本發(fā)明涉及一種農業(yè)環(huán)境信息遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)，尤其是涉及一種用于設施農業(yè)環(huán)境中的基于物聯(lián)網(wǎng)技術的信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術：

我國是農業(yè)大國，在農業(yè)科技方面雖有快速發(fā)展，但投入與產出嚴重失調，環(huán)境破壞嚴重，如不改變現(xiàn)狀，未來的農業(yè)發(fā)展，可能會面臨基礎薄弱、科技創(chuàng)新匱乏等問題。而近十年來，我國在設施栽培領域，盡管取得了很大進步，但還存在以下問題：

（1）設施農業(yè)的可控力度低，作物的可監(jiān)管性差。我國設施農業(yè)面積居世界首位，但類型簡單，抵御非可抗力的能力弱，極易受到自然災害的侵襲，農業(yè)生產安全系數(shù)較低；

（2）設施農業(yè)科技含量相對較低。無論是設施自身還是種植管理，我國設施農業(yè)多以傳統(tǒng)經驗為主，缺乏具體的量價指標和系統(tǒng)技術，不能滿足我國農業(yè)科技化、智能化的需求；雖有作物高產區(qū)，但平均單產較低；

（3）設施農業(yè)未能形成獨立的產業(yè)體系。我國設施農業(yè)大多分散，整體工藝水平低。尤其在環(huán)境監(jiān)測的研究方面，仍然十分薄弱，限制了設施農業(yè)中的栽培水平。

為保障國民的食物安全以及保護生態(tài)安全、環(huán)境安全，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就要緊跟國際農業(yè)的科技發(fā)展前沿，根據(jù)具體農業(yè)產業(yè)需要，積極加速農業(yè)關鍵技術突破，加快發(fā)展現(xiàn)代農業(yè)，集成先進傳感器、無線通訊網(wǎng)絡、智能決策支持與自動監(jiān)測等高新技術，實現(xiàn)對作物及其生態(tài)環(huán)境的實時監(jiān)測，獲取植物生長發(fā)育情況及相應生態(tài)環(huán)境的實時數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)進行科學管理，最終實現(xiàn)綠色農業(yè)、智能農業(yè)的目標。因此，以物聯(lián)網(wǎng)技術和智能監(jiān)測技術為核心的設施農業(yè)環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)已成為一個十分重要的技術層面的發(fā)展方向。

粗放式的管理和種植，嚴重降低了土地的利用率，影響水資源的合理分配。而傳統(tǒng)的人工種植經驗也導致農藥化肥的過度使用，致使農作物化肥含量超標、土壤河流富營養(yǎng)化，違背可持續(xù)發(fā)展和建立環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會的原則，嚴重破壞環(huán)境、影響食品安全和人類健康。通過基于物聯(lián)網(wǎng)的設施農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，合理制定種植方案，調整種植措施，可以解決上述問題，能夠有效實現(xiàn)增產增收的目標，減少資源浪費。物聯(lián)網(wǎng)設施農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)建立，也會使得附近關聯(lián)產業(yè)共同進步，促進相關企業(yè)合作，因此可以拉動當?shù)亟洕该桶l(fā)展。由此可以看出，基于物聯(lián)網(wǎng)的設施農業(yè)智能化監(jiān)測系統(tǒng)的研究具有良好的經濟效益和生態(tài)環(huán)境意義。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述情況，本發(fā)明的目的是：提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的設施農業(yè)環(huán)境信息遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)，以解決果林環(huán)境存在的監(jiān)管力度差、布線困難、浪費人力物力等問題，對果林環(huán)境信息實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)測，為作物生長提供可靠的環(huán)境數(shù)據(jù)依據(jù)，保證果樹生長環(huán)境安全。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是：提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的設施農業(yè)環(huán)境信息遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)，其主要由物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡層及應用層三個部分組成.

