小編精心整理了《物聯網技術用于設施農業論文(精選3篇)》的相關內容，希望能給你帶來幫助!摘要：社會經濟的飛速發展為我國農業機制的改革與創新鞏固了物質基礎，而改革開放的落實則為智慧農業的建設提供了大量的技術理念，在經濟、政策的雙重支持下，中國社會主義智慧農業體系逐漸成型。傳統農業發展已經無法滿足當前社會的實際需求，因此務必重視智慧農業的建設工作。
物聯網技術用于設施農業論文 篇1：
設施農業物聯網情景感知技術應用研究
摘要 將虛擬現實與物聯網技術相結合，構建基于物聯網情景感知的設施農業生產三維可視化管理系統。通過在三維制作軟件Maya中使用多邊形建模方法構建日光溫室等模型，并應用骨骼動畫技術實現卷簾控制動畫，結合Unity3d三維引擎快速構建整個日光溫室園區的三維場景；完善感知數據傳輸及設備遠程控制功能，實現設施農業三維交互場景與物聯網測控功能的融合，通過三維場景實時獲取溫室內數據并實現設施生產執行機構的在線控制，解決復雜三維場景客戶端協調處理瓶頸。結果表明，設施農業物聯網情景感知技術可以為設施農業智能化生產及未來并行化農業生產管理提供技術支撐。
關鍵詞 虛擬現實； 情景感知； 設施農業； 物聯網； Unity3d
Key words Virtual reality； Context awareness； Facility agriculture； Internet of Things； Unity3d
隨著農業物聯網的普及應用和大數據分析技術的逐漸成熟，海量實時感知數據處理問題的技術瓶頸正在被突破[1-3]，在收集分析農田環境中的傳感器和其他各種來源的信息后，作物生長所處情景便能被計算機識別，一定時間內的記錄也會被感知，通過虛擬現實技術，可以為農業生產管理人員提供真實再現的物聯網情景感知信息和計算服務[4]。設施農業是一種高效的資源節約型農業發展技術，可以為農業生產提供高效可控的技術手段[5]，設施農業物聯網是結合了無線傳感器網絡、物聯網、計算機自動化控制、人工智能和專家知識庫的構建發展起來的，可為種植作物的生長提供更加科學、有保障的環境[6]。虛擬現實技術已被廣泛應用于作物的三維可視化[7-8]、景區的虛擬漫游、工業控制仿真及農業虛擬仿真等方面。
但目前在將設施農業物聯網技術與虛擬現實技術相結合來為農業生產管理者提供三維可視化的服務方面尚無很好的研究?；诖?，筆者研究將虛擬現實技術與物聯網技術相融合，構建基于實時數據驅動的日光溫室園區虛擬場景，開發實現的基于物聯網情景感知的設施農業園區三維可視化管理系統，以三維可視化的方式為園區管理人員提供生產管理的服務。
1 設施農業物聯網情景感知三維可視化模式
該研究將虛擬現實技術與物聯網技術相結合，構建設施農業物聯網情景感知日光溫室園區三維可視化控制新模式的結構（圖1），其由硬件控制模塊、遠端中心服務器模塊和日光溫室園區三維交互場景客戶端模塊構成。硬件控制模塊是由工控機進行負責，實現對傳感器采集的數據進行傳輸及對卷簾等控制設備的管理，并與遠端中心服務器進行通信；中心服務器端運行的服務程序為遠端工控機以及三維客戶端提供通信，并協調處理多客戶端的請求，通過調用“國家三農云服務平臺”提供的農業知識庫來對作物的生長提供控制決策；日光溫室園區三維交互客戶端是基于Unity3d引擎來構建三維可視化的場景，提供情景式的服務，實現日光溫室園區的模擬，并通過調用服務器端的服務獲取環境數據進行顯示，當在三維可視化場景中向服務器發送控制指令，實現對溫室卷簾等設備的控制并在三維客戶端場景中進行實時的控制反饋仿真顯示。
