本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)環(huán)境信息遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其是涉及一種用于設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境中的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，在農(nóng)業(yè)科技方面雖有快速發(fā)展，但投入與產(chǎn)出嚴(yán)重失調(diào)，環(huán)境破壞嚴(yán)重，如不改變現(xiàn)狀，未來(lái)的農(nóng)業(yè)發(fā)展，可能會(huì)面臨基礎(chǔ)薄弱、科技創(chuàng)新匱乏等問(wèn)題。而近十年來(lái)，我國(guó)在設(shè)施栽培領(lǐng)域，盡管取得了很大進(jìn)步，但還存在以下問(wèn)題：

（1）設(shè)施農(nóng)業(yè)的可控力度低，作物的可監(jiān)管性差。我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)面積居世界首位，但類型簡(jiǎn)單，抵御非可抗力的能力弱，極易受到自然災(zāi)害的侵襲，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全系數(shù)較低；

（2）設(shè)施農(nóng)業(yè)科技含量相對(duì)較低。無(wú)論是設(shè)施自身還是種植管理，我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)多以傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏具體的量?jī)r(jià)指標(biāo)和系統(tǒng)技術(shù)，不能滿足我國(guó)農(nóng)業(yè)科技化、智能化的需求；雖有作物高產(chǎn)區(qū)，但平均單產(chǎn)較低；

（3）設(shè)施農(nóng)業(yè)未能形成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)體系。我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)大多分散，整體工藝水平低。尤其在環(huán)境監(jiān)測(cè)的研究方面，仍然十分薄弱，限制了設(shè)施農(nóng)業(yè)中的栽培水平。

為保障國(guó)民的食物安全以及保護(hù)生態(tài)安全、環(huán)境安全，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就要緊跟國(guó)際農(nóng)業(yè)的科技發(fā)展前沿，根據(jù)具體農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)需要，積極加速農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)突破，加快發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，集成先進(jìn)傳感器、無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)、智能決策支持與自動(dòng)監(jiān)測(cè)等高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物及其生態(tài)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取植物生長(zhǎng)發(fā)育情況及相應(yīng)生態(tài)環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理，最終實(shí)現(xiàn)綠色農(nóng)業(yè)、智能農(nóng)業(yè)的目標(biāo)。因此，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能監(jiān)測(cè)技術(shù)為核心的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成為一個(gè)十分重要的技術(shù)層面的發(fā)展方向。

粗放式的管理和種植，嚴(yán)重降低了土地的利用率，影響水資源的合理分配。而傳統(tǒng)的人工種植經(jīng)驗(yàn)也導(dǎo)致農(nóng)藥化肥的過(guò)度使用，致使農(nóng)作物化肥含量超標(biāo)、土壤河流富營(yíng)養(yǎng)化，違背可持續(xù)發(fā)展和建立環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會(huì)的原則，嚴(yán)重破壞環(huán)境、影響食品安全和人類健康。通過(guò)基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，合理制定種植方案，調(diào)整種植措施，可以解決上述問(wèn)題，能夠有效實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收的目標(biāo)，減少資源浪費(fèi)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立，也會(huì)使得附近關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)共同進(jìn)步，促進(jìn)相關(guān)企業(yè)合作，因此可以拉動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展。由此可以看出，基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述情況，本發(fā)明的目的是：提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境信息遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以解決果林環(huán)境存在的監(jiān)管力度差、布線困難、浪費(fèi)人力物力等問(wèn)題，對(duì)果林環(huán)境信息實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為作物生長(zhǎng)提供可靠的環(huán)境數(shù)據(jù)依據(jù)，保證果樹生長(zhǎng)環(huán)境安全。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境信息遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其主要由物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層三個(gè)部分組成.

