数字农业智能环境监测技术研究

数字农业智能环境监测技术研究

张帅,王金龙,陈先鹏

潍坊工程职业学院，山东 青州 262500

摘要：数字农业作为一种现代化农业方式，突破了传统农业生产中的诸多限制，为农作物生产打造了更有利的生长环境，实现了较高的经济效益。随着国家和社会对于现代化农业发展的重视程度不断增强，数字农业规模逐步扩大并取得了显著成就。在数字农业发展进程中，先进的科学技术和信息化技术是实现数字农业智能管控的有效手段，更是推动数字农业发展的关键力量。尤其是借助物联网环境监测技术，能够实现精准农业管理和智能环境监测，这对于提高农作物产量和品质具有积极作用，更有利于提升数字农业综合效益。基于此，本文深入分析了物联网技术背景下数字农业发展现状以及数字农业智能环境监测技术，以提供相关参考。

关键词：数字农业；物联网；智能监测技术

引言

目前，我国数字农业在科学技术和相关政策的支持下快速发展，数字农业种植面积不断增加，推动现代化农业实现了新发展。虽然我国数字农业在不断进步，但是在智能化、自动化方面仍然比较薄弱，这导致农业生产效率和效益并不理想，也阻碍了数字农业的持续健康发展。这种形势下，在数字农业中应用物联网技术，

不仅能够在降低成本的基础上提高作物产量，还能够实现高效精准农业管理，这为数字农业可持续发展提供了强大支持[1]。因此，探究和分析数字农业物联网环境监测技术具有十分现实的意义。

1 基于物联网技术的数字农业发展现状

数字农业应用物联网技术推动农业由传统方式向现代化模式转变，对于提高数字农业管理水平发挥着十分重要的作用。现阶段，在政府及社会各界的共同推动下，数字农业取得了较大的进步，但是在数字农业管理方面仍然存在依赖人工操作比较多、智能化程度低等问题，这也凸显了数字农业应用先进技术的迫切性和重要性。同时，由于国内物联网技术及相关设备正处于发展阶段，一些技术和产品尚不成熟，相应科技成果还无法得到广泛应用。具体到数字农业运行过程中，很多相关人员无法充分认识到物联网技术的诸多优势，在实际应用物联网技术时常常无法充分发挥其功能和特性，导致物联网使用流于形式，无法发挥真正的价值。此外，数字农业管理人员由于缺乏物联网管理知识和技术，无法推动物联网技术深入应用到数字农业中，这也让物联网技术的应用效果大打折扣[2]。

2 数字农业物联网智能环境监测技术分析

2.1物联网技术简要介绍

   物联网技术简而言之，是利用信息传感器、红外感应器、全球定位系统、射频识别技术等先进装置和技术，实现物与物、物与人的连接，从而实现智能化感知和管理物品、过程的技术。物联网也被称为“万物相连的互联网”，具体表现为人、机、物在任何时间和任何地点的互联互通。物联网应用的领域十分广泛，应用物联网技术不仅能够推动相关领域的智能化发展，更能够实现资源的合理配置以及促进行业效益的有效提升。

2.2数字农业应用物联网监测技术的具体需求

    数字农业中应用物联网监测技术，应满足多方面的需求，以实现这一技术的应有价值。其一，应用物联网技术中的传感器监测作物生长环境，其中包括土壤湿度、空气二氧化碳含量等，通过物联网技术采集监控相关数据信息并系统屏幕上显示，以全面把控作物的生长环境状况[3]。其二，根据物联网技术采集和反馈的信息，数字农业管理人员可以指导农户进行科学种植。其三，依据物联网系统可以查询作物生长和环境的历史参数，还可以及时查询当前作物环境的不合理之处，为科学管理作物成长全过程提供支持。其四，通过物联网可以适时视频监控农作物的生长状况。其五，利用物联网可以及时查看农作物生长现场的数据和视频监控信号。其六，借助物联网可以实现自动控制相关设备，把农作物生长环境调整到合适参数，推动农作物处于良好生长环境中。

2.3物联网监测技术整体架构

2.3.1现场数据采集环节

在现场数据采集环节应关注采集参数、传感器选择、传感器安装等方面。具体而言，现场数据采集参数应包括空气湿度、空气温度、土壤湿度、土壤温度、光照强度、二氧化碳浓度等，这些数据也是对农作物影响非常重要的参数。在传感器选择方面，应依据数字农业实际情况选择合理的传感器，一般情况下，传感器主要有锂电池现场供电、直流24V或12V供电、太阳能供电等方式，在选择传感器时应在关注经济成本的基础上，综合考虑传感器的成本、光照程度、维修成本等多方面，选择性价比高的传感器。在传感器安装方面，应考虑安装高度、安装位置、安装流程、安装技术等，确保安装传感器安装符合要求。

2.3.2数据传输环节

数据传输环节是采集汇总传感器的相关数据，并将这些数据上传至监控主机。在这一环节中，主要包括数据接收和数据传输两方面。在数据接收方面，主要是在数字农业场地内安装无线传感器转串口数据采集模块，并采集和汇总传感器的相关数据，将数据以有线的方式上传至监控主机，而监控主机则利用相应接口负责接收现场数据。具体到数据传输方面，监控主机和控制箱采集模块之间采用地埋敷设信号采集电缆，应合理设置小型电缆井，方便维护和更换电缆，数据传输电缆一般采用屏蔽双绞线。

