日:day;年中文名:Chinese-YearName;節(jié)日:DayOMfonth;特殊事件:SpecialEv-en;t本日對應(yīng)月第幾天:DayOMfonth….)。其中年、月等的中文名屬性的設(shè)置是為了后期分析時(shí)便于展示,DayOfYear,DayOMfonth屬性的設(shè)置是為了便于實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品同期價(jià)格的對比計(jì)算。因?yàn)闃I(yè)務(wù)主題是時(shí)間序列的。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)倉庫中時(shí)間維度以“天”為粒度記錄了時(shí)間描述信息。在設(shè)計(jì)時(shí)間維時(shí)必須考慮到后期數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)挖掘的需要,而不是單純地從已有OLTP系統(tǒng)進(jìn)行抽取,例如考慮到農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格波動(dòng)與節(jié)假日關(guān)系很大,故在時(shí)間維設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加入“節(jié)假日指示”屬性,考慮到貴州為少數(shù)民族集聚區(qū)這一特點(diǎn),在填充該屬性時(shí)候不但應(yīng)記錄“春節(jié)”、“中秋”等較普通的節(jié)日,而且還應(yīng)記錄“地戲節(jié)”、“三月三”等各個(gè)地區(qū)少數(shù)民族特有的節(jié)日。同樣考慮到特殊因素,例如“甲型H1N1型流感”對農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的影響,應(yīng)設(shè)置“特殊事件”屬性。,還應(yīng)添加“節(jié)氣”,“季節(jié)”這兩個(gè)對于農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格關(guān)系較大的屬性。

(3)產(chǎn)品維度。產(chǎn)品維度以“產(chǎn)品”為粒度記錄了農(nóng)產(chǎn)品信息,其結(jié)構(gòu)為:(產(chǎn)品名:ProductName;產(chǎn)品子類別外鍵:ProductSubCategoryKey;單位:Uni;t漸變維度開始時(shí)間:StartDate;漸變維度結(jié)束時(shí)間:EndDate….)。農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)品緯度設(shè)計(jì)較為復(fù)雜,特別是結(jié)合貴州省的實(shí)際情況,一些農(nóng)產(chǎn)品歸類與通用歸類不同,例如“菜籽”標(biāo)準(zhǔn)分類應(yīng)該是“食用油”,但由于貴州省主要將菜籽用于副食品加工,故也可將其歸位“副食品”,這主要取決于最終用戶的分析角度,但也必須考慮未來與其他數(shù)據(jù)源的接口,過于特殊化的設(shè)計(jì)不利于與其他數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一,不利于數(shù)據(jù)倉庫的擴(kuò)充。產(chǎn)品維度表也是所有維度表中變化最頻繁的維度表,隨著時(shí)間推移不斷改變,屬于漸變維度(SCD,slowlychangingDimension)。例如“產(chǎn)品名稱”屬于1SCD(changing),對于歷史的產(chǎn)品名稱不做保存而直接更改。而“產(chǎn)地”屬性,由于后期數(shù)據(jù)分析對于歷史產(chǎn)地感興趣,故將其設(shè)置為2SCD(histori-cal),當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)加載時(shí)不更新原有數(shù)據(jù)信息,而是新添加一行以保持歷史數(shù)據(jù)。StartDate與EndDate相結(jié)合標(biāo)示目前數(shù)據(jù)行是否失效,或者說其是否是歷史數(shù)據(jù)。

(4)信息提供者維。它主要記錄了各個(gè)市場的信息提供者的相關(guān)信息,該維度與地理維相鏈接。主要用于支持后期對信息提供點(diǎn)貢獻(xiàn)度的分析,與績效考核的計(jì)算。

2.事實(shí)表的分析設(shè)計(jì)

相對而言事實(shí)表的設(shè)計(jì)較為簡單,但是由于事實(shí)表的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于維度表(僅2006年數(shù)據(jù)就達(dá)到百萬級(jí)),對于事實(shí)表屬性的數(shù)據(jù)類型設(shè)計(jì)顯得十分重要,好的設(shè)計(jì)可以大大緩解數(shù)據(jù)倉庫的爆炸性增長情況。根據(jù)業(yè)務(wù)主題的特點(diǎn),分別用與之對應(yīng)的度量值對其事實(shí)表進(jìn)行填充。

3.農(nóng)產(chǎn)品交易事實(shí)表(FactTrading)

主要記錄了農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格信息,來源于多個(gè)數(shù)據(jù)庫,對于其的數(shù)據(jù)清理與轉(zhuǎn)換工作量較大,由于存在多數(shù)據(jù)源,原有的價(jià)格記錄主鍵(OriginalID)出現(xiàn)了重復(fù),失去了標(biāo)示的意義?？缭綍r(shí)間為2003—2009年。其結(jié)構(gòu)為:(產(chǎn)品單價(jià):UnitPrice;地理維外鍵:GeographyKey;產(chǎn)品維外鍵:ProductKey;信息提供者維外鍵:InformationProviderKey;時(shí)間維外鍵:TimeKey;原有價(jià)格記錄號(hào):TradeOriginalId….)其中,地理維、時(shí)間維、產(chǎn)品維度等外鍵構(gòu)成了事實(shí)表的聯(lián)合主鍵。

(四)數(shù)據(jù)倉庫總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)倉庫的設(shè)計(jì)常常采用的是星型模型和雪花模型。但應(yīng)盡可能采用星型模型,這是由于維度表的作用是提供便利分析的角度,雪花模型雖然可以減少維度表空間,但增加了通過維度分析數(shù)據(jù)的難度,并使得數(shù)據(jù)倉庫結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜。[2]故在數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計(jì)時(shí),只在產(chǎn)品維(Productdimension)的設(shè)計(jì)上采用了雪花結(jié)構(gòu),這是由于產(chǎn)品維中包含了“類別屬性”,“子類別屬性”,“產(chǎn)品名”等通過字符描述的屬性,如果采用星型結(jié)構(gòu),以上屬性重復(fù)將過多,數(shù)據(jù)不一致可能性較大,故采用雪花結(jié)構(gòu)避免這種情況的發(fā)生。如前文所述,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能信息系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)就是其開放的結(jié)構(gòu),可以通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抓取、接入新的數(shù)據(jù)源等方式獲得新的信息,構(gòu)建新的事實(shí)表,例如上圖中的產(chǎn)品庫存事實(shí)表、氣象信息事實(shí)表、期貨交易事實(shí)表等。并且由于新的事實(shí)表與原有事實(shí)表可以共享維度,使得分析者可以在結(jié)合共同維度對不同的信息進(jìn)行分析,例如結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格事實(shí)表數(shù)據(jù)與農(nóng)產(chǎn)品庫存事實(shí)表數(shù)據(jù)以及氣象信息,并以時(shí)間和地理作為分析維度進(jìn)行多維分析,能發(fā)現(xiàn)出這三類信息間的潛在關(guān)系,并以直觀分析報(bào)表形式展現(xiàn)。

三、貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能信息系統(tǒng)的初步利用

最終設(shè)施階段,首先基于上述數(shù)據(jù)倉庫模型設(shè)計(jì)對應(yīng)ETL程序,導(dǎo)入相關(guān)的數(shù)據(jù),并利用MDX作為多維數(shù)據(jù)查詢語言實(shí)現(xiàn)分析,并在SqlServer2008下AnalysisService進(jìn)行部署,利用.net技術(shù)實(shí)現(xiàn)前臺(tái)的web展現(xiàn),最終實(shí)現(xiàn)了貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能信息系統(tǒng)的實(shí)施,達(dá)到以下功能。

(一)多維分析功能的實(shí)現(xiàn)例如,圖2演示了通過結(jié)合地理緯、時(shí)間維對于多維數(shù)據(jù)進(jìn)行切塊,然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行下鉆(drilldown)得到詳細(xì)信息,同時(shí)通過圖表進(jìn)行同步展示,最終直觀的得到兩地區(qū)(畢節(jié)、銅仁)在對應(yīng)時(shí)間段上對于農(nóng)副產(chǎn)品的價(jià)格走勢對比。

(二)價(jià)格統(tǒng)計(jì)分析功能的實(shí)現(xiàn)在結(jié)合下鉆,上鉆,切塊等多維分析的同時(shí),還可以根據(jù)已有的對農(nóng)產(chǎn)品的分析方法,例如定基價(jià)格指數(shù)、同比指數(shù)、環(huán)比指數(shù)等對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(三)KPIs功能的實(shí)現(xiàn)如需求分析中所述,農(nóng)業(yè)政策決策者需要的是一種高度概括性的狀況信息,而不是繁瑣的數(shù)據(jù),理想的狀況是通過對于狀態(tài)的一覽,就可以了解目前農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格是否出現(xiàn)了異常。通過對于關(guān)鍵業(yè)績指標(biāo)(KeyPerformanceIndicators)的實(shí)現(xiàn),可以很便捷地達(dá)到這一目標(biāo)。例如,首先通過實(shí)際調(diào)查了解到,決策者認(rèn)為農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格上漲或下跌某百分比值便認(rèn)為出現(xiàn)了價(jià)格異常。在智能信息系統(tǒng)開發(fā)中結(jié)合MDX語言,編寫相應(yīng)代碼,實(shí)現(xiàn)KPIs對應(yīng)的報(bào)警功能,再實(shí)現(xiàn)對用戶友好的、直觀的前臺(tái)展現(xiàn)(十字形為異常,三角形為可接受,圓形為正常)。

(四)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格預(yù)測功能的實(shí)現(xiàn)如前文所述,信息用戶不但對于已有歷史數(shù)據(jù)的分析感興趣,他們更想得到農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格等數(shù)據(jù)的未來走勢預(yù)測,而這正是數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)。數(shù)據(jù)挖掘指的是分析數(shù)據(jù),使用自動(dòng)化或半自動(dòng)化的工具來挖掘隱含的模式,預(yù)測正是數(shù)據(jù)挖掘的一項(xiàng)重要的部分[3]。貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能信息系統(tǒng)中利用了相應(yīng)的時(shí)序算法,利用智能信息系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)倉庫中時(shí)間序列數(shù)據(jù)集,結(jié)合連續(xù)的觀測值,進(jìn)行一般的趨勢分析、周期性分析和噪聲過濾,得到對于農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的趨勢預(yù)測。

四、小結(jié)

本文通過對貴州省農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的分析,結(jié)合不同類型用戶對于信息分析及預(yù)測的實(shí)際需要,利用數(shù)據(jù)倉庫及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),建立了相應(yīng)的貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)智能信息系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了提高已有農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的內(nèi)在價(jià)值,發(fā)掘隱藏在數(shù)據(jù)背后知識(shí)的目標(biāo)。為貴州省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究、農(nóng)業(yè)政策決策、農(nóng)產(chǎn)品商業(yè)開發(fā)提供了有力的支持,并獲得了良好的使用效果。

智能農(nóng)業(yè)論文:農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控體系分析

1農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)施

設(shè)施農(nóng)業(yè)是近年來隨著農(nóng)業(yè)環(huán)境工程技術(shù)的突破，迅速發(fā)展起來的一種集約化程度很高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。由于設(shè)施農(nóng)業(yè)是在人為可控環(huán)境保護(hù)設(shè)施下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，擺脫了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件下自然氣候、季節(jié)的制約，以超時(shí)令、反季節(jié)生產(chǎn)的設(shè)施園藝作物為主，不僅使單位面積產(chǎn)量及畜禽個(gè)體生產(chǎn)量大幅度增長，而且保障了農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)品，尤其是蔬菜、瓜果和肉、蛋、奶的全年均衡供應(yīng)。設(shè)施農(nóng)業(yè)目前已由簡易塑料大棚、溫室發(fā)展到具有人工環(huán)境控制設(shè)施的自動(dòng)化、機(jī)械化程度極高的現(xiàn)代化大型溫室和植物工廠。設(shè)施農(nóng)業(yè)在具有高附加值、高效益、高科技含量的設(shè)施園藝領(lǐng)域發(fā)展迅速，其栽培對象主要為蔬菜、花卉和果樹。近年來，設(shè)施畜牧業(yè)、設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖也在逐漸興起。

