一种基于物联网的设施农业环境信息远程智能监测系统 |
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| 申请号 | CN201610540475.9 | 申请日 | 2016-07-11 | 公开(公告)号 | CN106210043A | 公开(公告)日 | 2016-12-07 |
| 申请人 | 太原理工大学; | 发明人 | 宋建成; 施苗苗; 李德旺; 高云广; 耿蒲龙; 郑丽君; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种基于 物联网 的设施农业环境信息远程智能监测系统，系统由物联网 感知 层、网络层、应用层三个部分组成，所述感知层由 传感器 节点 单元组成，通过环境信息传感器获取实时数据并通过智能近距离无线传感网络传送到上层网关；所述网络层以局域网、广域网、互联网为 基础 建立起来的系统通道，主要担任数据传输的职责，兼具系统整体网络管理等功能；所述应用层是对事件决策起重要作用的系统“神经中枢”，负责数据显示与存储、深度挖掘与利用。本发明实现了实现设施农业现场环境参数自动化采集、远程无线可靠传输、智能化监测处理，使用本系统能够有效监测果林现场，为果树生长提供了环境数据依据，保证了作物产出的 质量 和高效性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于物联网的设施农业环境信息远程智能监测系统，包括物联网感知层、网络层、应用层三个部分，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 一种基于物联网的设施农业环境信息远程智能监测系统技术领域[0001] 本发明涉及一种农业环境信息远程智能监测系统，尤其是涉及一种用于设施农业环境中的基于物联网技术的信息远程监测系统。 背景技术[0002] 我国是农业大国，在农业科技方面虽有快速发展，但投入与产出严重失调，环境破坏严重，如不改变现状，未来的农业发展，可能会面临基础薄弱、科技创新匮乏等问题。而近十年来，我国在设施栽培领域，尽管取得了很大进步，但还存在以下问题：（1）设施农业的可控力度低，作物的可监管性差。我国设施农业面积居世界首位，但类型简单，抵御非可抗力的能力弱，极易受到自然灾害的侵袭，农业生产安全系数较低； （2）设施农业科技含量相对较低。无论是设施自身还是种植管理，我国设施农业多以传统经验为主，缺乏具体的量价指标和系统技术，不能满足我国农业科技化、智能化的需求； 虽有作物高产区，但平均单产较低； （3）设施农业未能形成独立的产业体系。我国设施农业大多分散，整体工艺水平低。尤其在环境监测的研究方面，仍然十分薄弱，限制了设施农业中的栽培水平。 [0003] 为保障国民的食物安全以及保护生态安全、环境安全，实现可持续发展，就要紧跟国际农业的科技发展前沿，根据具体农业产业需要，积极加速农业关键技术突破，加快发展现代农业，集成先进传感器、无线通讯网络、智能决策支持与自动监测等高新技术，实现对作物及其生态环境的实时监测，获取植物生长发育情况及相应生态环境的实时数据，利用数据进行科学管理，最终实现绿色农业、智能农业的目标。因此，以物联网技术和智能监测技术为核心的设施农业环境信息监测系统已成为一个十分重要的技术层面的发展方向。 [0004] 粗放式的管理和种植，严重降低了土地的利用率，影响水资源的合理分配。而传统的人工种植经验也导致农药化肥的过度使用，致使农作物化肥含量超标、土壤河流富营养化，违背可持续发展和建立环境友好型、资源节约型社会的原则，严重破坏环境、影响食品安全和人类健康。通过基于物联网的设施农业监测系统采集的现场数据，合理制定种植方案，调整种植措施，可以解决上述问题，能够有效实现增产增收的目标，减少资源浪费。物联网设施农业监测系统建立，也会使得附近关联产业共同进步，促进相关企业合作，因此可以拉动当地经济迅猛发展。由此可以看出，基于物联网的设施农业智能化监测系统的研究具有良好的经济效益和生态环境意义。 发明内容[0005] 针对上述情况，本发明的目的是：提供一种基于物联网的设施农业环境信息远程智能监测系统，以解决果林环境存在的监管力度差、布线困难、浪费人力物力等问题，对果林环境信息实现实时动态监测，为作物生长提供可靠的环境数据依据，保证果树生长环境安全。 [0006] 为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种基于物联网的设施农业环境信息远程智能监测系统，其主要由物联网感知层、网络层及应用层三个部分组成.所述感知层，由环境信息传感器、Zigbee节点、模拟量采集模块组成；所述环境信息传感器节点的布置采用正六边形部署方式，环境信息传感器节点采集数据，经模拟量采集模块进行A/D转换后，通过RS232或RS485串口传送到Zigbee模块。 [0007] 所述感知层的环境信息传感器，可涉及采集土壤温湿度、空气温湿度、光照强度及土壤PH值重要环境参数中的任意一种或几种；所述感知层在果林现场通过无线网络方式布置若干监测点，在安装时，两个监测点之间间隔200米~400米。 [0008] 所述网络层由Zigbee无线节点和GPRS模块组成；是以局域网、广域网、互联网为基础建立起来的系统通道，主要担任数据传输的职责，兼具系统整体网络管理等功能。 [0009] 所述网络层由组态王、工控机组成；传送感知层的数据至信息处理中心，由应用层进行处理，同时将应用层发出的命令信息送达感知层，进行环境调节。