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农机与物联网结合的实践研究
摘要：随着科技的发展,农业机械也逐渐趋于智能化、节约化、精准化和大型化,正体现出节能、高效、贴合农艺的特点；而农业物联网已成为了农业信息化的有效运行载体,它将对农业机械发展起到技术引领作用。为此,本文阐述了物联网的概念与特征，物联网总控平台建设的内容和技术特征，客户端子系统的建设要点，节点的网络架构，以及节点的数据采集与对装备的控制。从可持续发展的观点出发,论述了农业物联网技术在农业机械化领域应用的一些实践，以及对农业物联网广泛推广的一些思考,具体分析了农业物联网技术在农机装备技术、气候智能型农业、农机作业管理以及农机装备远程检测等方面的实际应用。

关键词：农机装备 农业物联网 智能化 农艺 总控平台 远程检测

一、引言
我国农业正处于由传统农业向现代农业的转型时期，全面实践这一新技术体系的转变，农业信息化技术将发挥独特而重要的作用。农业信息化是指人类在农业生产活动和社会实践中,通过普遍地采用以通讯技术、网络技术和信息技术等为主要内容的高新技术,更加充分有效地开发和利用农业信息资源,推动农业经济可持续发展和农村社会进步的过程。农业信息化是我国国民经济和社会信息化的重要内容,是改造我国传统农业,发展现代农业的重要组成部分,也是我国加速实现农业现代化发展的必由之路。作为信息化技术的最新发展成果——物联网的出现，使农业生产的精细化、远程化、虚拟化、自动化成为可能，对进一步解放生产力，实现我国的农业生产和农村经济的和谐、健康发展都具有重要意义。
所谓物联网，就是把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能管理。而今，物联网不仅仅提供了传感设备的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的
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识别码和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用是物联网获识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。在农业中设计的传感器件包括水体的有溶解氧传感器、温度传感器、PH传感器和氨氮传感器等等；大气的有温湿度传感器、大气压传感器、降雨量传感器、光照传感器、O2传感器、CO2传感器、风速传感器和风向传感器等等；土壤中的温度传感器、湿度传感器、紧实度传感器等等；用于装备检测的有电流传感器、电压传感器、震动传感器、流量传感器等等。
网络层由各种有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，负责传递和处理感知层获取的信息。农业生产往往会涉及较大土地面积，如果使用布线方式无疑成本巨大，且施工繁琐，因此一般会在底层使用多个ZigBee监测网络，负责监测数据的采集。每个ZigBee监测网络有一个网关节点和若干个数据采集节点。监测网络采用星型结构，网关节点作为每个监测网络的基站。网关节点具有双重功能，一是充当网络协调器的角色，负责网络的自动建立和维护、数据汇集;二是作为监测网络与监控中心的接口，与监控中心传递信息。此系统具有自动组网功能，无线网关一直处于监听状态，新添加的无线传感器节点会被网络自动发现，这时无线路由会把节点的信息送给无线网关，有无线网关进行编址并计算其路由信息，更新数据转发表和设备关联表等。无线网络结果示意图如下（图1-1）。

图1-1
应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用，需要建有一定规模的总控中心，具有数据存储、运算、分析等功能，既对节点数据进行分析处理、归类保存，又对外围设备进行定量控制、精确操作，也可进行动态监管和统计对照，是物联网的运行中枢。整体网络结构图如下（图1-2）。