國外對溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于上世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)，現(xiàn)階段開發(fā)和研究集中于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)、多數(shù)據(jù)融合技術(shù)等[1，2]。目前，世界各國的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。鑒于此，本文提出了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成

無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetworks,WSN)是在片上系統(tǒng)（SOC，SystemonChip）、微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanismSystem,MEMS)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展形成新型應(yīng)用技術(shù)，融合了傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化，具有隨機(jī)部署、自組織、分布式結(jié)構(gòu)、等特點(diǎn)、智能型、健壯性、成本低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[3，4]。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由網(wǎng)關(guān)/匯聚節(jié)點(diǎn)（sink）、傳感器節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)組成（圖1）。其中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對各節(jié)點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)的收集、處理及與外網(wǎng)的通信，作為數(shù)據(jù)采集的傳感器節(jié)點(diǎn)響應(yīng)網(wǎng)關(guān)的請求，搜集周圍的信息，如溫度、濕度等；同時(shí)還要兼具有路由功能，通過路由協(xié)議直接或者通過作為多跳中轉(zhuǎn)者的節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)到sink節(jié)點(diǎn)，再借助臨時(shí)建立的sink鏈路把整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程中心；管理節(jié)點(diǎn)接收各點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和處理。各節(jié)點(diǎn)采用撒播、人工埋置等方式隨意散落在監(jiān)控區(qū)域，并自組織成網(wǎng)絡(luò)。

3硬件設(shè)計(jì)

該監(jiān)控系統(tǒng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、管理節(jié)點(diǎn)及各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，各傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的獲取及傳送，管理節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)顯示獲得的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理，結(jié)合農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)對相關(guān)量進(jìn)行控制。

3.1傳感器節(jié)點(diǎn)

傳感器節(jié)點(diǎn)之間通信采用基于Zigbee技術(shù)的CC2530芯片實(shí)現(xiàn)（圖3所示）。ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的一種短距離的無線通信技術(shù)，具有低功耗、低速率、低成本、低復(fù)雜度等特點(diǎn)。Zigbee遵循開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型，協(xié)議棧包括物理層、媒質(zhì)訪問控制層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，支持自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到2km，并且支持無限擴(kuò)展；工作頻率為2.4GHz和868/928MHz，主要面向消費(fèi)電子、家居和樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、醫(yī)療護(hù)理等領(lǐng)域的應(yīng)用[5]。

CC2530是TI公司生產(chǎn)的一款基于具有SOC（片上系統(tǒng))，支持IEEE802.15.4、ZigBee、ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE標(biāo)準(zhǔn)，芯片集成了2.4GHz直接序列擴(kuò)頻RF收發(fā)器、工業(yè)級(jí)增強(qiáng)型805l微處理核、高達(dá)256KB閃存、8KBRAM、8通道12位A/D轉(zhuǎn)換器，2個(gè)USART接口，21個(gè)通用接口GPIO等，四種供電模式，具有較高的無線接收靈敏度和抗干擾性能，傳輸距離大于75m，較高傳輸速率250Kbps。CC2530工作溫度為-40℃～+125℃，工作電壓2.0～3.6V，休眠時(shí)功耗電流可降低到0.6μA[6]。電源模塊由可充電電池、太陽能電池和電源管理單元構(gòu)成，確保各節(jié)點(diǎn)長時(shí)間穩(wěn)定工作。

3.2網(wǎng)關(guān)/匯聚節(jié)點(diǎn)

網(wǎng)關(guān)/匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖4所示，RS232接口與DM9161芯片[7]連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的接入；顯示模塊用于通信流量、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測，便于網(wǎng)絡(luò)安裝調(diào)試和故障診斷。

3.3檢測參數(shù)及傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)置

設(shè)施農(nóng)業(yè)中檢測的參數(shù)有溫度、濕度、光照度、CO2、土壤水分、土壤溫度、土壤養(yǎng)分、各種被控對象的開關(guān)量等。由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用電池供電，傳感器選擇時(shí)要考慮功耗等因素；另外，不同參數(shù)在測點(diǎn)分布及數(shù)量配置不盡相同，在設(shè)置節(jié)點(diǎn)時(shí)可適當(dāng)整合，在滿足要求的情況下提高復(fù)用率，具體如下：

①溫、濕度節(jié)點(diǎn)：用于溫室溫、濕度監(jiān)測，溫度傳感器選用單總線數(shù)字式DS18B20，測溫范圍為-55℃～+125℃，精度±0.5℃，分辨力較高達(dá)±0.0625℃，響應(yīng)時(shí)間＜1s。濕度傳感器選擇頻率輸出濕度模塊HF3226，HF3226采用濕敏電容HS1101設(shè)計(jì)制造，具有寬量程：10～95%RH，性能穩(wěn)定，體積小，比例線性的頻率輸出，精度±5%RH，工作溫度范圍–40～80℃。

②光照度、CO2節(jié)點(diǎn)：傳感器采用PD-LL，測量范圍0-20000lux，精度：±2%。CO2傳感器選擇TGS4160固態(tài)電化學(xué)型氣體敏感元件，測量范圍：0～5000ppm；加熱器電壓：5.0±0.2VDC；加熱器電流：250mA；加熱器功耗：1.25W；使用溫度：-10～＋50℃。

③土壤溫度、水分、養(yǎng)分節(jié)點(diǎn)：土壤水分傳感器選擇AQUA-TEL，適用于測量任何類型土壤的體積含水量，測量范圍：0-，誤差<3%，重復(fù)性誤差<1%；土壤養(yǎng)分的測定包括土壤有機(jī)質(zhì)、pH值、氮、磷、鉀以及交換性鈣和鎂的檢測，可采用離子、生物傳感器。

④開關(guān)量節(jié)點(diǎn)：包括天窗、濕簾、噴灌等狀態(tài)檢測，提供控制系統(tǒng)輔助信息，可用接近開關(guān)或光電開關(guān)實(shí)現(xiàn)。

4軟件設(shè)計(jì)

4.1監(jiān)控系統(tǒng)軟件

監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，基于VC++6.0編寫，采用數(shù)據(jù)庫操作方式實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取，并對相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行控制。系統(tǒng)分為通信模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)庫管理及歷史記錄查詢模塊、農(nóng)業(yè)專家決策系統(tǒng)和控制模塊。

4.2傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)的主要工作是數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)連接并承擔(dān)部分路由功能，保持與臨近節(jié)點(diǎn)的通信，檢測鏈路狀態(tài)等。為降低網(wǎng)絡(luò)的平均功耗、實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)組網(wǎng)，可采用LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)自適應(yīng)的分簇拓?fù)渌惴╗8]，選舉產(chǎn)生簇頭，由簇頭簇區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)收集和融合并傳送至匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)路由選擇等工作。簇頭可動(dòng)態(tài)產(chǎn)生。

5結(jié)束語

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)融合了傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，各傳感器分工協(xié)作，自主組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化，具有隨機(jī)部署、自組織、分布式結(jié)構(gòu)、智能型、健壯性、成本低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。ZigBee是一種新興的短距離、低成本和低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，相比于WiFi、Bluetooth等無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，ZigBee協(xié)議的復(fù)雜度大大降低。基于ZigBee技術(shù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，具有組網(wǎng)簡單、費(fèi)用低、易擴(kuò)展、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。文章提出了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)解決方案，順應(yīng)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。如果對傳感器節(jié)點(diǎn)稍加修改，重新配置，可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。

農(nóng)業(yè)物流智能決策體系研究

1智能決策支持系統(tǒng)

智能決策支持系統(tǒng)(intelligentdecisionsupportsystem，IDSS)的概念最早由Bonczek等于20世紀(jì)80年代提出．IDSS是在決策支持系統(tǒng)DSS的基礎(chǔ)上集成人工智能(artificialintelligence，AI)及專家系統(tǒng)(expertsystem，ES)而形成的，其核心思想是將人工智能與其他相關(guān)科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，使DSS具有人工智能．IDSS既充分發(fā)揮了專家系統(tǒng)以知識(shí)推理形式解決定性分析問題的特點(diǎn)，又發(fā)揮了決策支持系統(tǒng)以模型計(jì)算為核心解決定量分析問題的特點(diǎn)，在人機(jī)協(xié)同下充分實(shí)現(xiàn)了定性和定量分析的有機(jī)結(jié)合，使解決問題的能力和范圍得到了一個(gè)大的發(fā)展，進(jìn)一步提高了輔助決策能力，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了很大的作用[4]．智能決策支持系統(tǒng)是決策支持系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)新的重要方向．IDSS主要由人機(jī)接口(對話系統(tǒng))、數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識(shí)庫及方法庫(簡稱四庫系統(tǒng))5個(gè)部件組成，每個(gè)庫又帶有各自的管理系統(tǒng)．在四庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫是以一定的組織方式存儲(chǔ)在一起的數(shù)據(jù)集合；模型庫是將眾多的模型按一定的結(jié)構(gòu)形式組織起來的模型及它們的表現(xiàn)形式的集合；方法庫是處理數(shù)據(jù)的基本方法和標(biāo)準(zhǔn)算法的集合；知識(shí)庫是經(jīng)過分類組織的各種知識(shí)的集合，是數(shù)據(jù)庫在知識(shí)領(lǐng)域的拓展和延伸；人機(jī)接口是連接計(jì)算機(jī)與決策者的終結(jié)紐帶．上述5個(gè)部件是有機(jī)統(tǒng)一的整體，數(shù)據(jù)庫是最基本的部件，也是其他庫的數(shù)據(jù)源；模型庫為決策者提供推理、比較選擇和分析問題的模型集；方法庫是基本方法和算法的集合，方法庫是為模型庫服務(wù)的；知識(shí)庫分類存儲(chǔ)大量的知識(shí)，是從數(shù)據(jù)庫、模型庫、方法庫中通過推理，提取出知識(shí)的集合[5]．

2現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流智能決策支持系統(tǒng)功能與體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流智能決策支持系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通訊等現(xiàn)代信息技術(shù)對區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)物流作業(yè)、物流過程和物流管理的相關(guān)信息進(jìn)行采集、分類、篩選、儲(chǔ)存、分析、評(píng)價(jià)、反饋、、管理、控制和決策的信息系統(tǒng)．它能提高對用戶需求和農(nóng)業(yè)物流服務(wù)的響應(yīng)性；保障農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)目焖?、、?zhǔn)時(shí)；提高運(yùn)行效率、降低農(nóng)產(chǎn)品庫存和管理成本；整合物流資源，使農(nóng)業(yè)物流資源配置更合理、更優(yōu)化；提高相關(guān)管理部門工作的協(xié)同性、決策的科學(xué)性；強(qiáng)化政府對農(nóng)業(yè)物流市場的宏觀管理和調(diào)控能力[6-7]．

2.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流智能決策支持系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)農(nóng)業(yè)物流的數(shù)據(jù)采集功能．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料和農(nóng)產(chǎn)品等實(shí)體相關(guān)數(shù)據(jù)采集，包括農(nóng)業(yè)政策法規(guī)、要聞和熱點(diǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料和農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后加工，流通和消費(fèi)環(huán)節(jié)，如農(nóng)產(chǎn)品從種苗培育到大田管理、農(nóng)畜產(chǎn)品加工、保鮮直至流通、市場銷售等所有環(huán)節(jié)和整個(gè)物流流程數(shù)據(jù)．這里的數(shù)據(jù)可以是結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的．

(2)農(nóng)業(yè)物流的運(yùn)輸管理功能．農(nóng)業(yè)物流的運(yùn)輸綜合運(yùn)用GPS全球定位系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)等技術(shù)及時(shí)跟蹤農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料和農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸，并優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料和農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸路線和快速響應(yīng)，節(jié)約運(yùn)輸成本和減少時(shí)間，同時(shí)注意農(nóng)產(chǎn)品流通保鮮特點(diǎn)，采用不同運(yùn)輸方式．