2 設施農業園區三維可視化管理客戶端系統構建
應用Unity3d三維引擎開發實現設施農業園區客戶端管理系統，為農業生產者提供可視化的服務。
2.1 Unity3d三維引擎
Unity3d引擎包含了整合的編輯器、地形繪制、Shader（著色器）、腳本控制、網絡通信、音視頻、物理效果等功能；在圖形繪制方面，對DirectX和OpenGL圖形庫在圖形渲染管道方面進行高度優化，并具有優化的光影渲染系統。其強大的功能為開發日光溫室園區三維可視化客戶端系統提供支持。
2.2 日光溫室模型制作及卷簾動畫控制
2.2.1
日光溫室模型的制作。
日光溫室模型由四周的墻體模型及卷簾結構組成，最復雜的是斜面，即形狀大體為四分之一圓弧面的卷簾控制側，制作方法是對各個墻體和卷簾結構在三維制作軟件Maya中，用多邊形建模方法對基礎幾何體的頂點、邊、面進行多邊形的分割、點線面為單位的擠出并進行頂點的合并的綜合操作后進行組合完成模型的制作。
2.2.2
卷簾動畫制作。卷簾動畫的完成需要應用骨骼動畫技術。骨骼動畫的原理是根據人體自身的運動過程產生力量來帶動骨骼運動（旋轉），導致其各部位發生相對運動，產生肌肉變形的這一動力學過程。要制作的模型動畫首先要創建骨骼，運用動力學方法進行骨骼綁定，最后進行骨骼蒙皮，實現正確的運動模擬。
骨骼運動控制常用的方法是正向動力學（FK），它是在骨骼節點及它們的角度已知的條件下求解其運動關系（圖2）。在運動時從根節點開始計算，因為運動變化是逐層傳遞給子節點，而每個骨骼節點都有自己的局部坐標系統，父節點的運動將影響子節點的位置及變換，并順著骨架結構將再影響其子節點的子節點的位置及變化，以此類推得到每個骨骼在空間位置中發生的變化。
式中，U0、V0分別代表骨架（根節點）在世界坐標系中的移動與旋轉。V1，V2，…，Vn代表模型所有骨骼的旋轉，一起決定著模型在空間中的姿態W。通過計算骨架的姿態對于時間變化間的函數，最終得到骨架的運動[9]。
在經過上述日光溫室卷簾結構模型的構建后，使用Maya中Skeleton提供的Joint Tool命令為卷簾結構創建4個joint（骨骼節點），為控制臂模型機構創建3個joint（骨骼節點），根據分析其骨骼節點間的關系應用FK（正向動力學方法）控制骨骼的運動，最后應用Maya中骨骼蒙皮的方法為其進行蒙皮，完成卷簾動畫的制作，實現的日光溫室模型卷簾控制結構如圖3所示。
在Maya中將制作好的日光溫室模型導出為.fbx格式，并導入到Untiy3d制作的場景中，該模型包含了制作的卷簾控制的骨骼動畫組件，通過腳本來控制卷簾動畫實現與實際溫室中卷簾設備運行狀態相一致。
2.3 日光溫室園區三維場景構建
完整的日光溫室園區三維場景除溫室模型外，還包括地形、草樹模型及天空盒。將用Photoshop圖像軟件制作的地形、草樹花模型的帶Alpha通道的貼圖之后添加到Unity3d引擎的地形（Terrain）系統中，用其提供的工具完成快速構建整個日光溫室園區的三維場景。構建完成的整體三維場景如圖4所示。
2.4 自主導游功能
該功能為用戶提供以第一人稱視角的方式在三維場景中行走參觀。用Unity3d提供的第一人稱角色控制器（First Person Controller）實現用鍵盤控制人物的行走和用鼠標控制人物的角度旋轉。
2.5 三維可視化管理系統交互控制界面的制作