所述感知層，由環(huán)境信息傳感器、Zigbee節(jié)點、模擬量采集模塊組成；所述環(huán)境信息傳感器節(jié)點的布置采用正六邊形部署方式，環(huán)境信息傳感器節(jié)點采集數(shù)據(jù)，經模擬量采集模塊進行A/D轉換后，通過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)場通過無線網(wǎng)絡方式布置若干監(jiān)測點，在安裝時，兩個監(jiān)測點之間間隔200米~400米。

所述網(wǎng)絡層由Zigbee無線節(jié)點和GPRS模塊組成；是以局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為基礎建立起來的系統(tǒng)通道，主要擔任數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆氊?，兼具系統(tǒng)整體網(wǎng)絡管理等功能。

所述網(wǎng)絡層由組態(tài)王、工控機組成；傳送感知層的數(shù)據(jù)至信息處理中心，由應用層進行處理，同時將應用層發(fā)出的命令信息送達感知層，進行環(huán)境調節(jié)。應用層位于本系統(tǒng)頂層，是對事件決策起重要作用的系統(tǒng)“神經中樞”，負責數(shù)據(jù)顯示與存儲、深度挖掘與利用。

具體監(jiān)測方法是：總體網(wǎng)絡拓撲采用無線局域網(wǎng)Zigbee與無線廣域網(wǎng)GPRS的多網(wǎng)絡融合方式，構建無線傳感網(wǎng)絡（WSN），可解決農田、果林等大面積栽培種植區(qū)域網(wǎng)絡布線困難、傳感器分布混亂等問題。在農田、果林中根據(jù)實際情況部署以Zigbee節(jié)點為基礎的無線傳感網(wǎng)絡作為感知層，采集土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照強度、土壤PH值等作物長勢的重要信息，并通過Zigbee與GPRS異構網(wǎng)絡融合作為網(wǎng)絡層，將采集到的信息遠程、可靠地傳輸?shù)街醒氡O(jiān)測信息中心，中央監(jiān)測信息中心作為整個系統(tǒng)的頂端，以組態(tài)軟件為基礎構成系統(tǒng)應用層，通過數(shù)據(jù)庫存儲及網(wǎng)絡交互達到信息共享的目的。農業(yè)用戶可通過電腦、手機訪問監(jiān)測系統(tǒng)WEB界面，掌握農作物生長實時動態(tài)信息。

本發(fā)明的有益效果是：解決了設施農業(yè)可控力度低，作物的可監(jiān)管性差的問題；種植管理人員可以通過Zigbee無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點便捷的布置傳感器，無需布線，設置靈活：信息采集面廣，范圍大，可實現(xiàn)農業(yè)現(xiàn)場信息采集全覆蓋，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)設施農業(yè)的全面感知，有效提高了農業(yè)現(xiàn)場信息采集的效率；實現(xiàn)了種植管理人員對農業(yè)現(xiàn)場信息進行獲取、分析、處理，從而避免意外事故發(fā)生，真正到達物與物、人與物的遠程對話。

附圖說明

圖 1是本發(fā)明果林監(jiān)測系統(tǒng)架構示意圖；

圖 2是本發(fā)明系統(tǒng)的總體網(wǎng)絡拓撲示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做出進一步的說明，此處所描述的具體實施方案僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于對本發(fā)明進行限定。

如圖1所示，本發(fā)明提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的設施農業(yè)環(huán)境信息遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)，其結構有其主要由物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡層、應用層三個部分組成；其中感知層，由環(huán)境信息傳感器、Zigbee節(jié)點、模擬量采集模塊組成，其中感知層節(jié)點選用模擬量采集模塊連接Zigbee節(jié)點，所述感知層無線傳感網(wǎng)絡通過模擬量采集模塊采集各環(huán)境監(jiān)測量，經A/D轉換后，通過RS232或RS485串口傳送到Zigbee模塊；它通過各種傳感器獲取實時數(shù)據(jù)并通過智能個域網(wǎng)傳送到上層網(wǎng)關；是設施農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的底層，也是基礎層，主要用來獲取作物生長的實時環(huán)境監(jiān)測數(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、光照強度及土壤PH值。