(3)農(nóng)業(yè)物流的儲(chǔ)存管理功能．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料和農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)具有季節(jié)性和地域性的特點(diǎn)．儲(chǔ)存管理既要滿足現(xiàn)有的儲(chǔ)存要求，又要為預(yù)期的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存高峰做準(zhǔn)備，同時(shí)農(nóng)產(chǎn)品的季節(jié)性脈動(dòng)產(chǎn)出與連續(xù)性消費(fèi)之間的矛盾需要農(nóng)產(chǎn)品物流的儲(chǔ)存活動(dòng)來調(diào)節(jié)．儲(chǔ)存管理包括農(nóng)產(chǎn)品或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料出入庫信息管理、庫位資源管理、庫存管理、報(bào)表管理以及流程監(jiān)控，并提供計(jì)算機(jī)輔助決策，對即將達(dá)到或超過上下限庫存量范圍的不同程度進(jìn)行分級(jí)預(yù)警．

(4)農(nóng)業(yè)物流的流通加工與配送管理功能．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)束后，農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入后續(xù)加工及物流階段，其“生長”活動(dòng)的生命屬性和生化特征還將不同程度地延續(xù)至最終消費(fèi)，因而農(nóng)產(chǎn)品的流通過程兼具生物再生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)再生產(chǎn)相結(jié)合的特點(diǎn)．如連鎖超市所需農(nóng)產(chǎn)品的加工配送、分類分級(jí)、管理、包裝、營銷于一體的農(nóng)產(chǎn)品加工中心和配選中心等．

(5)農(nóng)業(yè)物流的包裝管理功能．包裝是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料和農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的終點(diǎn)，物流的起點(diǎn)，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、銷售過程中具有保護(hù)功能、定量功能和標(biāo)識(shí)功能．改進(jìn)特色農(nóng)產(chǎn)品包裝，分級(jí)分類包裝、加工后小包裝，實(shí)現(xiàn)包裝增值服務(wù)．

(6)決策支持功能．在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料和農(nóng)產(chǎn)品的庫存控制、運(yùn)輸車輛調(diào)配、流通加工與配送中心的選址、農(nóng)產(chǎn)品市場分析與預(yù)測等，需要使用統(tǒng)計(jì)分析方法和智能計(jì)算方法提供決策支持，分析和指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營．

(7)接口管理功能．上述各功能的子系統(tǒng)之間以及系統(tǒng)與GIS地理信息系統(tǒng)的接口，與GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口之間的數(shù)據(jù)融合等．

2.2體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流管理現(xiàn)狀和需求出發(fā)，綜合國內(nèi)外近期現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流管理模式和技術(shù)解決方案，構(gòu)建基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、GPS全球定位系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)和專業(yè)模型等，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和綜合管理與決策的智能決策支持系統(tǒng)．系統(tǒng)劃分為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流實(shí)時(shí)信息采集綜合數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫、模型庫和方法庫、知識(shí)庫、用戶接口等4個(gè)層次．

(1)信息采集傳輸和綜合數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫子系統(tǒng)．此子系統(tǒng)是由信息采集傳輸、綜合數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成．?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供對數(shù)據(jù)的存取、查詢、更新、維護(hù)等功能，并實(shí)現(xiàn)對模型庫、知識(shí)庫的連接和會(huì)話功能．?dāng)?shù)據(jù)包括農(nóng)業(yè)物流經(jīng)營主體數(shù)據(jù)、經(jīng)營企業(yè)成員和農(nóng)戶數(shù)據(jù)、主體經(jīng)營報(bào)告數(shù)據(jù)和公共信息等，這些數(shù)據(jù)大多匯總到數(shù)據(jù)庫中，這些數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)提取處理、轉(zhuǎn)化加工，成為數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)源．?dāng)?shù)據(jù)可以是Web數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)和其他農(nóng)業(yè)物流相關(guān)數(shù)據(jù)．此子系統(tǒng)能夠完整地描述、組織和管理農(nóng)業(yè)物流中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，使農(nóng)戶、農(nóng)產(chǎn)品配送企業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營單位等較大限度地實(shí)現(xiàn)信息共享．

(2)模型庫和方法庫子系統(tǒng)．模型庫是整個(gè)系統(tǒng)的核心．負(fù)責(zé)存儲(chǔ)所有的計(jì)算公式、預(yù)測模型與仿真模型．通過人機(jī)交互，使決策者能夠方便地利用模型庫中的各種模型支持決策，得到的結(jié)果通過中間數(shù)據(jù)庫輸出到用戶接口系統(tǒng)．方法庫建立在模型庫基礎(chǔ)上，為決策支持系統(tǒng)的模型提供求解算法，并依據(jù)模型進(jìn)行預(yù)測和優(yōu)化．

(3)知識(shí)庫子系統(tǒng)．知識(shí)庫是應(yīng)用人工智能原理、方法和技術(shù)，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和專家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)建立規(guī)則庫．它支持知識(shí)的入庫、鏈接、修改、刪除、分類及調(diào)用和維護(hù)等．知識(shí)庫中存儲(chǔ)的農(nóng)業(yè)物流領(lǐng)域知識(shí)是利用數(shù)據(jù)挖掘方法及其他智能處理方法、技術(shù)發(fā)現(xiàn)的知識(shí)．一般是在確定決策的需要和任務(wù)的基礎(chǔ)上，對于經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)、較為模糊的知識(shí)可以從領(lǐng)域?qū)＜夷抢镏苯映槿?；對于系統(tǒng)性強(qiáng)、需要描述的知識(shí)可以選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)挖掘技術(shù)和其他智能技術(shù)或統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，如關(guān)聯(lián)規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹、聚類、粗糙集、支持向量機(jī)、時(shí)間序列等，從數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫中提取出隱藏的、新穎、有效的模式或規(guī)則，即知識(shí)，加入到知識(shí)庫[8]．知識(shí)表現(xiàn)形式可以是圖表、圖形，也可以是規(guī)則，為決策者提供強(qiáng)大的決策支持．

(4)用戶接口子系統(tǒng)．用戶接口子系統(tǒng)是系統(tǒng)的人機(jī)接口界面．它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識(shí)庫之間的通信，輸出系統(tǒng)的結(jié)果、信息供決策人參考．

3現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流智能決策支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)使用Java語言開發(fā)，這使系統(tǒng)具有良好的跨平臺(tái)特性．由于Java面向?qū)ο蟮奶匦裕軌蚋蟪潭鹊耐ㄟ^運(yùn)用設(shè)計(jì)模式帶來對象級(jí)別的復(fù)用，這給系統(tǒng)帶來更好的可擴(kuò)展性和高復(fù)用性．通過JavaEE的規(guī)范Jsp和Servlet，配合一些常用的開源框架如Spring、Hibernate、Struts，在MVC的架構(gòu)下，可使系統(tǒng)有更好的可維護(hù)性[9]．系統(tǒng)采用JSP技術(shù)，Browser/Serve三層結(jié)構(gòu)(瀏覽訪問層、應(yīng)用服務(wù)層、數(shù)據(jù)支持層)，并以O(shè)racle10g作為數(shù)據(jù)庫．

4結(jié)論

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流決策支持系統(tǒng)的建設(shè)具有非常巨大的潛在市場需求，伴隨農(nóng)業(yè)問題的日漸突出以及信息化建設(shè)在中國的整體推進(jìn)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流決策支持系統(tǒng)建設(shè)也會(huì)越來越受重視．建立了以模型庫與知識(shí)庫為中心，輔以數(shù)據(jù)庫、方法庫與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流智能決策支持系統(tǒng)，系統(tǒng)具備較強(qiáng)的預(yù)測與決策功能，可為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物流的經(jīng)營主體、管理者和決策者提供信息技術(shù)支持．

智能農(nóng)業(yè)論文:設(shè)施農(nóng)業(yè)LED智能系統(tǒng)

1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，分為電源模塊、檢測模塊、控制模塊、補(bǔ)光模塊、用戶交互模塊，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，電源模塊采用太陽能供電，分別提供5V，12V兩種供電電壓，為整個(gè)系統(tǒng)供電;智能控制模塊應(yīng)用STC系列單片機(jī)為核心，根據(jù)系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)、設(shè)置閾值，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)PWM控制信號(hào)的占空比計(jì)算和兩路PWM控制信號(hào)輸出;檢測模塊分波段檢測紅、藍(lán)光強(qiáng)和實(shí)時(shí)溫度，并將檢測信號(hào)進(jìn)行濾波、放大后傳入單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)環(huán)境信息的檢測;補(bǔ)光模塊采用兩路帶有PWM電流控制功能的恒流驅(qū)動(dòng)電路，分別控制紅、藍(lán)光LED補(bǔ)光陣列燈的亮度，從而實(shí)現(xiàn)定量補(bǔ)光;用戶交互模塊采用液晶屏完成檢測結(jié)果顯示，鍵盤實(shí)現(xiàn)按需閾值修改等功能，完成閾值修改與設(shè)置，有效提高系統(tǒng)使用的方便性、擴(kuò)展性。

2硬件設(shè)計(jì)

2．1電源模塊

本系統(tǒng)電源模塊由太陽能電池板、蓄電池和控制電路組成，整個(gè)系統(tǒng)利用太陽能電池供電，原理圖如圖2所示。其中，控制電路的輸入端與太陽能電池連接，輸入電壓通過LM317及其外圍標(biāo)準(zhǔn)電路對12V蓄電池充電，蓄電池為整個(gè)系統(tǒng)供電。蓄電池輸出端利用MIC29302穩(wěn)壓變壓模塊輸出12V穩(wěn)壓電源信號(hào)，并調(diào)整匹配電阻產(chǎn)生5V穩(wěn)壓電源信號(hào)，從而提供本系統(tǒng)需要12V和5V兩個(gè)供電電源。其中，單片機(jī)、檢測模塊以及用戶交互模塊均使用5V電源供電，LED補(bǔ)光模塊采用12V電源供電。

2．2控制模塊

控制模塊選用STC12C5A60S2單片機(jī)作為核心處理器，采用5V電源供電，具有8路10位A/D接口、2路PWM輸出口、Flash存儲(chǔ)空間56K、靜態(tài)存取內(nèi)存1280B、可編程只讀存儲(chǔ)器1K，完成節(jié)點(diǎn)任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)采集、智能管理、控制信號(hào)輸出、閾值的調(diào)整、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)等工作，電路如圖3所示。其中，P0口連接液晶屏的8路數(shù)據(jù)口;P1口負(fù)責(zé)與采樣信號(hào)連接，P1．0接入溫度檢測信號(hào)、P1．1接入紅光檢測信號(hào)、P1．2接入藍(lán)光檢測信號(hào)，從而完成對傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集;P2口連接4×4矩陣鍵盤，P3．0，P3．1用于單片機(jī)與串口連接的數(shù)據(jù)讀寫線，完成程序的下載;P3．2～P3．7位液晶控制端;P4．2，P4．3為單片機(jī)PWM控制端輸出口，其根據(jù)單片機(jī)計(jì)算出與兩波段所需補(bǔ)光量對應(yīng)的PWM信號(hào)占空比，輸出PWM信號(hào)對LED燈組的亮度進(jìn)行控制。

2．3檢測模塊

檢測模塊利用光照傳感器、溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測設(shè)施內(nèi)部光照強(qiáng)度和溫度，并將采集數(shù)據(jù)提供給單片機(jī)進(jìn)行處理，原理圖如圖4所示。其中，溫度檢測模塊由溫度傳感器18B20及其標(biāo)準(zhǔn)調(diào)理電路組成，數(shù)據(jù)線接入單片機(jī)P1．0口，實(shí)現(xiàn)對溫度的采集。光照檢測包括紅光光強(qiáng)檢測和藍(lán)光光強(qiáng)檢測，采用波長范圍在400～500nm的藍(lán)光2BU6硅光電池和波長范圍600～700nm的紅光2BU6硅光電池作為檢測元件。采用4路運(yùn)算放大器LM324設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器將硅光電池的微弱模擬信號(hào)分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大，最終將模擬信號(hào)接入單片機(jī)P1．1，P1．2端口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)分波段光強(qiáng)檢測。