三維可視化管理軟件的交互控制界面，使用NGUI（NextGen UI Kit）界面插件來進行開發，其制作的溫室數據顯示界面如圖5所示，設備控制選項卡如圖6所示。而其操作功能的實現是通過用NGUI的消息機制進行編程實現。
3 交互控制與服務通信
3.1 硬件架構模塊
硬件終端模塊的功能是通過傳感器采集數據并發送給中心服務器及接收中心服務器發送的控制指令實現對終端設備運行狀態的調控，硬件架構如圖7所示。系統的硬件架構主要有核心控制模塊、傳感器模塊、Gprs通信模塊、電源模塊和繼電器模塊。
電源模塊為硬件終端各模塊進行供電?？刂颇K采用ATmega128A芯片作為硬件終端的控制核心，該芯片集成了SPI、IIC、TWI協議的兩種串行總線和兩路USART串行接口，通過配置寄存器后即可使用，從而減少了串行接口協議的編程實現。并具有8通道10位AD轉換口，以將接入的傳感器信號進行轉換。GPRS通信模塊是通過標準RS232串行口將傳感器模塊轉換的數據傳送給服務器。在接收到控制指令后，核心控制芯片通過驅動繼電器模塊來控制相應設備的運行狀態。
3.2 通信服務器端
服務器作為控制核心，承擔著為硬件終端及三維客戶端提供通信服務。通過構建的中心服務器實現三維交互客戶端與硬件模塊的通信控制，實現將虛擬現實與設施農業物聯網的結合。
3.2.1
Socket通信服務。 服務器與硬件終端的通信使用Socket通信進行連接來獲取傳感器采集的數據及控制指令的下達。該研究中構建服務器端作為監聽服務端，而硬件終端作為客戶端主動地與其進行通信連接。在同一時刻會有多個硬件終端請求服務器進行通信，為實現并發處理，服務器端程序使用多線程提供并發的訪問，服務器端程序運行后首先啟動父進程進行監聽客戶端的連接，當監聽到有客戶端請求連接時，由父進程派生出一個線程來為其服務，而當該客戶端與服務器斷開連接時，則由父進程銷毀先前派生的線程，提供并發控制。
3.2.2
Servlet服務。服務器端使用Servlet技術為三維客戶端提供數據請求及指令控制服務。服務器端程序實現提供了3個Servlet請求服務，第1個用于為三維客戶端請求的數據信息提供服務，第2個接受三維客戶端發送的指令控制并對其決策處理后返回相應的信息，第3個是為三維客戶端提供溫室控制設備調控的決策服務。
3.2.3
溫室設備控制決策服務。
通過調用國家農業信息化工程技術研究中心研發構建的“國家三農云服務模型”中的作物分析決策接口，分析當前是否應對溫室調控設備進行相應地控制。服務器端程序實現的為客戶端提供的溫室控制決策的處理結構如圖8所示。
3.3 單客戶端請求通信
單一日光溫室園區三維可視化客戶端與服務器的請求通信，用Unity3d提供的WWW網絡通信類發送http請求來獲取服務器端提供的Servlet服務，實現數據的請求及控制指令的執行。
3.4 復雜多客戶端請求通信控制策略
構建的日光溫室園區三維管理客戶端因同時部署了多套實現分布式的控制，故在同一時刻會有多個客戶端對同一執行機構的控制，該研究實現多客戶端協調控制的策略為在服務器端按照固定的算法，當客戶端與服務器第1次請求連接時為其生成標識號，并將其返回給客戶端，之后客戶端通信就以此標識號進行標識，服務器對帶有唯一標識的不同客戶端進行排隊處理，以協調處理可能導致通信請求的混亂。
3.5 系統部署運行