網(wǎng)絡層由Zigbee無線節(jié)點和GPRS模塊組成；是以局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為基礎建立起來的系統(tǒng)通道，主要擔任數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆氊煟婢呦到y(tǒng)整體網(wǎng)絡管理等功能。

應用層由組態(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，由應用層進行處理，同時將應用層發(fā)出的命令信息送達感知層，進行環(huán)境調節(jié)。應用層位于本系統(tǒng)頂層，是對事件決策起重要作用的系統(tǒng)“神經中樞”，負責數(shù)據(jù)顯示與存儲、深度挖掘與利用。

本發(fā)明中所給出的基于物聯(lián)網(wǎng)的設施農業(yè)環(huán)境信息遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)是通過下述方法實現(xiàn)的。對于農田、果林等大面積戶外露天農業(yè)現(xiàn)場，其環(huán)境復雜度高，極易受到天氣、自然災害、地形地貌等不可控因素的干擾，并且隨著時間和季節(jié)遷移，這些復雜因素會進行小范圍內的隨機性變化，因此對于影響農田、果林植物生長的重要因素要進行精確監(jiān)測。根據(jù)植株生長環(huán)境和植物自身的遺傳特性，考慮到影響植物生長因素的普遍性和適用性，確定系統(tǒng)的監(jiān)測量主要為：空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、土壤PH、土壤鹽分、光照強度等。

系統(tǒng)感知層環(huán)境信息采集完畢后，通過Zigbee網(wǎng)絡與GPRS網(wǎng)絡進行異構融合，完成信息的遠程傳送，如圖2所示。Zigbee節(jié)點形成具有自組網(wǎng)、自治愈、自動尋優(yōu)能力的近距離局域網(wǎng)。通過與GPRS遠距離廣域網(wǎng)連接，形成具有將信息遠程傳送能力的健壯網(wǎng)絡；具有遠程無線通訊功能的系統(tǒng)網(wǎng)絡層搭建完成后，系統(tǒng)感知層信息能夠高效、可靠、遠程地傳送到遠在千里之外的中央監(jiān)測中心應用層。系統(tǒng)應用層基于Kingview6.55 WEB版平臺，設計了遠程信息監(jiān)測中心，對種植現(xiàn)場的光照強度、空氣溫濕度、土壤溫濕度、土壤PH值等重要氣候信息進行有效存儲；通過報表、曲線等形式顯示或保存，對各類信息進行智能分類、匯總；對農業(yè)種植現(xiàn)場的各種異常數(shù)據(jù)予以警告及嚴重時報警，并且存儲異常數(shù)據(jù)的詳細信息，為環(huán)境異常原因分析提供依據(jù)。因此，實現(xiàn)了農業(yè)種植現(xiàn)場的遠程集中監(jiān)測以及環(huán)境信息的智能化處理。

綜上所述技術方案的實施，實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的設施農業(yè)環(huán)境信息遠程智能監(jiān)測，結合目前現(xiàn)場設施農業(yè)的結構及使用環(huán)境，系統(tǒng)能夠快速采集影響作物生長的重要環(huán)境因子，確定監(jiān)測點位置，并能夠將農業(yè)現(xiàn)場無線傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)遠程無線傳輸?shù)綉脤又醒胄畔⒈O(jiān)測中心，此過程無需人工參與；整個無線傳感網(wǎng)絡的布置根據(jù)現(xiàn)場要求進行，實用性高；可自動采集、實時遠程地將數(shù)據(jù)傳送到信息監(jiān)測中心，無需人工干預，系統(tǒng)能夠快速準確的完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集；感知層信息能夠通過Zigbee結合GPRS的方式，遠程可靠地傳送到應用層。無論管理人員身在何處，只需登錄對應IP地址就可獲取現(xiàn)場的作物生長數(shù)據(jù)，便于管理人員實時掌握作物長勢狀態(tài)，提高了現(xiàn)場監(jiān)測的透明度，保證了作物產出的質量和高效性，實現(xiàn)了物與物、物與人的遠程對話。