2．4補(bǔ)光模塊

補(bǔ)光模塊包括LED燈組及其驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路采用PT4115驅(qū)動(dòng)模塊電路，紅光和藍(lán)光兩個(gè)模塊獨(dú)立工作，原理圖如圖5所示。其中，LED燈組采用額定功率1W、中心波長為660nm的窄帶紅光LED陣列和中心波長為450nm的窄帶藍(lán)光LED陣列。由單片機(jī)輸出的兩路PWM信號(hào)分別與紅藍(lán)光兩路PT4115的DIM控制端相連，其中紅光驅(qū)動(dòng)芯片與P4．2產(chǎn)生的PWM信號(hào)接通，藍(lán)光則與P4．3產(chǎn)生的PWM信號(hào)接通。利用PWM的信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)芯片PT4115的輸出電流，由此實(shí)現(xiàn)LED燈組的定量補(bǔ)光。

2．5用戶交互模塊

用戶交互模塊主要包括液晶顯示屏和鍵盤兩部分，其中顯示屏采用OCM12864－3液晶屏，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的查詢顯示;而鍵盤采用4×4矩陣鍵盤，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)定及改變。

3軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件主要包括傳感器解析函數(shù)、數(shù)據(jù)管理與參數(shù)設(shè)定程序、PWM信號(hào)控制程序和顯示程序，實(shí)現(xiàn)3類參數(shù)設(shè)置、環(huán)境因子采集以及對受控?zé)艚M的自動(dòng)控制功能，軟件流程如圖6所示。系統(tǒng)工作時(shí)，首先需要對溫度，紅藍(lán)光強(qiáng)閾值進(jìn)行設(shè)置，溫度傳感器周期對設(shè)施內(nèi)溫度監(jiān)測，判斷溫度是否超出不利于光合作用的閾值范圍，超出則關(guān)斷LED補(bǔ)光燈組。當(dāng)溫度在所設(shè)閾值范圍內(nèi)，再分別對紅、藍(lán)光進(jìn)行光強(qiáng)檢測，實(shí)際光強(qiáng)在閾值之內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)定量補(bǔ)光狀態(tài)，根據(jù)所設(shè)閾值與實(shí)際值之差計(jì)算實(shí)際需光量，進(jìn)而再根據(jù)與實(shí)際需光量對應(yīng)的兩路PWM控制信號(hào)的占空比，分別產(chǎn)生對應(yīng)的PWM信號(hào)，達(dá)到控制LED燈的亮度對植物實(shí)施補(bǔ)光的目的。

4運(yùn)行結(jié)果分析

該系統(tǒng)充分考慮了植物補(bǔ)光時(shí)的各種影響因素，通過對各因素的監(jiān)測、設(shè)置、數(shù)據(jù)管理和決策程序，計(jì)算植物所需光照與實(shí)際光照總體差值，采用均值方式計(jì)算每個(gè)LED的輸出光強(qiáng);基于LED驅(qū)動(dòng)電流和輸出光強(qiáng)的關(guān)系式，系統(tǒng)就可以通過對PWM輸出電流的控制，從而實(shí)現(xiàn)對補(bǔ)光量的控制。該系統(tǒng)已于2010年在西北農(nóng)林科技大學(xué)甜瓜基地投入試用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)方案中各類部分功能，可長期有效實(shí)現(xiàn)定量補(bǔ)光，圖7為設(shè)備原型界面。

5結(jié)論

本文研發(fā)了一種基于STC12C5A60S2單片機(jī)的植物智能補(bǔ)光系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用太陽能供電，根據(jù)溫度、光照傳感器監(jiān)測結(jié)果，通過核心處理器STC12C5A60S2利用PWM信號(hào)，控制特定波長的紅、藍(lán)光兩路LED燈組驅(qū)動(dòng)電流，從而控制光源亮度，解決現(xiàn)有補(bǔ)光設(shè)備的不足，實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)作物的智能化、化補(bǔ)光。系統(tǒng)試驗(yàn)證明其具有良好的穩(wěn)定性，可滿足在不同生長階段對不同植物進(jìn)行智能化、化的補(bǔ)光要求，作物產(chǎn)品產(chǎn)量、品質(zhì)提高，耗能明顯降低。同時(shí)，具有誤差低、響應(yīng)速度快、使用方便、部署靈活、成本低廉、維護(hù)簡單等特點(diǎn)。

智能農(nóng)業(yè)論文:設(shè)施農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控分析

1農(nóng)業(yè)控制設(shè)施

設(shè)施農(nóng)業(yè)是近年來隨著農(nóng)業(yè)環(huán)境工程技術(shù)的突破，迅速發(fā)展起來的一種集約化程度很高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。由于設(shè)施農(nóng)業(yè)是在人為可控環(huán)境保護(hù)設(shè)施下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，擺脫了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件下自然氣候、季節(jié)的制約，以超時(shí)令、反季節(jié)生產(chǎn)的設(shè)施園藝作物為主，不僅使單位面積產(chǎn)量及畜禽個(gè)體生產(chǎn)量大幅度增長，而且保障了農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)品，尤其是蔬菜、瓜果和肉、蛋、奶的全年均衡供應(yīng)。設(shè)施農(nóng)業(yè)目前已由簡易塑料大棚、溫室發(fā)展到具有人工環(huán)境控制設(shè)施的自動(dòng)化、機(jī)械化程度極高的現(xiàn)代化大型溫室和植物工廠。設(shè)施農(nóng)業(yè)在具有高附加值、高效益、高科技含量的設(shè)施園藝領(lǐng)域發(fā)展迅速，其栽培對象主要為蔬菜、花卉和果樹。近年來，設(shè)施畜牧業(yè)、設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖也在逐漸興起。國外對溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于上世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)，現(xiàn)階段開發(fā)和研究集中于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)、多數(shù)據(jù)融合技術(shù)等[1，2]。目前，世界各國的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。鑒于此，本文提出了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成

無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetworks,WSN)是在片上系統(tǒng)（SOC，SystemonChip）、微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanismSystem,MEMS)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展形成新型應(yīng)用技術(shù)，融合了傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化，具有隨機(jī)部署、自組織、分布式結(jié)構(gòu)、等特點(diǎn)、智能型、健壯性、成本低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[3，4]。無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由網(wǎng)關(guān)/匯聚節(jié)點(diǎn)（sink）、傳感器節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)組成。其中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對各節(jié)點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)的收集、處理及與外網(wǎng)的通信，作為數(shù)據(jù)采集的傳感器節(jié)點(diǎn)響應(yīng)網(wǎng)關(guān)的請求，搜集周圍的信息，如溫度、濕度等；同時(shí)還要兼具有路由功能，通過路由協(xié)議直接或者通過作為多跳中轉(zhuǎn)者的節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)到sink節(jié)點(diǎn)，再借助臨時(shí)建立的sink鏈路把整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程中心；管理節(jié)點(diǎn)接收各點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和處理。各節(jié)點(diǎn)采用撒播、人工埋置等方式隨意散落在監(jiān)控區(qū)域，并自組織成網(wǎng)絡(luò)。

3硬件設(shè)計(jì)

該監(jiān)控系統(tǒng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、管理節(jié)點(diǎn)及各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，各傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的獲取及傳送，管理節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)顯示獲得的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理，結(jié)合農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)對相關(guān)量進(jìn)行控制。

3.1傳感器節(jié)點(diǎn)

傳感器節(jié)點(diǎn)之間通信采用基于Zigbee技術(shù)的CC2530芯片實(shí)現(xiàn)（圖3所示）。ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的一種短距離的無線通信技術(shù)，具有低功耗、低速率、低成本、低復(fù)雜度等特點(diǎn)。Zigbee遵循開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型，協(xié)議棧包括物理層、媒質(zhì)訪問控制層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，支持自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到2km，并且支持無限擴(kuò)展；工作頻率為2.4GHz和868/928MHz，主要面向消費(fèi)電子、家居和樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、醫(yī)療護(hù)理等領(lǐng)域的應(yīng)用[5]。CC2530是TI公司生產(chǎn)的一款基于具有SOC（片上系統(tǒng))，支持IEEE802.15.4、ZigBee、ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE標(biāo)準(zhǔn)，芯片集成了2.4GHz直接序列擴(kuò)頻RF收發(fā)器、工業(yè)級(jí)增強(qiáng)型805l微處理核、高達(dá)256KB閃存、8KBRAM、8通道12位A/D轉(zhuǎn)換器，2個(gè)USART接口，21個(gè)通用接口GPIO等，四種供電模式，具有較高的無線接收靈敏度和抗干擾性能，傳輸距離大于75m，較高傳輸速率250Kbps。CC2530工作溫度為-40℃～+125℃，工作電壓2.0～3.6V，休眠時(shí)功耗電流可降低到0.6μA[6]。電源模塊由可充電電池、太陽能電池和電源管理單元構(gòu)成，確保各節(jié)點(diǎn)長時(shí)間穩(wěn)定工作。

3.2網(wǎng)關(guān)/匯聚節(jié)點(diǎn)

網(wǎng)關(guān)/匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖4所示，RS232接口與DM9161芯片[7]連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的接入；顯示模塊用于通信流量、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測，便于網(wǎng)絡(luò)安裝調(diào)試和故障診斷。

3.3檢測參數(shù)及傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)置

設(shè)施農(nóng)業(yè)中檢測的參數(shù)有溫度、濕度、光照度、CO2、土壤水分、土壤溫度、土壤養(yǎng)分、各種被控對象的開關(guān)量等。由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用電池供電，傳感器選擇時(shí)要考慮功耗等因素；另外，不同參數(shù)在測點(diǎn)分布及數(shù)量配置不盡相同，在設(shè)置節(jié)點(diǎn)時(shí)可適當(dāng)整合，在滿足要求的情況下提高復(fù)用率，具體如下：①溫、濕度節(jié)點(diǎn)：用于溫室溫、濕度監(jiān)測，溫度傳感器選用單總線數(shù)字式DS18B20，測溫范圍為-55℃～+125℃，精度±0.5℃，分辨力較高達(dá)±0.0625℃，響應(yīng)時(shí)間＜1s。濕度傳感器選擇頻率輸出濕度模塊HF3226，HF3226采用濕敏電容HS1101設(shè)計(jì)制造，具有寬量程：10～95%RH，性能穩(wěn)定，體積小，比例線性的頻率輸出，精度±5%RH，工作溫度范圍–40～80℃。②光照度、CO2節(jié)點(diǎn)：傳感器采用PD-LL，測量范圍0-20000lux，精度：±2%。CO2傳感器選擇TGS4160固態(tài)電化學(xué)型氣體敏感元件，測量范圍：0～5000ppm；加熱器電壓：5.0±0.2VDC；加熱器電流：250mA；加熱器功耗：1.25W；使用溫度：-10～＋50℃。③土壤溫度、水分、養(yǎng)分節(jié)點(diǎn)：土壤水分傳感器選擇AQUA-TEL，適用于測量任何類型土壤的體積含水量，測量范圍：0-，誤差<3%，重復(fù)性誤差<1%；土壤養(yǎng)分的測定包括土壤有機(jī)質(zhì)、pH值、氮、磷、鉀以及交換性鈣和鎂的檢測，可采用離子、生物傳感器。④開關(guān)量節(jié)點(diǎn)：包括天窗、濕簾、噴灌等狀態(tài)檢測，提供控制系統(tǒng)輔助信息，可用接近開關(guān)或光電開關(guān)實(shí)現(xiàn)。

4軟件設(shè)計(jì)

4.1監(jiān)控系統(tǒng)軟件

監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，基于VC++6.0編寫，采用數(shù)據(jù)庫操作方式實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取，并對相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行控制。系統(tǒng)分為通信模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)庫管理及歷史記錄查詢模塊、農(nóng)業(yè)專家決策系統(tǒng)和控制模塊。

4.2傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)的主要工作是數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)連接并承擔(dān)部分路由功能，保持與臨近節(jié)點(diǎn)的通信，檢測鏈路狀態(tài)等。為降低網(wǎng)絡(luò)的平均功耗、實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)組網(wǎng)，可采用LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)自適應(yīng)的分簇拓?fù)渌惴╗8]，選舉產(chǎn)生簇頭，由簇頭簇區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)收集和融合并傳送至匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)路由選擇等工作。簇頭可動(dòng)態(tài)產(chǎn)生。