应用层位于本系统顶层，是对事件决策起重要作用的系统“神经中枢”，负责数据显示与存储、深度挖掘与利用。 [0010] 具体监测方法是：总体网络拓扑采用无线局域网Zigbee与无线广域网GPRS的多网络融合方式，构建无线传感网络（WSN），可解决农田、果林等大面积栽培种植区域网络布线困难、传感器分布混乱等问题。在农田、果林中根据实际情况部署以Zigbee节点为基础的无线传感网络作为感知层，采集土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、土壤PH值等作物长势的重要信息，并通过Zigbee与GPRS异构网络融合作为网络层，将采集到的信息远程、可靠地传输到中央监测信息中心，中央监测信息中心作为整个系统的顶端，以组态软件为基础构成系统应用层，通过数据库存储及网络交互达到信息共享的目的。农业用户可通过电脑、手机访问监测系统WEB界面，掌握农作物生长实时动态信息。 [0011] 本发明的有益效果是：解决了设施农业可控力度低，作物的可监管性差的问题；种植管理人员可以通过Zigbee无线传感网络节点便捷的布置传感器，无需布线，设置灵活：信息采集面广，范围大，可实现农业现场信息采集全覆盖，实现了物联网设施农业的全面感知，有效提高了农业现场信息采集的效率；实现了种植管理人员对农业现场信息进行获取、分析、处理，从而避免意外事故发生，真正到达物与物、人与物的远程对话。附图说明 [0012] 图 1是本发明果林监测系统架构示意图；图 2是本发明系统的总体网络拓扑示意图。 具体实施方式[0013] 为了便于理解本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的说明，此处所描述的具体实施方案仅仅用于解释本发明，并不用于对本发明进行限定。 [0014] 如图1所示，本发明提供的基于物联网的设施农业环境信息远程智能监测系统，其结构有其主要由物联网感知层、网络层、应用层三个部分组成；其中感知层，由环境信息传感器、Zigbee节点、模拟量采集模块组成，其中感知层节点选用模拟量采集模块连接Zigbee节点，所述感知层无线传感网络通过模拟量采集模块采集各环境监测量，经A/D转换后，通过RS232或RS485串口传送到Zigbee模块；它通过各种传感器获取实时数据并通过智能个域网传送到上层网关；是设施农业物联网的底层，也是基础层，主要用来获取作物生长的实时环境监测数据。感知层的环境信息传感器，可采集土壤温湿度、空气温湿度、光照强度及土壤PH值。 [0015] 网络层由Zigbee无线节点和GPRS模块组成；是以局域网、广域网、互联网为基础建立起来的系统通道，主要担任数据传输的职责，兼具系统整体网络管理等功能。 [0016] 应用层由组态王、MATLAB智能处理与数据显示软件组成；传送感知层的数据至信息处理中心，由应用层进行处理，同时将应用层发出的命令信息送达感知层，进行环境调节。应用层位于本系统顶层，是对事件决策起重要作用的系统“神经中枢”，负责数据显示与存储、深度挖掘与利用。 [0017] 本发明中所给出的基于物联网的设施农业环境信息远程智能监测系统是通过下述方法实现的。对于农田、果林等大面积户外露天农业现场，其环境复杂度高，极易受到天气、自然灾害、地形地貌等不可控因素的干扰，并且随着时间和季节迁移，这些复杂因素会进行小范围内的随机性变化，因此对于影响农田、果林植物生长的重要因素要进行精确监测。根据植株生长环境和植物自身的遗传特性，考虑到影响植物生长因素的普遍性和适用性，确定系统的监测量主要为：空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、土壤PH、土壤盐分、光照强度等。 [0018] 系统感知层环境信息采集完毕后，通过Zigbee网络与GPRS网络进行异构融合，完成信息的远程传送，如图2所示。Zigbee节点形成具有自组网、自治愈、自动寻优能力的近距离局域网。通过与GPRS远距离广域网连接，形成具有将信息远程传送能力的健壮网络；具有远程无线通讯功能的系统网络层搭建完成后，系统感知层信息能够高效、可靠、远程地传送到远在千里之外的中央监测中心应用层。系统应用层基于Kingview6.55 WEB版平台，设计了远程信息监测中心，对种植现场的光照强度、空气温湿度、土壤温湿度、土壤PH值等重要气候信息进行有效存储；通过报表、曲线等形式显示或保存，对各类信息进行智能分类、汇总；对农业种植现场的各种异常数据予以警告及严重时报警，并且存储异常数据的详细信息，为环境异常原因分析提供依据。因此，实现了农业种植现场的远程集中监测以及环境信息的智能化处理。 [0019] 综上所述技术方案的实施，实现了基于物联网的设施农业环境信息远程智能监测，结合目前现场设施农业的结构及使用环境，系统能够快速采集影响作物生长的重要环境因子，确定监测点位置，并能够将农业现场无线传感网络数据远程无线传输到应用层中央信息监测中心，此过程无需人工参与；整个无线传感网络的布置根据现场要求进行，实用性高；可自动采集、实时远程地将数据传送到信息监测中心，无需人工干预，系统能够快速准确的完成现场数据采集；感知层信息能够通过Zigbee结合GPRS的方式，远程可靠地传送到应用层。无论管理人员身在何处，只需登录对应IP地址就可获取现场的作物生长数据，便于管理人员实时掌握作物长势状态，提高了现场监测的透明度，保证了作物产出的质量和高效性，实现了物与物、物与人的远程对话。 |
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