最終開發實現的設施農業園區三維管理系統，其整體由硬件控制機構、中心服務器和日光溫室園區三維可視化管理客戶端3個部分組成。其中硬件控制機構安裝在湖北省宜昌市宜都市王家畈鄉的農業園區示范區內的日光溫室中。使用MyEclipse軟件開發實現為三維客戶端提供Servlet服務及與硬件控制機構通信交互控制的服務器程序部署在三峽大學中心機房電腦中的Tomcat7這一WEB服務器中。而由Unity3d開發發布的日光溫室園區三維可視化管理客戶端安裝在三峽大學校內的服務器上及其設施農業基地內的管理中心的電腦中。經過現場運行測試，其實際運行情況良好，不僅可為園區人員提供三維可視化的管理控制服務，而且還可實現多客戶端的協調控制及分布式的生產管理服務。
4 結語
基于Unity3d引擎制作三維可視化的農業溫室場景，提供可以完全沉浸于其中進行三維漫游的功能，并且架構服務器端提供數據通信服務，實現可以在三維可視化的場景下訪問遠程服務器的服務，進行數據的通信，并對獲取的數據存儲進行建模分析做出決策，以向遠程服務器發送控制指令，對相應的設備進行調控，為作物的生長提供適宜的環境條件。虛擬現實技術與設施農業物聯網技術相結合的這一溫室控制新模式充分應用設施農業物聯網情景感知技術，以三維可視化的方式為農業生產者提供服務，實現對設施生產執行機構在線控制的應用研究，為設施農業智能化生產及未來并行化農業生產管理提供進一步的技術支撐。
參考文獻
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作者：宋斌 陳立平 陳天恩
物聯網技術用于設施農業論文 篇2：
智慧農業發展中物聯網技術在設施農業中的應用
摘 要：社會經濟的飛速發展為我國農業機制的改革與創新鞏固了物質基礎，而改革開放的落實則為智慧農業的建設提供了大量的技術理念，在經濟、政策的雙重支持下，中國社會主義智慧農業體系逐漸成型。傳統農業發展已經無法滿足當前社會的實際需求，因此務必重視智慧農業的建設工作。
關鍵詞：智慧農業；物聯網技術；設施農業；應用
物聯網簡稱IOT，通過多種信息傳感器、射頻識別技術、全球定位系統、紅外感應器以及激光掃描器等裝置，收集實時數據，實現對可能網絡的接入與參與，實現了物與物、人與物、人與人之間的泛在連接，同時對物品及過程的智能化感知、識別及管理同樣具有積極效用。
RFID技術，國內又稱射頻識別技術，通過無線電訊號實現對監測對象的感知，實時錄入相關數據信息，適用于短距離數據識別及傳輸，在最大程度上提高了數據信息的識別及傳輸效率與質量。RFID技術主要是由軟件處理系統、閱讀器、應答器三個部分構成，具有較高的抗污染力、耐久力以及掃描速度等技術特征，可滿足當前社會的實際信息傳輸需求。
物聯網技術在智慧農業中的具體應用如下：
1 系統設計
隨著物聯網技術在國內各領域中的深入滲透，智慧農業的建設更是無法離開物聯網技術的支持。截至目前，物聯網技術在智慧農業建設過程中起到積極效用，在系統設計中的應用價值最高。眾所周知，智慧農業對設備設施及技術理念等多方面的要求較高，主要包括感知層、傳輸層以及應用層。顧名思義，感知層即為用于感知前段信息，主要效用是對農業種植環境進行實時監測；傳輸層是對相關數據信息的收集及傳輸，實現數據處理的集約化，大大提升了數據信息的處理效率；應用層則是對信息數據的終端處理，對收集信息進行處理與存儲，并及時做出屬性調整。
2 監控系統