5結(jié)束語

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)融合了傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，各傳感器分工協(xié)作，自主組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化，具有隨機(jī)部署、自組織、分布式結(jié)構(gòu)、智能型、健壯性、成本低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。ZigBee是一種新興的短距離、低成本和低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，相比于WiFi、Bluetooth等無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，ZigBee協(xié)議的復(fù)雜度大大降低?；赯igBee技術(shù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，具有組網(wǎng)簡單、費(fèi)用低、易擴(kuò)展、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。文章提出了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)解決方案，順應(yīng)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。如果對傳感器節(jié)點(diǎn)稍加修改，重新配置，可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。

智能農(nóng)業(yè)論文:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

摘要：近年來，我國農(nóng)業(yè)正處在從傳統(tǒng)生產(chǎn)模式向現(xiàn)代化生產(chǎn)模式的進(jìn)程之中，農(nóng)業(yè)需要用現(xiàn)代化設(shè)備來裝備，利用現(xiàn)代技術(shù)水平進(jìn)行武裝，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展就為智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了良好的技術(shù)職稱。本文主要針對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能農(nóng)業(yè)；應(yīng)用

隨著社會(huì)的飛速發(fā)展和科技水平的不斷提高，信息化產(chǎn)業(yè)在繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)通信后出現(xiàn)了第三次改革的浪潮----物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從字面意思理解為兩個(gè)物體相互連接的互聯(lián)網(wǎng)，就是將任意的兩個(gè)物體通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接在一起，以達(dá)到傳遞信息的目的。智能農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是指在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的各種傳感器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過這個(gè)系統(tǒng)對農(nóng)作物科學(xué)監(jiān)測、科學(xué)種植、科學(xué)管理，農(nóng)戶足不出戶的就可以對農(nóng)田進(jìn)行管理，這樣既可以解放勞動(dòng)力，又利于提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中發(fā)展現(xiàn)狀

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷深入發(fā)展，一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)、流通領(lǐng)域和養(yǎng)殖業(yè)方面逐步推廣這項(xiàng)技術(shù)。智能農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括信息感知、信息傳輸、信息應(yīng)用三個(gè)結(jié)構(gòu)層面。信息感知技術(shù)就是通過把各種傳感器的節(jié)點(diǎn)相互連接來獲取農(nóng)田的基本數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握農(nóng)田的信息變化。信息傳輸技術(shù)就是通過各種方式利用傳感器接收信息，或者通過通信協(xié)議信息，使接收信息的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。信息應(yīng)用技術(shù)就是把獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理匯總，歸納出科學(xué)管理方法，用于指導(dǎo)農(nóng)田管理。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

隨著中國經(jīng)濟(jì)近30年來的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源緊缺和農(nóng)業(yè)對資源消耗過大的問題對農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約愈發(fā)明顯。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將先進(jìn)的傳感、通信和數(shù)據(jù)處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，構(gòu)建智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是解決農(nóng)業(yè)發(fā)展滯后問題的有效方法。

1.在農(nóng)業(yè)資源利用方面的應(yīng)用。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，我國充分利用GPS定位技術(shù)對土壤含水量、土壤溫度、光照進(jìn)行采集，對農(nóng)作物施肥、病蟲害的防治、農(nóng)田管理以及農(nóng)業(yè)環(huán)境污染狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測以獲取更的信息。通過這些信息的分析，可以歸納總結(jié)出解決方法，用于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理。

2.在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境方面的應(yīng)用。我國在重視農(nóng)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也非常注重對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。我國在建立了農(nóng)業(yè)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，對各地的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行全天候的監(jiān)測，并建立了對大氣和水環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等有害氣體和水溫、水質(zhì)等參數(shù)。

3.在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理方面的應(yīng)用。我國把農(nóng)業(yè)管理經(jīng)驗(yàn)與高新技術(shù)緊密相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化管理。我國在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面已經(jīng)建立了智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測水產(chǎn)品生長情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，快速找到解決方法。同時(shí)我國設(shè)施農(nóng)業(yè)方面也取得進(jìn)展，研制出了合理分配農(nóng)機(jī)資源的調(diào)度系統(tǒng)，尤其在秋收時(shí)期，能合理調(diào)度各地區(qū)的農(nóng)機(jī)具，使農(nóng)機(jī)具得到較大限度的利用。

4.在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源方面的應(yīng)用。隨著人們生活水平和質(zhì)量的提高，人們對食品安全的關(guān)注度越來越高。為了保障人們能吃上放心的食品，國家建立了農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要是通過條碼、IC卡等技術(shù)，對農(nóng)產(chǎn)品從源頭開始直到到消費(fèi)者手中都進(jìn)行全程監(jiān)測，消費(fèi)者可以隨時(shí)隨地的查看農(nóng)產(chǎn)品每個(gè)流程的基本情況。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的發(fā)展趨勢

現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)只是應(yīng)用在農(nóng)作物的育秧方面，即通過電腦對田間設(shè)備實(shí)行遠(yuǎn)程控制，及時(shí)了解田間的溫度、濕度、光照等數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)警戒值時(shí)，自動(dòng)調(diào)控設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。在不久的將來，我們還可以通過更精密的傳感器和更嚴(yán)密的控制系統(tǒng)，對各個(gè)階段獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，以期得到更好的結(jié)果。未來幾年，在農(nóng)作物的灌溉階段，我們可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并結(jié)合水庫的水位、天氣和農(nóng)田干旱情況，進(jìn)行合理灌溉。在農(nóng)作物的收割階段，可以利用農(nóng)機(jī)資源的調(diào)度系統(tǒng)，及時(shí)掌握農(nóng)機(jī)具的工作情況和具體位置，對農(nóng)機(jī)具進(jìn)行合理調(diào)度和實(shí)時(shí)監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)具工作效率較大化。在農(nóng)作物運(yùn)輸階段，利用車輛的定位系統(tǒng)，及時(shí)了解車輛的行進(jìn)路線和運(yùn)行狀態(tài)，通過實(shí)時(shí)畫面和傳回的數(shù)據(jù)了解車廂內(nèi)的情況，及時(shí)調(diào)整車廂的溫度，并安裝防盜系統(tǒng)。在農(nóng)作物的存儲(chǔ)階段，通過全球眼或電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，及時(shí)了解糧庫內(nèi)溫濕度的變化情況，并通過自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以達(dá)到室內(nèi)溫濕度的平衡，為把糧食安全送到消費(fèi)者手中保駕護(hù)航。在農(nóng)產(chǎn)品加工階段，繼續(xù)加大對食品溯源系統(tǒng)的開發(fā)力度，使其廣泛應(yīng)用到對綠色食品的加工檢測上，用于乳制品生產(chǎn)的追溯源頭上，用于出口農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)及貿(mào)易上。當(dāng)然，未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用還很多，還會(huì)朝著更加智能化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。

四、結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)屬于一種新型的技術(shù)，屬于智能技術(shù)的核心，也是新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的典型使用，但是，就現(xiàn)階段我國的實(shí)際情況來看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還未形成系統(tǒng)的技術(shù)體系。本文從實(shí)用性角度出發(fā)，針對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的分析，結(jié)果顯示，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中有著巨大的應(yīng)用前景，相信在不久的將來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)定可以成為輔助我國農(nóng)業(yè)技術(shù)水平發(fā)展的核心技術(shù)。

智能農(nóng)業(yè)論文:智能農(nóng)業(yè)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：

本設(shè)計(jì)使用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能農(nóng)業(yè)多通道數(shù)據(jù)同時(shí)采集、存儲(chǔ)和管理、報(bào)警記錄等功能。本設(shè)計(jì)是虛擬儀器在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域監(jiān)測的一個(gè)成功嘗試，實(shí)踐證明虛擬儀器是一種較好的數(shù)據(jù)采集的工具，能夠高效的完成植物生長過程和環(huán)境信息的測控任務(wù)。

關(guān)鍵詞：

虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集；多通道；LabVIEW

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字設(shè)備正在逐步取代模擬設(shè)備，計(jì)算機(jī)監(jiān)測與控制技術(shù)正在發(fā)揮非常重要的作用。而傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式主要是人工勞作，這種生產(chǎn)方式不僅單一，而且還不能及時(shí)監(jiān)測農(nóng)作物生長狀態(tài)，無法及時(shí)供給水肥與管理，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的產(chǎn)量。把數(shù)據(jù)采集融入到農(nóng)業(yè)里，符合智能農(nóng)業(yè)的要求，也能很好的解決上述問題［1］。目前先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅需要各個(gè)設(shè)備可以單獨(dú)完成數(shù)據(jù)采集，而且要求彼此之間可以互相通信，以完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及分析，實(shí)現(xiàn)信息共享，便于對眾多的信號(hào)進(jìn)行對比、自動(dòng)分析，得出比較的判斷，較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式有很大提高。本文基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了智能農(nóng)業(yè)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多通道信號(hào)采集，監(jiān)測作物生長過程及環(huán)境信息，實(shí)時(shí)顯示、記錄、分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等功能［2］。

1道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

整個(gè)系統(tǒng)從函數(shù)發(fā)生器開始，通過函數(shù)發(fā)生器發(fā)出的電信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)接板，將信號(hào)送至數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，然后用軟件進(jìn)行處理。在采集過程中將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫里，再通過對表格的時(shí)間查詢實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的訪問，具體框圖見圖1所示。虛擬儀器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的因素很多，如硬件要求、計(jì)算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)軟件等，因此，必須結(jié)合使用的儀器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行分析，在方案確定時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)基于計(jì)算機(jī)自身的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集、采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)于管理、報(bào)警記錄等功能［3］。在軟件的設(shè)計(jì)中，上位機(jī)以LabVIEW為平臺(tái)，編寫數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊和報(bào)警記錄模塊。上位機(jī)是虛擬實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，其軟件的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2系統(tǒng)具體應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)

2．1數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)1）數(shù)據(jù)采集觸發(fā)電路。觸發(fā)信號(hào)通常是指能夠引發(fā)一個(gè)操作的信號(hào)。用戶設(shè)置開始測量的時(shí)刻可以用觸發(fā)信號(hào)來設(shè)計(jì)。舉例來說，如果所做的系統(tǒng)需要測試一個(gè)模擬電路對一個(gè)模擬脈沖輸入信號(hào)響應(yīng)時(shí)，就可以用脈沖輸入信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)來測量設(shè)備，確定何時(shí)開始采集樣本；如果用戶不用觸發(fā)信號(hào)的話，那么就要在加入測試信號(hào)之前采集數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶配置一個(gè)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，必須首先確定觸發(fā)一個(gè)什么操作，以及如何得到觸發(fā)信號(hào)［4］。本設(shè)計(jì)的電路就是通過索引數(shù)組進(jìn)行溫度間隔、壓力間隔和流量間隔的選擇控制來產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)所選擇的采集通道。首先將三個(gè)信號(hào)間隔通過索引數(shù)組連到十進(jìn)制for循環(huán)中作為觸發(fā)信號(hào)，再把信號(hào)與另一個(gè)十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行捆綁，經(jīng)過布爾數(shù)組轉(zhuǎn)換至函數(shù)。觸發(fā)電路如圖3所示。2）多通道數(shù)據(jù)采集程序。為了解決同步采樣可能出現(xiàn)的問題，本設(shè)計(jì)采用了間隔掃描的方式。使用這種方法，通常是通道的時(shí)鐘速度比掃描時(shí)鐘。在這種情況下，在每個(gè)掃描通道的時(shí)鐘速度更快、規(guī)模較小的相鄰?fù)ǖ篱g采樣間隔。本設(shè)計(jì)利用for循環(huán)對采樣間隔的控制，實(shí)現(xiàn)了三通道同時(shí)采樣。首先給出正弦波、三角波和Chirp波形信號(hào)，經(jīng)條件結(jié)構(gòu)函數(shù)進(jìn)行選擇，再由溫度計(jì)顯示當(dāng)前溫度，同時(shí)記錄時(shí)間。多通道數(shù)據(jù)采集程序如圖4所示。3）數(shù)據(jù)記錄文件保存程序。使用數(shù)據(jù)記錄文件可以在LabVIEW中快速和方便地訪問和操作數(shù)據(jù)文件，并且可以方便地組織具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法與數(shù)據(jù)庫文件相似，是把數(shù)據(jù)作為由相同結(jié)構(gòu)的記錄組成的一個(gè)序列來保存。每一行是一個(gè)record（記錄），每一個(gè)記錄都必須含有相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。LabVIEW把每一個(gè)記錄作為一個(gè)簇寫入文件，記錄的每一個(gè)組成元素可以是任何類型的數(shù)據(jù)。使用數(shù)據(jù)記錄文件只需要極少量的操作，這使讀取和寫入速度非?？?。它還簡化了數(shù)據(jù)獲取的方式，因?yàn)榭梢愿鶕?jù)recordnumber來訪問所需的任何一個(gè)記錄，這就使隨機(jī)訪問既快又簡便。數(shù)據(jù)記錄文件保存程序如圖5所示。4）波形文件保存程序。使用波形文件輸入輸出函數(shù)，可以把Waveform存儲(chǔ)為波形文件。從本質(zhì)上來說，波形文件是一種特殊的數(shù)據(jù)記錄文件，其包含的數(shù)據(jù)有波形的起始時(shí)間t0、間隔時(shí)間Δt和所采集的數(shù)據(jù)Y。波形文件程序保存如圖6所示。本設(shè)計(jì)先將兩維矩陣轉(zhuǎn)換為一維向量，再將一維向量寫入電子表格文件中，實(shí)現(xiàn)波形文件的保存。該設(shè)計(jì)中還能自動(dòng)搜索具體日期時(shí)的波形文件，為下面的查詢報(bào)警功能做好了鋪墊［5］。