所述感知層，由環(huán)境信息傳感器、Zigbee節(jié)點(diǎn)、模擬量采集模塊組成；所述環(huán)境信息傳感器節(jié)點(diǎn)的布置采用正六邊形部署方式，環(huán)境信息傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)模擬量采集模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，通過(guò)RS232或RS485串口傳送到Zigbee模塊。

所述感知層的環(huán)境信息傳感器，可涉及采集土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度及土壤PH值重要環(huán)境參數(shù)中的任意一種或幾種；所述感知層在果林現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方式布置若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在安裝時(shí)，兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間間隔200米~400米。

所述網(wǎng)絡(luò)層由Zigbee無(wú)線節(jié)點(diǎn)和GPRS模塊組成；是以局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的系統(tǒng)通道，主要擔(dān)任數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆氊?zé)，兼具系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)管理等功能。

所述網(wǎng)絡(luò)層由組態(tài)王、工控機(jī)組成；傳送感知層的數(shù)據(jù)至信息處理中心，由應(yīng)用層進(jìn)行處理，同時(shí)將應(yīng)用層發(fā)出的命令信息送達(dá)感知層，進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)。應(yīng)用層位于本系統(tǒng)頂層，是對(duì)事件決策起重要作用的系統(tǒng)“神經(jīng)中樞”，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)、深度挖掘與利用。

具體監(jiān)測(cè)方法是：總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎脽o(wú)線局域網(wǎng)Zigbee與無(wú)線廣域網(wǎng)GPRS的多網(wǎng)絡(luò)融合方式，構(gòu)建無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN），可解決農(nóng)田、果林等大面積栽培種植區(qū)域網(wǎng)絡(luò)布線困難、傳感器分布混亂等問(wèn)題。在農(nóng)田、果林中根據(jù)實(shí)際情況部署以Zigbee節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)作為感知層，采集土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤PH值等作物長(zhǎng)勢(shì)的重要信息，并通過(guò)Zigbee與GPRS異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合作為網(wǎng)絡(luò)層，將采集到的信息遠(yuǎn)程、可靠地傳輸?shù)街醒氡O(jiān)測(cè)信息中心，中央監(jiān)測(cè)信息中心作為整個(gè)系統(tǒng)的頂端，以組態(tài)軟件為基礎(chǔ)構(gòu)成系統(tǒng)應(yīng)用層，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)交互達(dá)到信息共享的目的。農(nóng)業(yè)用戶可通過(guò)電腦、手機(jī)訪問(wèn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)WEB界面，掌握農(nóng)作物生長(zhǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。

本發(fā)明的有益效果是：解決了設(shè)施農(nóng)業(yè)可控力度低，作物的可監(jiān)管性差的問(wèn)題；種植管理人員可以通過(guò)Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)便捷的布置傳感器，無(wú)需布線，設(shè)置靈活：信息采集面廣，范圍大，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信息采集全覆蓋，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施農(nóng)業(yè)的全面感知，有效提高了農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信息采集的效率；實(shí)現(xiàn)了種植管理人員對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行獲取、分析、處理，從而避免意外事故發(fā)生，真正到達(dá)物與物、人與物的遠(yuǎn)程對(duì)話。

附圖說(shuō)明

圖 1是本發(fā)明果林監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；

圖 2是本發(fā)明系統(tǒng)的總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做出進(jìn)一步的說(shuō)明，此處所描述的具體實(shí)施方案僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定。

如圖1所示，本發(fā)明提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境信息遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)有其主要由物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三個(gè)部分組成；其中感知層，由環(huán)境信息傳感器、Zigbee節(jié)點(diǎn)、模擬量采集模塊組成，其中感知層節(jié)點(diǎn)選用模擬量采集模塊連接Zigbee節(jié)點(diǎn)，所述感知層無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)通過(guò)模擬量采集模塊采集各環(huán)境監(jiān)測(cè)量，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，通過(guò)RS232或RS485串口傳送到Zigbee模塊；它通過(guò)各種傳感器獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并通過(guò)智能個(gè)域網(wǎng)傳送到上層網(wǎng)關(guān)；是設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的底層，也是基礎(chǔ)層，主要用來(lái)獲取作物生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。感知層的環(huán)境信息傳感器，可采集土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度及土壤PH值。

網(wǎng)絡(luò)層由Zigbee無(wú)線節(jié)點(diǎn)和GPRS模塊組成；是以局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的系統(tǒng)通道，主要擔(dān)任數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆氊?zé)，兼具系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)管理等功能。

