物联网下的大田作物视频监测系统分析
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摘 要：大田生产是我国农业现代化的一种必然趋势，能够为农业生产的自动化和智能化奠定良好基础，而在大田生产中，需要考虑的因素众多，必须做好作物生长状况的跟踪管理，为水肥管控和病虫害防治提供可靠依据，以此来保证作物的质量和产量。将物联网技术应用到大田作物生产中，构建相应的视频监测系统，能够实现对于作物的实时监测，保证田间管理的有效性。本文从农业物联网的内涵及构成出发，就基于物联网的大田作物视频监测系统设计进行了分析，希望能够为智慧农业的发展提供一些参考。
关键词：物联网;大田作物;视频监测;系统设计
中图分类号：S-33
文献标识码：A
DOI：10.19754/j.nyyjs.20190630005
前言
物联网本身属于第3代网络，集成了新一代的网络信息技术，强调以电子信息作为基础和前提，通过对传统网络的优化创新来保证数据信息传输的效果，在很多行业和领域中都得到了有效应用。最近几年，伴随着气候的异常变化以及化肥、农药的滥用，农作物的产量和质量都受到了一定影响，想要推动大田农业的健康发展，需要构建起更加智能化的管理体系，借助相应的视频检测系统来实现对大田作物生产情况的监督管理，推动农业的生态化、智能化和安全化发展。
1 物联网概述
物联网是互联网的一种特殊表现形式，主要是以互联网为基础，结合物品本身配套的射频识别或者条形码等传感设别，进行信息的收集，实现智能识别的同时，也可以为管理决策的制定提供参考依据，属于一种智能化的网络系统，集成了传感技术、跟踪识别技术、智能优化技术以及通信协议等。物联网能够推动现实世界的数字化，其本身有着极其广泛的应用范围，能够对物与物的数字信息进行统合整理，于工业制造、农业生产、物流运输、智能环境等方面发挥着积极作用。物联网的相关技术包括了地址资源、人工智能、通信協议、M2M等，其本身的核心和基础依然是互联网，不过互联网想要满足物联网的发展需求，必须进行相应的技术升级，如IPV6、Web3.0等[1]。
2 农业物联网的内涵及体系构成
最近几年，互联网+概念的提出，使得农业成为了物联网应用的主要领域，物联网的应用为现代农业提供了更加广阔的发展平台，能够通过视频监测的方式来实现对于农业资源的合理调度，而农业现代化的发展也推动了物联网的持续创新，2者的相互渗透催生出了农业物联网的概念。物联网在农业领域的应用存在难度大、复杂性强、集成化特征明显等特点，而农业物联网实际上并没有确立统一的概念和定义，有研究人员提出，农业物联网主要是基于各类传感器设备实现对农业生产中物流等相关信息的全面感知、识别和采集，然后借助互联网、移动通信等对数据进行高效传输，为远程监控、即时管理以及智能处理提供良好保障，通过现实世界与数字世界的可靠连接，促进农业生产中优质、高产、生态、安全目标的顺利实现[2]。
农业物联网的体系构成大致可以分为3层，感知层，其核心技术是各类传感器技术，如UID、RFID、IPSO等，配合相应的GPS、GIS技术，能够进一步提高对象的可视性，完成信息的感知和识别，能够对大田作物的个体情况、群体数据以及生态环境信息等进行全面采集;传输层，其核心技术包括了WISP、ZigBee、WSN以及NFC等，配合局域网、广域网、移动网络以及无线网络等，可以将感知层采集到的数据信息传输到应用层，也可以将来自应用层的控制命令传递给感知层，以此来保证农业生产的顺利进行;应用层，能够提供丰富的应用服务，如历史数据、数据挖掘、语义库、直接控制等，其支撑系统包含了GIS、智能控制系统、云计算等。农业物联网本身具备高度自治的数据捕捉能力和可靠的数据传输能力，依照应用领域的不同，应用层的核心技术也会有所不同[3]。
3 基于物联网的大田作物视频监测系统设计
3.1 总体设计
基于物联网的大田作物视频监测系统主要是针对大田作物的生长情况以及大田环境进行相应的监测管理，其基本原理，是借助相应的传感器节点，就作物生长环境中的温度、湿度光照、酸碱度等信息进行采集，然后将采集到的数据信息传输到服务器，为大田管理提供参考依据，也能够作为自动化水肥管理的决策支持，在保证作物产量和质量的同时，减少人力物力的消耗。用户可以借助相应的网页或者移动客户端，实现对大田环境的远程实时查看，也可以借助远程操作对一些突发状况进行解决。
3.1.1 网络拓扑设计