2．2歷史數(shù)據(jù)查詢程序設(shè)計(jì)對于已收集的數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)可以進(jìn)行查詢和存儲(chǔ)。因此根據(jù)相關(guān)的檢索條件，進(jìn)行主要的程序保存數(shù)據(jù)的設(shè)置，以節(jié)省時(shí)間，具體程序見圖7。該部分設(shè)計(jì)是利用波形產(chǎn)生時(shí)記錄的時(shí)間，通過讀取電子表格程序查找出了波形。在數(shù)值文本文件中從指定字符偏移量開始讀取指定數(shù)量的行或列，并使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為雙精度的二維數(shù)組，這樣就可以查詢表格里的文件了。

2．3報(bào)警記錄程序設(shè)計(jì)這部分程序是利用用戶事件來編寫的，每當(dāng)采樣值大于設(shè)定值時(shí)，則會(huì)觸發(fā)用戶事件，從而使接下來循環(huán)里的事件發(fā)生，然后進(jìn)行記錄數(shù)據(jù)，這部分的數(shù)據(jù)記錄是實(shí)時(shí)記錄的，并進(jìn)行保存，每次重啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)清空所保存的記錄。該報(bào)警記錄的時(shí)間間隔為0．2s。具體程序見圖8。

3總結(jié)

本設(shè)計(jì)在虛擬儀器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上，使用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能農(nóng)業(yè)多通道數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)庫保存記錄，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)訪問系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了一個(gè)從物理信號(hào)到桌面訪問的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成了對農(nóng)作物生長過程和環(huán)境的監(jiān)測。

作者：苗鳳娟 葉敬 陶佰睿 高玉峰 王琦 單位：齊齊哈爾大學(xué)通信與電子工程學(xué)院

智能農(nóng)業(yè)論文:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

我國作為一個(gè)以農(nóng)業(yè)發(fā)展的大國，提高農(nóng)業(yè)的產(chǎn)量非常重要，但目前我國農(nóng)業(yè)的產(chǎn)量還很低，同時(shí)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中消耗的各種資源量卻非常大，因此，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)已經(jīng)不能夠支撐當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，嚴(yán)重阻礙我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展速度。針對目前這一情況，隨著信息化和科學(xué)技術(shù)的不斷提升，將當(dāng)今新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中，能夠使得農(nóng)業(yè)智能化，進(jìn)一步提高農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，同時(shí)還可以節(jié)省大量的人力和物力。

1農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的概述

1．1農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的定義農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是由傳感器、監(jiān)控設(shè)備和移動(dòng)終端等設(shè)備組成，通過遠(yuǎn)程控制將農(nóng)田里的環(huán)境信息和農(nóng)作物信息傳遞給農(nóng)民，農(nóng)民可以足不出戶掌握農(nóng)田里的各種信息。其中，傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、光傳感器和PH值傳感器等等，可以檢測出農(nóng)田環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度、PH值等信息參數(shù)，再通過儀表儀器顯示出來，保障農(nóng)作物有一個(gè)良好的生長環(huán)境。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將傳統(tǒng)以人為中心的農(nóng)業(yè)管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽恐悄芑O(shè)備和軟件為中心的生產(chǎn)管理模式。

1．2農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，它也分為三個(gè)層次，分別是信息感知層、信息傳輸層和信息應(yīng)用層。1）信息感知層，主要功能是利用各種傳感器收集環(huán)境和土壤信息，并通過短距離傳輸技術(shù)傳輸收集到的數(shù)據(jù)，它作為三層架構(gòu)的最底層，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的短距離傳輸技術(shù)有RFID技術(shù)、Wi-Fi、藍(lán)牙和有線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)。2）信息傳輸層，主要功能是處理和傳輸信息感知層中傳感器收集到的數(shù)據(jù)信息，并融合和擴(kuò)展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，適合遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效、更加安全的互聯(lián)功能。3）信息應(yīng)用層，主要功能是對感知層收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行融合、處理和分析，并通過各種終端設(shè)備與農(nóng)戶之間進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化。

2物聯(lián)網(wǎng)在智能農(nóng)業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)

2．1Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi眾所周知，現(xiàn)在人人離不開它，它是一種短距離無線通信技術(shù)，室內(nèi)的輻射范圍在100米左右，室外可以達(dá)到200米左右，顧名思義就是在較小的范圍或區(qū)域內(nèi)提供的無線傳輸通信技術(shù)，是WirelessFidelity的縮寫，是以太網(wǎng)無線技術(shù)的擴(kuò)展，使用開放的2.4GHZ微波頻段，理論上的較高速率是11Mb/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通家庭使用的有線寬帶，是當(dāng)今使用最廣泛的一種短距離無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。

2．2RFID技術(shù)RFID（RadioFrequencyIdentification）技術(shù)是一種無線射頻識(shí)別通信技術(shù)，可以通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。射頻段是指讀寫器通過天線發(fā)送、接收并識(shí)讀的標(biāo)簽信號(hào)頻率的范圍，讀寫器的頻率和射頻標(biāo)簽的頻率必須相同才能夠工作。RFID系統(tǒng)通常包括電子標(biāo)簽、閱讀器和天線。其工作流程是：閱讀器通過天線發(fā)送特定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入此信號(hào)磁場時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流同時(shí)被激活，這時(shí)芯片中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)被發(fā)送，天線再將接收到的載波信號(hào)傳送給閱讀器，閱讀器對信號(hào)進(jìn)行解析并將數(shù)據(jù)傳到后臺(tái)進(jìn)行處理，完成對數(shù)據(jù)的控制。RFID的頻段有四個(gè)，分別時(shí)低頻、高頻、超高頻和微波，目前后三種主要應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)生活中。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中通常使用國家免申請的433MHz頻段進(jìn)行近距離直線傳輸，其常用在物聯(lián)網(wǎng)關(guān)與無線采集控制節(jié)點(diǎn)中。

3物聯(lián)網(wǎng)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

3．1農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)總體設(shè)計(jì)本章節(jié)圍繞農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的三層體系架構(gòu)介紹物聯(lián)網(wǎng)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，重點(diǎn)對環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、視頻監(jiān)控、終端設(shè)備顯示信息等模塊進(jìn)行介紹。主要實(shí)現(xiàn)的功能是：通過設(shè)置各種傳感器實(shí)時(shí)采集農(nóng)田中的溫度、濕度和CO2濃度等參數(shù)信息，并通過RFID技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將采集到的信息傳輸至物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，物聯(lián)網(wǎng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，然后通過終端設(shè)備顯示給用戶（農(nóng)戶）。1）信息感知層，在該層設(shè)置各種環(huán)境傳感器（溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器）、射頻發(fā)射端和接收端、無線采集模塊、攝像頭、DAAU（物聯(lián)網(wǎng)關(guān)）,達(dá)到采集數(shù)據(jù)、分析、轉(zhuǎn)發(fā)的功能。2）傳輸層，是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的中間層，起到傳輸數(shù)據(jù)的作用，在傳輸過程中經(jīng)過不同架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)完成通信，使用RFID無線通信網(wǎng)等技術(shù)，完成對監(jiān)控視頻和檢測數(shù)據(jù)的傳輸。3）應(yīng)用層，在該層放置數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及Web服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，分析。Web服務(wù)器為移動(dòng)終端設(shè)備提供查詢歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)查看、視頻監(jiān)控等功能。

3．2關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)1）傳感器的數(shù)據(jù)采集不同的傳感器通過RFID網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，本文主要使用溫度傳感器、濕度傳感器和CO2濃度傳感器，傳感器的放置位置對其獲取到的數(shù)據(jù)有一定的影響，因此，為了使得到的數(shù)據(jù)有效，一般傳感器放置在距離地面三分之一處，位置過高或過低，都會(huì)引起采集到數(shù)據(jù)的不，采用RFID無線射頻技術(shù)避免了有線網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)田中設(shè)置的不方便。2）物聯(lián)網(wǎng)管（DAAU）的設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)（DataAnalysisAcquisitionUnit）簡稱DAAU，在本設(shè)計(jì)中，它通過無線網(wǎng)絡(luò)，與各種傳感器、攝像頭連接，并與DAAU服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，DAAU服務(wù)器對DAAU發(fā)來的數(shù)據(jù)（通過TCP_Socket）進(jìn)行解析和接收，將偵聽到的有效信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。3）Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)Web服務(wù)器是運(yùn)行在服務(wù)器上的一套Web應(yīng)用程序。用戶通過登錄Web站點(diǎn)進(jìn)行訪問，對終端數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、查詢和分析等操作。對于Web服務(wù)器的部署，首先需要添加IIS6.0配置文件，將用VisualStudio2008開發(fā)工具開發(fā)的程序安裝在Web服務(wù)器端，將用戶的業(yè)務(wù)處理集中到Web服務(wù)器端，從而減少用戶終端處理數(shù)據(jù)的壓力。

4結(jié)束語

本文通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)中，解決了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理模式的諸多局限性，同時(shí)引入移動(dòng)終端設(shè)備，使農(nóng)戶隨時(shí)隨地都可以查看和控制農(nóng)田的生長情況，充分體現(xiàn)出智能農(nóng)業(yè)在引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后的自動(dòng)化化和遠(yuǎn)程化。

作者：申玉宏 單位：呼倫貝爾學(xué)院物理與電子信息學(xué)院

智能農(nóng)業(yè)論文:物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)研發(fā)