應(yīng)用層由組態(tài)王、MATLAB智能處理與數(shù)據(jù)顯示軟件組成；傳送感知層的數(shù)據(jù)至信息處理中心，由應(yīng)用層進(jìn)行處理，同時(shí)將應(yīng)用層發(fā)出的命令信息送達(dá)感知層，進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)。應(yīng)用層位于本系統(tǒng)頂層，是對(duì)事件決策起重要作用的系統(tǒng)“神經(jīng)中樞”，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)、深度挖掘與利用。

本發(fā)明中所給出的基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境信息遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于農(nóng)田、果林等大面積戶外露天農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，其環(huán)境復(fù)雜度高，極易受到天氣、自然災(zāi)害、地形地貌等不可控因素的干擾，并且隨著時(shí)間和季節(jié)遷移，這些復(fù)雜因素會(huì)進(jìn)行小范圍內(nèi)的隨機(jī)性變化，因此對(duì)于影響農(nóng)田、果林植物生長(zhǎng)的重要因素要進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)。根據(jù)植株生長(zhǎng)環(huán)境和植物自身的遺傳特性，考慮到影響植物生長(zhǎng)因素的普遍性和適用性，確定系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)量主要為：空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、土壤PH、土壤鹽分、光照強(qiáng)度等。

系統(tǒng)感知層環(huán)境信息采集完畢后，通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)與GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行異構(gòu)融合，完成信息的遠(yuǎn)程傳送，如圖2所示。Zigbee節(jié)點(diǎn)形成具有自組網(wǎng)、自治愈、自動(dòng)尋優(yōu)能力的近距離局域網(wǎng)。通過(guò)與GPRS遠(yuǎn)距離廣域網(wǎng)連接，形成具有將信息遠(yuǎn)程傳送能力的健壯網(wǎng)絡(luò)；具有遠(yuǎn)程無(wú)線通訊功能的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層搭建完成后，系統(tǒng)感知層信息能夠高效、可靠、遠(yuǎn)程地傳送到遠(yuǎn)在千里之外的中央監(jiān)測(cè)中心應(yīng)用層。系統(tǒng)應(yīng)用層基于Kingview6.55 WEB版平臺(tái)，設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程信息監(jiān)測(cè)中心，對(duì)種植現(xiàn)場(chǎng)的光照強(qiáng)度、空氣溫濕度、土壤溫濕度、土壤PH值等重要?dú)夂蛐畔⑦M(jìn)行有效存儲(chǔ)；通過(guò)報(bào)表、曲線等形式顯示或保存，對(duì)各類信息進(jìn)行智能分類、匯總；對(duì)農(nóng)業(yè)種植現(xiàn)場(chǎng)的各種異常數(shù)據(jù)予以警告及嚴(yán)重時(shí)報(bào)警，并且存儲(chǔ)異常數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息，為環(huán)境異常原因分析提供依據(jù)。因此，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)種植現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)以及環(huán)境信息的智能化處理。

綜上所述技術(shù)方案的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境信息遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)，結(jié)合目前現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施農(nóng)業(yè)的結(jié)構(gòu)及使用環(huán)境，系統(tǒng)能夠快速采集影響作物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因子，確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，并能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸?shù)綉?yīng)用層中央信息監(jiān)測(cè)中心，此過(guò)程無(wú)需人工參與；整個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的布置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求進(jìn)行，實(shí)用性高；可自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程地將數(shù)據(jù)傳送到信息監(jiān)測(cè)中心，無(wú)需人工干預(yù)，系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確的完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集；感知層信息能夠通過(guò)Zigbee結(jié)合GPRS的方式，遠(yuǎn)程可靠地傳送到應(yīng)用層。無(wú)論管理人員身在何處，只需登錄對(duì)應(yīng)IP地址就可獲取現(xiàn)場(chǎng)的作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，便于管理人員實(shí)時(shí)掌握作物長(zhǎng)勢(shì)狀態(tài)，提高了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的透明度，保證了作物產(chǎn)出的質(zhì)量和高效性，實(shí)現(xiàn)了物與物、物與人的遠(yuǎn)程對(duì)話。