视频检测系统应该包括数据采集传感器节点、数据采集协调器节点、汇集传感器节点、数据库服务器、ZigBee网络、PC机以及Web服务器等，从保证视频监测系统智能监测效果的角度，应该做好系统硬件选择，构建起稳定可靠的物联通信网络拓扑结构。在实际操作中，应该借助ZigBee网络，实现传感器节点和协调器节点之间的数据传输;应该通过相应的串口通信来保证协调器节点与网关PC机的沟通交流;对于网络PC机和数据库服务器，数据信息的传递可以通过Socket套接字实现;Web服务器应该能够借助一些特殊的应用程序接口，如ODBC、JDBC等完成对于数据库的直接访问;对于移动客户端，可以结合Web服务器提供的HTTP网络街接口，进行相应的数据获取。
在网络拓扑结构构建的过程中，协调器在完成通道选择以及PAN ID组网后，能够发挥出类似路由器的功能，终端节点可以向协调器发送相应的数据信息，协调器则能够借助对应串口，将接收到的数据信息传输到PC端，利用专业的客户端软件完成数据处理，并将处理结果显示在PC端或者移动终端，采集到的原始环境数据需要存储到数据库中，为后续的分析和决策制定提供参考。
3.1.2监测流程设计
传感器节点在对大田作物及环境数据进行采集后，可以利用ZigBee网络，将数据传输到协调器节点，然后再经由串口通信传输到PC机进行暂时保存。借助Socket套接字以及数据库服务器通信，PC机可以将自身保存的数据信息传输到数据库服务器中，使得用户能够借助动态Web页面和移动客户端来实时查看大田作物的生长情况。 3.2 功能设计
3.2.1 环境监测设计
环境监测系统设计中，需要考虑遥感遥测以及计算机辅助数据处理等相关技术，借助监控器设备，实现对于大田作物及环境的实时监控，也可以查看相应的视频录像来了解作物生长状况。合理的环境监测系统应该具备丰富的监测功能，如长期无人监测、复杂事件监测、大范围监测以及同步监测等，以此来突破传统监测方式的局限性，提升监测效果。对比人工巡检方式，无线传感器网络可以在恶劣天气状况下实现长期稳定运行，基本不需要进行人工维护，也不依赖任何的基础设施，采集到的数据信息可以通过无线链路直接传输到监控中心，这样能够保证数据的及时性，为田间管理提供参考依据。
3.2.2 环境数据采集
借助物联网、大数据、云计算等先进技术，可以实现对于环境数据的高效采集，具体来讲，地面数据采集，包括温度、湿度、光照、风速风向、降水乃至二氧化碳浓度等;地下数据采集，包括地下水位、土壤温度、土壤酸碱度等。在传感器完成相应的数据采集工作后，可以借助ZigBee网络将之传输到协调器节点，再由协调器节点通过串口通信来将数据传递并暂时存储在PC端。
3.2.3 系统智能控制
在大田种植中，作物不同、土壤含水量不同，灌溉的方式也会有所不同，而依照传感器节点传输的信息，配合相应的灌溉预报软件，系统可以自动计算出最佳灌溉量和灌溉时间，保证灌溉合理性的同时，也能够实现节约用水。同时，借助智能控制系统，农户还可以通过对作物种植参数库以及大田信息数据库的综合分析，保证施肥以及农药喷洒的合理性，实现科学种田。
4 结语
以物联网技术为支撑，构建相应的大田作物视频监测系统，能够帮助农户在足不出户的情况下准确把握大田作物的生长状况，了解大田环境，为田间管理提供可靠的数据支持。在监测系统中，主要是通过各类传感器来对大田环境数据进行收集，对作物生长情况进行监测，借助相应的ZigBee网络，可以将采集到的数据传输到PC机，于数据库中进行存储，依照数据库中预先设置的专家意見，采取有效的应对和处理措施，以此来提升大田管理的有效性。新时期，物联网技术的发展迅速，将其应用到大田作物监测中，可以为智慧农业的发展服务，而在构建视频监测系统的过程中，应该充分考虑安全问题，因为传感器节点众多且部署在无人值守的环境下，如果受到损坏，影响数据采集的全面性，需要技术人员的重视和解决。
参考文献
[1] 曹俊.基于物联网的大棚环境监控系统研究[J].农机化研究，2019，41（12）：212-215.
[2] 方露，李斌勇，阎泽诚，等.基于物联网的大田环境智能监测体系[J].网络安全技术与应用，2018（11）：99-100，104.
[3] 李小平，王学，孙艳春.基于物联网的农田环境监测系统设计[J].农业工程，2018，8（10）：19-23.
作者简介：
杨勇（1984- ），助教，研究方向：农业物联网方向、智能控制领域的研究。
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