2.3.3现场控制环节

根据调查显示，现场控制环节中需要控制的有土壤湿度、空气温度、光照度等方面参数。针对现场控制方法，对于土壤水分的控制，可以选择在适当位置安装控制用电磁阀、手动控制阀等相关装置，以控制出水量和灌溉区域，促使相应区域能够实现保持合适的土壤湿度，在这个过程中控制主机进行所有数据信息的控制。对于空气湿度控制，应根据数字农业场地的具体情况，选择管道供热或电加热设备，根据不同供暖设备选择相匹配的控制方式，同时，若相关设备利用控制箱继电器进行控制，应由数据监控中心进行相关设备的控制和操作，以确保空气湿度、温度保持在合适参数。对于光照控制，通常在大棚内光照条件不满足实际需求时，利用人工操作拉动大棚卷帘实现补光，若采用电机自动模式，可能无法有效控制卷帘开度。对于二氧化碳含量控制方面，在数字农业建设时应建设控制二氧化碳的设施和管道，并利用控制箱继电器控制二氧化碳进口总管的开启和关闭，同时，在水管线内增加自动加药加肥系统，促使在灌溉作物时可以进行施药、施肥。

2.3.4管理平台环节

管理平台主要是监控主机将相关数据信息呈现给用户，在管理平台界面中不仅显示相关参数、报警显示功能，还可以控制相关调节设备。监控软件通常应用比较广泛的工控软件，借助不同工控机可以实现数据采集和现场控制。在数据监测方面，借助工控机可以采集和显示现场数据，用户可以实时查看相应数据，并且可以实现分类查看、检索等功能，同时，用户还可以查看历史数据，从而能够掌握相应数据的变化以研究和分析数据趋势。同时，用户可以根据实际情况设置采集器报警功能，可以对数值上下限以及是否开启报警等功能进行标示，并通过预先设定的报警方式进行报警。在现场控制方面，主要借助工控机控制现场各参数，其中数据监控中心的控制单元利用相应模块实现设备控制，在这个过程中，控制主机通过分析采集数据与控制数据上下限值，如果遇到超过数据限值的情况，控制主机利用控制单元进行现场设备控制。在控制主机控制界面中，分为手动调节和自动调节两种类型，用户可以依据需要顺利实现两种形式的切换。在农作物种植区域内，通常安装现场控制箱，控制主机通过控制箱操作种植区域内的相关设备。监控中心的控制单元与现场控制箱的连接通过电缆来实现，控制箱内主要包括继电器、交流接触器、稳压电源等设备，这些设备应与控制单元相匹配。

2.3.5数据共享和远程监控环节

在管理人员办公室内通常设置一台终端计算机，利用大屏幕显示农作物种植的相关数据和视频信号，从管理人员办公室到监控中心利用光纤进行数据传递。在监控中心数据采集主机上，利用无线上网卡可以将计算机与互联网连接起来，这能够帮助外网用户通过登录网站查看农作物种植区域的相关数据。

2.4物联网监测技术主要特点

物联网环境检测系统利用有线采集和无线传输的方式进行数据采集、传输，并将数据参数传输到管理平台进行系统管理。这一系统具有施工简便、成本较低、绿色环保、没有辐射、维护成本低等特点，同时还具有24小时稳定运行、不用人工操作、可视化监测等显著优势。在这个系统中，采集器安装简便，不受安装位置的限制，可以实现随插随用，并且这个系统具有良好的网络扩展能力，能够在一个网络中安装多个采集器和控制器。此外，这一系统功能十分强大，而且运行十分稳定可靠。

2.5物联网监测技术应用效果

在数字农业中应用物联网监测技术具有多方面显著优势[4]。一方面，物联网监测系统建设成本和维护成本比较低，并且能够实时监控农作物生长环境的相关因素，改变传统农业凭借经验种植的模式，让数字农业依照科学数据进行种植，这不仅大大节约了人力资源，更实现精准农业管理，从而让数字农业产生的效益大幅度提高。另一方面，物联网监测系统能自动控制农作物生长环境，自动调节各类参数，这对数字农业实现智能化、自动化大有裨益。此外，应用物联网监测技术是数字农业农业和精准农业发展的要求，更有利于打造农业品牌和提高用户知名度，具有非常突出的社会效益。

结束语：

数字农业中应用物联网环境检测技术，改变了传统种植管理模式中的诸多弊端，能够实现农业生产管理系统的智能化，也能够提高农业生产管理效率，同时能够有效节约相关资源从而实现降低农业生产成本的效果，可见，物联网技术对于推动现代农业转型升级具有积极意义。

参考文献：

[1]张婷婷.高质量发展背景下数字农业的优化策略与路径探索[J].产业创新研究,2023(03):16-19.

[2]李洪兵,罗洋,张颖,王雨凝,欧俊,崔浩.基于模糊PID控制的NB-IoT果蔬农业物联网系统设计与试验[J].中国农机化学报,2023,44(01):162-171..

[3]易纯,刘彬,雷文韬,王雄.农业物联网技术对乡村空间转型的影响研究——以湖南安化县高马二溪村为例[J].南方农机,2022,53(23):28-31.

[4]李可欣,郑源,陈跃钢,高伟.基于微水发电系统的智慧农业物联网设备研发及应用[J].排灌机械工程学报,2022,40(11):1173-1180.

[5]李茂春,何煜,刘莎,白玲玉,胡爽,陈娜娜,左汪敬.数字农业农村大数据平台建设架构与功能研究[J].中国标准化,2022(24):108-111.

[6]肖艳,徐雪娇,孙庆峰.数字农业高质量发展评价指标体系构建及测度[J].农村经济,2022(11):19-26.

*基金项目：潍坊市科技发展计划（项目编号：2021GX090）和山东计算机学会职业教育计算机类相关专业教学改革课题（项目编号：2022SDJSJXHZY—23）资助成果