監控系統的實際效用主要是對種植環境及作物生長狀況進行實時監控，幫助相關技術人員及時發現問題并且解決問題，以此提升農作物產量以及農業整體發展。監控系統在傳統農業中的應用，大力推動了智慧模式的發展進程，為社會經濟的整體增長提供了較大的可能性?；诋斍暗膶嶋H發展需求，監控系統必須具備信息存儲功能，在獲取與收集大量數據信息的同時進行存儲，保障后續相關工作的質量與效率。
3 無線傳感網絡子系統
實際上，智慧大棚即為物聯網技術在智慧農業中的主要應用途徑之一，而物聯網技術在智慧大棚中的應用主要體現在無線傳感網絡子系統。眾所周知，無線傳感網絡子系統的性能效用就是對農業種植環境的變化情況進行實時感知監測，包括大棚內部的溫度、濕度以及土壤肥力等多個方面。在無線傳感網絡子系統的支持下，技術人員可遠程收集大棚內的信息數據，實現了信息數據處理的集約化與統一化，進一步提升了農業大棚的培育效率及質量。
4 無線寬帶網絡傳輸系統
物聯網技術在智慧農業的應用主要體現在無線寬帶網絡系統，在運用無線寬帶網絡系統的過程中，需為技術人員提供相應的mesh網絡及太陽能供電系統等硬性設施，通過相應適配系統的實踐性功能來實現整體網絡系統的有效運行。單就系統本身而言，其需要優質的網絡傳輸技術來適應當前的信息環境，同時技術特性與優勢還可幫助其提高抗穿透力及抗干擾性。
綜上所述，信息時代背景下，傳統農業發展模式無法滿足當前社會的實際發展需求，因此，應盡快建設智慧農業發展體系，同時相關部門還應高度重視對物聯網技術的應用。合理性和適用性是保障物聯網技術效用充分發揮的基礎條件，提高智慧農業中物聯網應用設計的合理性就是確保物聯網實際效用?；诖?，應當深入研究物聯網在智慧農業中的應用，以此保障農業的高效及持續發展。
作者：任偉
物聯網技術用于設施農業論文 篇3：
張家港市高效設施農業發展現狀及對策建議
摘 要：發展高效設施農業是推進現代農業建設的重要內容。而作為設施農業的重要內容和主要手段，設施農業機械化的水平直接決定了設施農業的發展速度和質量。該文在調研了張家港市高效設施農機具的發展現狀及存在的主要問題之后，提出了適合該市高效設施農業發展的對策建議。主要包括：加強培訓，重視專業技能人才的引進與培養；通盤規劃、加強農機農藝融合；加強政策傾斜，加大對重點高效施設農機具的支持力度等。
關鍵詞：高效設施農業；發展現狀；對策建議；張家港市
發展高效設施農業是推進農業供給側結構性改革的重要內容，也是促進農業增效，富民增收的重要渠道[1]。隨著張家港市糧食生產全程機械化的快速推進，全面提升高效設施農業機械化生產水平、重點解決高效設施農業機械化生產過程中的薄弱環節、強化綠色生態發展理念應是當前及今后一段時間內高效設施農業發展的重要方向。
1 張家港市高效設施農業的發展現狀
截至2017年上半年，全市已發展設施蔬菜、林果茶、花卉園藝、水產、畜牧等設施農業面積近9000hm2，占全市耕地面積的29.3%，其中高效設施農業面積5520hm2[2-3]。全市在蔬菜園藝和林果茶生產領域擁有大棚王拖拉機26臺1346KW，相關配套設備895臺（套）；擁有水產養殖裝備2667臺（套），畜禽養殖裝備625臺（套），農產品加工裝備1245臺（套），物聯網技術32套。全市建設有4個設施蔬菜生產機械化示范基地和1個果園生產機械化示范基地，并通過農機“三新工程”的帶動和相關農機具的引進與試驗，對蔬菜和林果茶類生產過程中關鍵環節的作業機具進行集成應用與示范。
2 取得的實際成效