1總體方案

本系統(tǒng)方案是在成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院已有的農(nóng)業(yè)大棚基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化檢測、控制和管理。該方案主要分為三大子系統(tǒng)：物聯(lián)網(wǎng)連接與監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)智能控制、云服務(wù)器；物聯(lián)網(wǎng)連接與監(jiān)測：在農(nóng)業(yè)大棚實(shí)驗(yàn)基地部署和安裝農(nóng)作物生長環(huán)境所需參數(shù)的傳感器，用以監(jiān)測環(huán)境中的溫度、濕度、光照、CO2濃度、土壤酸堿度及養(yǎng)分等物理量參數(shù)，從而保障農(nóng)作物有一個(gè)適合的、優(yōu)良的生長環(huán)境。目前我們用到的傳感器包括：空氣溫度、濕度傳感器；土壤溫度、濕度傳感器；光照傳感器；CO2濃度傳感器；pH值傳感器；土壤微量元素檢測儀。各種傳感器檢測到的參數(shù)信息經(jīng)過ZigBee網(wǎng)關(guān)，再通過3G網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器。服務(wù)器將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和相應(yīng)的處理，用戶即可通過電腦或手機(jī)等智能設(shè)備訪問服務(wù)器進(jìn)行查詢，同時(shí)，還可以對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行修改和設(shè)置，對數(shù)據(jù)采集周期進(jìn)行修改和設(shè)置，為后期農(nóng)作物生長提供必要的數(shù)據(jù)支持。為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物24小時(shí)無人監(jiān)控，我們還在大棚實(shí)驗(yàn)基地安裝攝像頭，對整個(gè)大棚進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控視頻和圖片都將一并傳送到服務(wù)器，為用戶提供回看、實(shí)時(shí)看功能，確保資料完整性。物聯(lián)網(wǎng)智能控制：針對農(nóng)作物生長所需的環(huán)境因素，通過各種電機(jī)啟動(dòng)大棚實(shí)驗(yàn)基地的PVC噴水管、營養(yǎng)液滴頭、遮陽簾、卷簾等設(shè)備，調(diào)節(jié)控制大棚實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)環(huán)境溫度、濕度、土壤養(yǎng)分、CO2濃度等因素。云服務(wù)器：本系統(tǒng)方案采用J2EE服務(wù)器資源池和數(shù)據(jù)庫資源池搭建，采用應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)分離原則搭建SAAS平臺(tái)。所以，當(dāng)有新的大棚實(shí)驗(yàn)基地加入時(shí)，只需使用應(yīng)用程序模板和數(shù)據(jù)庫模板即可創(chuàng)建大棚實(shí)驗(yàn)基地應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫實(shí)例，大大延伸其系統(tǒng)效擴(kuò)展性，有效降低成本。

2物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的主要功能如圖1所示，系統(tǒng)大致包括傳感器數(shù)據(jù)查詢、視頻與圖片查看、數(shù)據(jù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)、遠(yuǎn)程設(shè)備參數(shù)設(shè)置、設(shè)備遠(yuǎn)程控制、專家知識(shí)庫、后臺(tái)管理等模塊。

2.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是整個(gè)溫室大棚管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，各種傳感器采集的數(shù)據(jù)、視頻攝像數(shù)據(jù)、照片圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過采集、處理、標(biāo)準(zhǔn)化、傳輸后，裝載到系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)中。根據(jù)我校溫室大棚實(shí)際情況分析出平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)包含空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照度、二氧化碳濃度值、氮磷鉀營養(yǎng)值、酸堿度pH值等基本數(shù)據(jù)，視頻圖像、照片圖像等視頻圖像數(shù)據(jù)；設(shè)備及設(shè)備類型、編號(hào)、參數(shù)、運(yùn)行情況等維護(hù)數(shù)據(jù)；設(shè)備控制命令、電機(jī)控制命令等控制數(shù)據(jù)；專家知識(shí)庫等專業(yè)知識(shí)數(shù)據(jù)；系統(tǒng)用戶、角色等系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.3數(shù)據(jù)庫表詳細(xì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)邏輯劃分如下：基礎(chǔ)業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)庫：空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照度等與農(nóng)作物成長密切相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；視頻圖像數(shù)據(jù)系統(tǒng)：采用文件系統(tǒng)存儲(chǔ)各種視頻、照片數(shù)據(jù)，有利于提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率；運(yùn)行維護(hù)信息數(shù)據(jù)庫：設(shè)備基本信息——參數(shù)、類型、編號(hào)等，設(shè)備控制命令等數(shù)據(jù)；專家知識(shí)庫：各種農(nóng)作物成長條件知識(shí)案例等；系統(tǒng)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫：系統(tǒng)用戶、角色、模塊、登陸、日志等系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。根據(jù)邏輯劃分，數(shù)據(jù)庫中大致包含20個(gè)表：dev_info（設(shè)備類型表）表示溫室大棚中各種傳感器、攝像頭、設(shè)備等類型及單位；dev_state（設(shè)備狀態(tài)表）表示dev_info中設(shè)備狀態(tài)是否正常及記錄時(shí)間；electromotor_rul（e農(nóng)產(chǎn)品環(huán)境參數(shù)設(shè)置）表存儲(chǔ)所種植農(nóng)產(chǎn)品所必須的環(huán)境參數(shù)控制規(guī)則；notify_log（公告日志）存儲(chǔ)系統(tǒng)的公告等日志；notify_person（公告人員聯(lián)系信息）表示公告或通知中人員基本信息，用于環(huán)境參數(shù)無法調(diào)整到正常值時(shí)發(fā)送通知（后期手機(jī)平臺(tái)開發(fā)使用）；notify_rule_person（告警條件）表示農(nóng)產(chǎn)品環(huán)境參數(shù)告警通知；picture_list（照片信息）表示溫室大棚實(shí)時(shí)畫面；sensor_dev（傳感器數(shù)據(jù)）表示傳感器采集到的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)；system_department（部門信息）表示使用系統(tǒng)的部門；system_dictionary_data（人員信息類別值）表示描述使用系統(tǒng)人員基本信息類別值；system_dicrionary_type（人員信息類別）表示描述使用系統(tǒng)人員信息類型；system_module（系統(tǒng)控制類型）表示本系統(tǒng)可控制的類型；system_role（角色權(quán)限）系統(tǒng)角色功能管理；system_role_module（角色模塊）系統(tǒng)角色模塊管理；system_user（用戶）系統(tǒng)用戶基本信息；system_user_department（用戶部門）用戶所在部門；system_user_operation（用戶操作記錄）記錄用戶基本操作信息；system_user_role（用戶角色）用戶所屬角色；video_history（歷史影像）備份歷史影像記錄。

2.4系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)采用Java2平臺(tái)開發(fā)，采用三層架構(gòu)模式：展示層、業(yè)務(wù)層、持久層。展示層使用struts2、業(yè)務(wù)層使用spring、持久層使用ibatis。傳感器值查詢采用直接查詢數(shù)據(jù)庫方式；視頻圖片查看采用封裝文件系統(tǒng)服務(wù)方式；接入模塊使用JavaNIO進(jìn)行開發(fā)，服務(wù)器與3G網(wǎng)關(guān)的通信都通過此模塊進(jìn)行；數(shù)據(jù)入庫模塊對Ibatis和JavaFileIO進(jìn)行封裝。本系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)流程如圖2所示。展示層是表示本系統(tǒng)以WEB網(wǎng)頁形式呈現(xiàn)，可提供給使用者友好的人機(jī)交互界面，同時(shí)也提供一定的安全性，確保角色對應(yīng)用戶的權(quán)限。業(yè)務(wù)層：用于訪問數(shù)據(jù)層，并根據(jù)展示層頁面需要進(jìn)行一定的邏輯運(yùn)算，封裝成接口反饋給展示層，以便調(diào)用。例如，本系統(tǒng)中需要對大棚環(huán)境基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，展示層提供參數(shù)組合文字條件，本層編寫合理的組合運(yùn)算規(guī)則，調(diào)用數(shù)據(jù)層，修改多個(gè)表的值。持久層：持續(xù)獲取大棚實(shí)時(shí)信息，包括各類傳感器獲取到的環(huán)境參數(shù)、各類攝像頭捕獲到了實(shí)時(shí)圖像等信息。本層還負(fù)責(zé)將各種信息存入對應(yīng)數(shù)據(jù)庫的表中，以供的訪問。所有對數(shù)據(jù)的增、刪、改、查均通過此層完成。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖片文件的存儲(chǔ)權(quán)限，也是通過本層實(shí)現(xiàn)。本層所有數(shù)據(jù)均是通過3G網(wǎng)關(guān)傳輸然后存儲(chǔ)的，為了統(tǒng)一管理，特在此層根據(jù)接入模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，具體實(shí)現(xiàn)如下：

2.5系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行后的部分效果如圖3和圖4所示。在圖3的首頁中，上邊為Log、視頻播放器、Android客戶端；左側(cè)為系統(tǒng)功能目錄，右側(cè)為大棚環(huán)境參數(shù)值、現(xiàn)場圖像、傳感器趨勢圖、設(shè)備狀態(tài)表；圖4是大棚現(xiàn)場傳感器傳回的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中包含傳感器名稱、傳感器編號(hào)、傳感器地址、近期傳感器數(shù)據(jù)等現(xiàn)場信息。

3結(jié)語

本文簡單地總結(jié)了基于物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)（溫室大棚控制系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)思路及具體實(shí)現(xiàn)，目前，本系統(tǒng)正在我校溫室大棚中進(jìn)行番茄種植的試運(yùn)行，從現(xiàn)有的效果看，在PC機(jī)上能實(shí)現(xiàn)對大棚的自動(dòng)化控制和檢測。后續(xù)我們將進(jìn)行多種農(nóng)作物的實(shí)驗(yàn)，并豐富智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，下一步，我們希望創(chuàng)建真正意義上的專家系統(tǒng)，集統(tǒng)計(jì)、分析、檢測混合型農(nóng)作物數(shù)據(jù)為一體，為農(nóng)業(yè)專家提供更豐富、方便、快捷的服務(wù)支持。

作者：任華鄒承俊單位：成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院電子信息分院

智能農(nóng)業(yè)論文:設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能環(huán)境監(jiān)測技術(shù)

一、項(xiàng)目背景

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，以感知為前提，充分利用智能嵌入技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)、無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感技術(shù)、遙感技術(shù)構(gòu)建智能網(wǎng)絡(luò)，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的世界第三次信息技術(shù)大革命。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面發(fā)揮出越來越大的作用，以促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

二、用戶需求分析

1.檢測作物生長環(huán)境因素：通過布放在土壤及環(huán)境中的各類傳感器檢測土壤及空氣中的溫濕度、光照度、二氧化碳的含量，24小時(shí)全天候采集數(shù)據(jù)參數(shù)并實(shí)施顯示在辦公室系統(tǒng)屏幕上，實(shí)現(xiàn)對大棚作物種植全過程的環(huán)境狀況及土地指標(biāo)進(jìn)行采集監(jiān)控。

2.設(shè)定作物生長環(huán)境因素范圍：根據(jù)種植作物的不同，系統(tǒng)通過屏幕提醒的方式提醒農(nóng)戶、技術(shù)員及其他相關(guān)管理人員，便于指導(dǎo)農(nóng)戶科學(xué)種植。

3.實(shí)現(xiàn)查詢大棚作物環(huán)境瞬時(shí)及歷史各種物理參數(shù)：用戶可隨時(shí)通過系統(tǒng)界面查看大棚環(huán)境因素各物理參數(shù)的實(shí)時(shí)及歷史參數(shù)變化曲線，可以查詢到報(bào)警信息的內(nèi)容、頻率，方便用戶對作物生長過程的歷史與當(dāng)前數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)作物成長全過程的科學(xué)管理。

4.實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)的農(nóng)作物視頻監(jiān)控。

5.在控制辦公室需要一個(gè)數(shù)據(jù)終端，對現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)及視頻監(jiān)控信號(hào)進(jìn)行察看。

6.當(dāng)大棚內(nèi)的相關(guān)參數(shù)超過了設(shè)定限值，從監(jiān)控中心可以對現(xiàn)場的各種設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。使植物的生長環(huán)境處于一個(gè)良好的范圍之內(nèi)。

三、系統(tǒng)架構(gòu)

1.現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分

1.1現(xiàn)場采集的參數(shù)

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集空氣溫度、空氣濕度，土壤溫度，土壤濕度，光照強(qiáng)度，二氧化碳濃度6種常用環(huán)境參數(shù)，這六種參數(shù)是對農(nóng)作物生產(chǎn)影響最直接的參數(shù)。