　 图1-2
2、总控平台建设
总控平台的建设内容是按物联网的功能不同，所要达到的目的不同而量身定做的，本文以江苏省现代物理农业技术与装备创新中心所建的无锡农业与装备物联网总控平台进行分析与说明。
该创新中心所建总控平台以无锡市高效农业七大业态为核心，兼顾江苏省其他主要农业业态，设水产养殖、茶园、蔬菜、果品、花卉苗木、食用菌、畜牧养殖、试验室数据采集等多个子目录。针对水产养殖业，建立三维电子地图、气象、水质、设备能耗、农机装备控制、专家咨询、安全保卫等七大管理系统，实现有线（Internet）、无线（GPRS或3G）、局域有线、局域无线（ZigBee）等多重网络有机结合，将建设成本和使用成本降到最低。针对设施大棚，将室内温湿度、土壤检测、光照检测、CO2检测等生产参数纳入管理系统，同时将喷滴灌、卷帘机、通风机等专项设备的接入管理；针对茶园管理，增加了成霜气候的界定，并将茶园防霜机等茶园专用设备纳入系统管理；应对病虫害的发生，将虫害预警系统加入了常态化的田间管理；针对畜牧养殖，将CO2检测、O2检测等人畜安全参数增加其中，并将通风降温设备作为外围设备纳入管理系统。
在该总控平台上可以随意调阅业态数据分析，实现了将环境参数、设备参数、产品品质、生产过程、产量等围绕农业生产相关的所有信息进行图标、曲线、模型分析，并提出合理化建议。在网络安全性方面，实现了终端软件的用户接入、认证、权限、管理等功能。在设备控制方面实现了数据控制、网络在线控制和手机短信控制三种功能。该平台建有标准格式的开放式数据库，提供客户端数据调用，为食品追溯系统的建设提供了便利。
3、客户端系统的建设
客户端一般采用C/S结构，辅以B/S作为补充，大型农业园区可以与OA系统相连接，也可增加病虫害预警系统和食品安全可追溯系统，并可在公司网站进行信息发布。小型农业用户也可仅配套一台可上网，且网速适宜的电脑与总控平台相连接，在总控平台实现数据功能。本文以无锡鹅湖圩厍村水产养殖基地物联网系统这个应用实例进行说明。
该水产养殖物联网信息监控中心拥有一个数字化信息监控平台、六大智能监管系统、多层网络交叉覆盖。系统拥有气象环境监测、水质环境、产品质量安全监管、生产设备有线或无线控制、图像与数据同时体现、专家系统数据统计和分析等目前最前沿的技术，可实现净水区、种苗区、工厂化养殖区、大塘养殖区等分区的数据差别化管理；ZigBee无线网络技术、3G、Internet无缝对接；数据使用在线输入与离线输入相结合的方式体现养殖状况；并与无锡农业与装备物联网中心远程对接、实现资源共享。真正实现网络化的科学养殖、网络化的技术支持和网络化的精准管理。
3.1、数字化信控平台
服务器模式采用客户机/中间服务器/数据库模式，主要有：
（1）三维电子地图分层现显示，分别体现地形建筑、供电管线、进出水渠、气源管路等养殖园区设施状况；
（2）终端软件的用户接入、认证、控制、报警，可全方位体现大气、养殖水质、养殖水排放等实时的数据状态及安全等级；
（3）外围设备接点接入与控制，可实现自动、在线、无线的远程控制与状态监视；
（4）养殖管理等信息数字化记录和离线输入；
（5）数据节点显示、分析、储存，可对年；月；日数据进行比对与图线化展示，对相关数据进行比照分析，通过最优化设定，自动控制外围设备与报警；
(6) 视频图像演示全园区安保接入与实时监管。
3.2、六大智能监管系统
（1）气象环境监测系统，对气压、温湿度、风力、风向等数据进行采集，为不同局地气候环境下的养殖提供数据支持；
（2）水质养殖产品质量安全自动监管系统，包含：工厂化养殖水质、苗种场水质、净化去水质、大塘养殖水质、养殖过程跟踪（饲料、用药、品种），对于不同的环境分别采集不同的数据样本，实施差别化监管；
（3）外围设备控制系统，对增氧机、水泵、投饵机等设备，进行数据比对，实现自动控制、中心平台在线控制、手机远程控制等多方式智能化控制启停；
（4）能耗监管系统，对外围设备的用电与效果进行能耗监管、对行政办公区域的用电进行能耗优化、对路灯等照明设施进行分级管理；
（5）安保监控系统，通过视屏及3G网络手机调阅方式查看园区情况；
（6）专家咨询系统，按照气象、水质数据，自动生成建议，通过手机或网络传送给相关专家决策并形成最终专家建议。
3.3、多层网络交叉覆盖
（1）大塘内的水质数据通过Zigbee无线网络技术传送于下位机组；
（2）园区内设施、电表、工厂化养殖数据、视频信号等有条件连线数据通过局域网传输并通过INTERNET与外网对接；……（未完，全文共6818字，当前仅显示3591字，新文秘网
（3）视频画面通过3G与用户手机沟通，设备运行状况与启停控制通过无线网络控制。
3.4、数据化的水产养殖管理
结合生产需要，对养