物联网技术应用架构探析

1.农田及温室大棚监控系统

农田及温室大棚监控系统分为三个层次的架构。前端感知层通过各类感知触角（一般为各类传感器）实时采集温室内温度、湿度、光照、土壤含水量等环境参数，实现对农业综合生态信息的自动感知。在采集数据的同时，通过部署无线网络传输模块，对数据进行汇聚及远程传输，从而实现远程控制功能，包括控制风机、天窗、遮阳布、水帘、灌溉设施等。

被采集数据通过无线传感网或通信网，进行局域及广域的网络传输，将数据快速返回给控制中心或各类接收终端（如PDA、iPad等），用户可通过反馈回的数据对温室或大田中环境进行分析及控制，并根据需要进行调整，实现对作物生长环境的实时控制。

通过节点收集的各类信息最终汇总到中央控制系统，对大棚内或农田中作物生长环境实时监控，进行数据分析处理，并可传输至科研机构或专家系统，为科学研究提供可靠依据。

其物联网应用典型架构如图5-1所示。

图5-1 农田及温室大棚监控系统物联网应用架构

图5-2 不同耕作环境单位产量比较

物联网的核心技术无线传感网应用于农作物环境监控，将从3个方面有效促进农业的发展。

（1）增产增收。相关资料表明，在可自动控制室内的温度、湿度、灌溉、通风、二氧化碳浓度和光照的温室中，每平方米温室一季可产番茄30～50kg，黄瓜40kg，相当于露地栽培产量10倍以上。其他各类作物在这种环境下的产量也将得到明显的提升。不同耕作环境单位产量如图5-2所示。

（2）节约能源。无线传感网可以准确采集室温、叶温、地温、湿度、土壤含水量、溶液浓度、二氧化碳浓度、风向、风速以及作物生长状况等参数，并将室内温、光、水、肥、气等诸多因素综合直接协调到最佳状态，据计算，可有效节水、节肥和节药，使整体能耗降低15%～50%。不同耕作环境能量消耗比较如图5-3所示。

图5-3 不同耕作环境能量消耗比较

（3）作物多样化。无线传感网对温室生产环境的改善，可以使得一些在此前的耕作条件下较难种植的作物得以生长，并为新品种作物的培育提供更好的条件，这有利于推广高附加值的经济作物，提升单位面积的农业经济产值，促进农民增产增收。

2.农产品溯源系统

一般的农产品溯源系统主要由生产经营记录系统、农产品个体的标识系统及溯源信息查询系统几个部分组成，而农产品溯源系统往往需要与企业追溯信息管理系统及公共查询平台相结合，共同完成农产品的溯源工作。这几个系统相互之间的关系如图5-4所示。

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图5-4 几个系统相互之间的关系

（1）生产经营记录系统

生产经营记录系统将记录有农产品生产经营各阶段信息的RFID标签附于农产品上，消费者购买该产品时通过标签读取器即可对其中信息进行查询。生产经营记录是农产品溯源系统建设中的基础，是保证生产经营者真实地记录消费者所关心的各个阶段的信息，以便于查询，从而使消费者可以感受到生产经营者对农产品安全负责的态度。

（2）溯源信息查询系统

溯源信息查询系统将每一产品包装均附上属于该批次的编号，同时建立完整的产品编码与信息对应的数据库，并将此数据库对接至统一服务器，从而可实现远程数据查看。通过此溯源信息查询系统，消费者可以利用所购得产品包装上的编号，直接查询得到生产这批产品的有关信息，由餐桌回溯至农产品源头，了解其完整的生产、运输与销售过程，以提高消费者对产品的信心。通过这种连接生产者与消费者的信息查询系统，消费者可以直接使用信息查询检索工具进行溯源，这也是构建整个农产品溯源系统的信息技术核心之一。

（3）农产品个体的标识系统

农产品个体标识系统通过在农产品个体上附上RFID标签，此标签中包含了其来源等信息，这些信息可为产品再加工提供安全保障。农产品个体的标识是农产品溯源系统建设中关键之一，它的基本功能是能够对农产品进行跟踪识别。要实现真正的农产品溯源，就必须要求农产品供应链中的每一环节，不仅要标识自身生产加工的产品，还要采集所加工的农产品原料上已有的标识信息，并将其重要信息一并标识在加工者的产品上，以备下一个加工者或消费者使用。而农产品供应链中各个环节之间的联系往往不够紧密，这是实施农产品溯源的最大问题。

3.水产养殖生态信息监控系统

水产养殖生态信息监控系统组成框图如图5-5所示。

图5-5 水产养殖生态信息监控系统

水产养殖生态信息监测系统由后台监控中心和由固定传感器节点及移动传感器节点组成的节点子系统两部分组成。移动传感器节点根据其地理位置的不同或通信空间的关系分成若干个簇，每个簇以固定传感器节点作为簇首。移动传感器节点负责感知现场信息，并将现场信息通过自组网的方式传送到其所在簇的簇首，簇首充当路由将信息实时地传送到基点即后台监控中心，后台监控中心经处理后实时显示养殖场养殖环境的各项参数并进行分析。其技术架构如图5-6所示。

图5-6 水产养殖生态信息监控系统技术架构

4.节水灌溉系统

系统中由覆盖灌溉区不同位置的传感器采集土壤湿度、作物的水分蒸发量与降水量等参数，并通过无线传输模块传送到控制中心。控制中心通过分析实时采集的参数之后，可控制不同区域的无线电磁阀，从而达到精密、自动、合理节水的目的，实现农业与生态节水技术的定量化、规范化，以促进节水农业的快速发展。