1.2傳感器的選擇

1.2.1傳感器供電

目前市場上傳感器主要有鋰電池現(xiàn)場供電、直流24V或12V供電、太陽能供電三種種方式。根據(jù)實(shí)際情況，如果采用鋰電池供電，在使用一段時(shí)間后需要批量的進(jìn)行電池更換，給農(nóng)戶造成了一定的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)及網(wǎng)絡(luò)故障。太陽能供電因光照度不能保障且成本較高，在設(shè)施農(nóng)業(yè)中不太適用。為此本次方案采用傳感器直流供電方式。

1.2.2傳感器通訊協(xié)議

Zigbee是一種新興的短距離、低速率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。主要用于近距離無線連接。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。

1.2.3傳感器的選擇

考慮到農(nóng)業(yè)大棚面積比較大，方案選擇了性價(jià)比比較高的兩種傳感器。JZH-016型傳感器和JZH-102型傳感器和JZH-102型傳感器。

1.3傳感器的安裝

由于大棚面積較大，需要安裝兩臺(tái)JZH-016型傳感器和一臺(tái)JZH-102型傳感器。安裝位置如下圖

1.3.1在大棚一側(cè)儲(chǔ)物間的控制箱內(nèi)安裝穩(wěn)壓電源給各傳感器進(jìn)行供電

1.3.2從各大棚的供電箱向控制箱敷設(shè)一條220VAC電纜

1.3.3在大棚主圍墻一側(cè)4米高處敷設(shè)小型PVC槽盒。從槽盒相應(yīng)位置至傳感器安裝位置地埋敷設(shè)PVC管。

1.3.4從控制箱至各傳感器敷設(shè)雙絞線供電電纜

1.3.5傳感器采用壁掛式安裝，安裝高度在1.5米，土壤濕度及溫度探頭安裝在地下約0.1米深處，光照度探頭安裝在2米高處，二氧化碳傳感器安裝在1.8米高處。

2.數(shù)據(jù)傳輸部分

此部分主要負(fù)責(zé)將傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集匯總并上傳監(jiān)控主機(jī)。

2.1數(shù)據(jù)接收

2.1.1在每個(gè)大棚控制箱內(nèi)安裝一個(gè)無線傳感器轉(zhuǎn)串口數(shù)據(jù)采集模塊。它的主要作用是通過ZIGBEE協(xié)議將各傳感器的無線數(shù)據(jù)進(jìn)行采集匯總。并通過RS485接口將數(shù)據(jù)通過有線方式上傳至監(jiān)控主機(jī)。

2.1.2監(jiān)控主機(jī)內(nèi)安裝RS485通訊接口卡，通過COM3口接收現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

2.2數(shù)據(jù)傳輸

2.2.1從數(shù)據(jù)采集控制室的監(jiān)控主機(jī)至各大棚儲(chǔ)物間控制箱的采集模塊采用地埋敷設(shè)信號(hào)采集電纜。

2.2.2在信號(hào)電纜的轉(zhuǎn)彎處建小型電纜井，以便于今后的維護(hù)和電纜更換。在電纜井間敷設(shè)塑料子管以保護(hù)信號(hào)電纜。

2.2.3數(shù)據(jù)傳輸電纜采用屏蔽雙絞線

3.現(xiàn)場控制部分

3.1現(xiàn)場需要控制的參數(shù)

3.1.1根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)研，需要控制的參數(shù)有土壤的濕度、空氣的溫度、空氣的濕度、光照度、二氧化碳含量。

3.2現(xiàn)場控制方法

3.2.1土壤水分控制

3.2.1.1在每個(gè)大棚的水管的總進(jìn)口處，安裝一個(gè)DN50控制用電磁閥。

3.2.1.2從南至北橫向敷設(shè)DN50 PVC管，作為灌溉水源的母管，管線采用地埋敷設(shè)。

3.2.1.3從南至北縱向均勻引出5個(gè)DN25出水口，并加裝手動(dòng)控制閥，用來控制出水量及灌溉區(qū)域，每個(gè)區(qū)域相對獨(dú)立，不會(huì)相互影響。

3.2.1.4所有控制電纜在儲(chǔ)物間控制箱內(nèi)進(jìn)行匯總后傳至數(shù)據(jù)采集控制室。由控制主機(jī)進(jìn)行控制。

3.2.2空氣溫濕度控制

3.2.2.1利用現(xiàn)有的大棚風(fēng)機(jī)，將控制信號(hào)引至現(xiàn)場控制箱，由控制箱繼電器來進(jìn)行風(fēng)機(jī)的控制。

3.2.2.2大棚現(xiàn)有的供暖設(shè)備如果是管道供熱，在總?cè)肟谔幖友b一電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制開度，如果是電加熱設(shè)備，將控制電纜引至控制箱內(nèi)進(jìn)行繼電器控制。

費(fèi)用清單中不包括供暖設(shè)備及材料費(fèi)用。

3.2.2.3控制電纜沿電纜井敷設(shè)至數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。由控制設(shè)備進(jìn)行操作。

3.2.3光照度控制

當(dāng)大棚內(nèi)光照度不夠時(shí)，現(xiàn)有方法是由人工控制電動(dòng)機(jī)拉動(dòng)大棚卷簾進(jìn)行補(bǔ)光。如果要進(jìn)行自動(dòng)控制，只需要將電機(jī)供電線路中加入斷電器控制就可以，但是卷簾開度不容易控制。

3.2.4二氧化碳含量控制

3.2.4.1現(xiàn)場農(nóng)業(yè)大棚建設(shè)時(shí)，由建設(shè)方對需要進(jìn)行二氧化碳控制的大棚進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)施建設(shè)和管道敷設(shè)。

3.2.4.2在每個(gè)大棚二氧化碳進(jìn)口總管處安裝一個(gè)電磁閥，由控制箱的繼電器來進(jìn)行閥門的開啟和關(guān)閉。費(fèi)用清單中不包括二氧化碳設(shè)備及材料費(fèi)用。

3.2.5現(xiàn)場大棚自動(dòng)加藥加肥系統(tǒng)

對農(nóng)戶調(diào)好的肥料或藥品自動(dòng)加入水管線內(nèi)，對大棚內(nèi)的作物進(jìn)行灌溉。

4.管理平臺(tái)部分

管理平臺(tái)為用戶提供了友好的人機(jī)界面，平臺(tái)通過與其連接的數(shù)據(jù)采集接收器接收現(xiàn)場所有傳感器數(shù)據(jù)，并將信號(hào)通過串口傳輸至監(jiān)控主機(jī)呈現(xiàn)給用戶。畫面提供了參數(shù)顯示和報(bào)警顯示功能。同時(shí)對根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)對現(xiàn)場各調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行控制。監(jiān)控軟件采用目前比較流行的工控軟件。數(shù)據(jù)監(jiān)控中心內(nèi)設(shè)置兩臺(tái)工控機(jī)分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場控制。

4.1數(shù)據(jù)監(jiān)測

4.1.1設(shè)置一臺(tái)數(shù)據(jù)采集工控機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和顯示。

4.1.2將各大棚的RS485數(shù)據(jù)信號(hào)電纜在數(shù)采監(jiān)控中心內(nèi)匯總，接入工控機(jī)的COM3口。

4.1.3用戶登陸后都可通過系統(tǒng)對大棚內(nèi)傳感器檢測到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，并支持分類查看和檢索的功能，針對選定的節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)可繪制曲線，方便用戶研究數(shù)據(jù)，分析趨勢變化。在查看歷史數(shù)據(jù)方面軟件也提供了很好的篩選功能，方便用戶的掌握傳感器數(shù)值變化，并可以用繪制曲線的方式進(jìn)行趨勢的研究。

4.1.4報(bào)警管理模塊

在報(bào)警管理模塊中，用戶可以單獨(dú)對某個(gè)采集器或批量對同類型的采集器進(jìn)行報(bào)警的設(shè)置，內(nèi)容包括數(shù)值上下限、是否開啟報(bào)警功能。當(dāng)有傳感器超過預(yù)設(shè)的限定值時(shí)，在監(jiān)控界面上會(huì)以紅色對該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)示，同時(shí)按照預(yù)設(shè)的報(bào)警方式進(jìn)行報(bào)警。軟件會(huì)對所有的報(bào)警進(jìn)行記錄，方便用戶查看。

4.2現(xiàn)場控制

4.2.1由工控機(jī)對現(xiàn)場的各參數(shù)進(jìn)行控制。

4.2.2數(shù)據(jù)監(jiān)控中心的控制單元采用先進(jìn)的控制單元。它通過多通道的I/O模塊對現(xiàn)場控制箱的控制設(shè)備進(jìn)行控制。同時(shí)通過RS-485接口與主機(jī)進(jìn)行通訊。控制單元如下圖：

4.2.3控制主機(jī)對所有需要控制的數(shù)據(jù)進(jìn)行上下限設(shè)定，采集上來的數(shù)據(jù)與限值進(jìn)行比較。對于超過限值的參數(shù)控制主機(jī)自動(dòng)通過RS485接口驅(qū)動(dòng)控制單元對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。

4.2.4控制主機(jī)的控制界面有手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)切換，當(dāng)用戶需要手動(dòng)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整時(shí)，可以進(jìn)行切換。

4.2.5現(xiàn)場控制箱

現(xiàn)場控制箱安裝在每個(gè)大棚的儲(chǔ)物間內(nèi)，控制主機(jī)通過控制箱對大棚內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行操作。

現(xiàn)場控制箱通過電纜與監(jiān)控中心的控制單元進(jìn)行連接。

控制箱內(nèi)安裝與控制單元相匹配的繼電器，交流接觸器和穩(wěn)壓電源等設(shè)備。

5.數(shù)據(jù)共享及遠(yuǎn)程監(jiān)控

5.1在經(jīng)理辦公室內(nèi)設(shè)置一臺(tái)終端電腦，通過大屏幕對現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)進(jìn)行顯示。從經(jīng)理辦公室至監(jiān)控中心敷設(shè)一條光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

5.2在監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)采集主機(jī)上安裝一臺(tái)小型無線上網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)的連接。在外網(wǎng)的用戶通過登陸網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)大棚實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的瀏覽。

四、系統(tǒng)特點(diǎn)

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用有線采集加無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)參數(shù)傳輸?shù)睫k公室系統(tǒng)平臺(tái)綜合管理。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布線施工量小、維護(hù)成本低；超低功耗、綠色環(huán)保、無輻射等特性，可自動(dòng)組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)連接可視，全天候穩(wěn)定運(yùn)行，無需人工干涉；所有的采集器安裝簡便，即插即用，可以任意改變安裝位置，不受線纜的束縛；良好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力，同一網(wǎng)絡(luò)中可支持幾百個(gè)采集器和控制器，系統(tǒng)可擴(kuò)展；且功能強(qiáng)大，系統(tǒng)穩(wěn)定。

五、效果分析

1.系統(tǒng)采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸采用有線采集加無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)，系統(tǒng)建設(shè)成本和維護(hù)成本較低，使改技術(shù)在農(nóng)業(yè)大棚智能環(huán)境監(jiān)測及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理的具有良好應(yīng)用前景。

2.系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對大棚作物生長環(huán)境因素的的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)大棚種植由“經(jīng)驗(yàn)”種植到“數(shù)據(jù)”種植的跨越式提升；打破了以往的傳統(tǒng)種植管理模式，使人從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了一定的解放，極大提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，有效提高農(nóng)業(yè)綜合效益。

3.該系統(tǒng)平臺(tái)的建成不僅能完成農(nóng)業(yè)大棚現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集監(jiān)測，還實(shí)現(xiàn)了作物生長環(huán)境的自動(dòng)控制，對各類參量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境參數(shù)的智能化感知、智能化控制。系統(tǒng)可擴(kuò)容，可升級(jí)。

4.該項(xiàng)目符合濱海新區(qū)“數(shù)字”農(nóng)業(yè)、“精準(zhǔn)”農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，可以得到相關(guān)的政策支持。該項(xiàng)目具有很大的社會(huì)示范效應(yīng)，對提高用戶知名度和農(nóng)業(yè)品牌有著積極的推動(dòng)作用，社會(huì)效益明顯。

作者簡介：甘久霖，男，天津市濱海新區(qū)大港農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站站長、高級(jí)工程師。