目前，張家港市設施蔬菜種植面積4240hm2，年產量近15萬t，年產值8億元，機械化生產水平36.6%。林果茶園藝類種植面積3667hm2，年產值近19億元，機械化生產水平28.2%。設施水產養殖面積1067hm2，規模以上的養殖戶有300余戶，年養殖產量1.67萬t，年產值5.38億元、機械化生產水平73.4%。全市各類畜禽養殖場1478家，年出欄生豬11.86萬頭、羊1.64萬只、兔0.28萬只、家禽118.4萬羽、年產蛋7.31萬t，奶牛存欄4800頭、年產奶2.1萬t，實養蜂數1140箱，年總產值5.35億元，創建成省級畜牧生態健康養殖示范基地16個、本市級畜禽生態健康場15個，機械化生產水平65.9%。全市擁有各類農產品加工裝備1245臺（套），冷藏庫95座共31520m2，農產品初加工機械化水平達72.7%。
3 存在的主要問題
3.1 機具有效利用率不高 目前，多數高效設施農業的作業機具功能單一且價格昂貴，難以滿足種植戶對于高效設施農業生產過程多樣性、耕作工藝多變形、種植方式復雜性的需求。往往一臺機具只用于某種蔬菜的某個生產環節，而其他時間只能被閑置在倉庫，使用效率低下。
而且，由于機具的操作人員大多年齡偏大文化水平偏低，對于那些具備多種功能的設施農機具（如田園管理機、開溝旋耕一體機、起壟覆膜機等）缺乏應有的操作技能和維修更換技能，致使這些多功能的機具只能發揮其一種功能，其他功能形同虛設。
3.2 農機農藝匹配不足 由于高效設施農業種類繁多、生產環節復雜多樣，而目前的農機具又難以滿足多個生產環節的功能需求。所以，應用機械化作業前期就應通盤考慮高效設施農業生產的各個環節，以使各個環節的農業生產均能滿足機械化作業的要求。然而，目前多數種植戶的種植技術、管理手段、生產技能仍是以經驗為主，缺乏對新機具新技術的了解，以致生產工藝與農機具作業要求矛盾不斷。加之缺少相應的機械化作業技術規范，種植戶的種植工藝參差不齊，與農機具的作業匹配嚴重不足。
3.3 專業操作人員水平低 目前，高效設施農業一線的機具操作人員普遍年齡偏大文化水平偏低，而且往往是作業前臨時找來1個人進行園地作業。除安全因素外，操作人員技能偏低、作業效率低下，再加上對機（下轉68頁）（上接15頁）具不熟悉，難以完全發揮機械化作業的優勢。
3.4 適用性專業機具缺乏 目前，近90%的高效設施農業基地建園時從未考慮過農機具的通過性、適用性和匹配性，只是隨著近年來用工成本的不斷提高才加以考慮。而進行農機具引進時才發現，小型農機具動力不足、效率不高、適應性不強，大中型農機具則因干涉問題難以施展。國外的機具雖效率高、功率強、通過性能好，但價格昂貴、配件不容易找而且貴；國產的農機具雖然便宜，但可靠性嚴重不足、通過性能也差、效率也不高、適應性不強，而特定用處的農機具如收獲機、小型撒肥機、適應強的除草機等則發展滯后，難以滿足現實需求，實際生產過程中普遍還仍以人工為主。
3.5 農業廢棄物處理方式不當 我市目前除有少數幾家高效設施農業生產基地自建發酵池或農業廢棄物處理中心等具備農業廢棄物處理能力外，多數生產基地對于農業廢棄物或者異地填埋或者就地焚燒或者拉往垃圾處理站，農業廢棄物處理方式普遍不當，不僅對當地的環境產生不利影響，也無法對農業廢棄物進行有效的回收利用。
4 對策建議
4.1 加強培訓，重視專業技能人才的引進與培養 一方面，應進一步加大高效設施農業機械技術的培訓力度、培訓深度和受眾面，同時也要強化培訓的針對性。根據設施農業的種類、種植的方式、農機具的類型制定不同的培訓計劃，細化培訓內容，并適當加強培訓的深度，增加現場教學和實地操作的學時，并注重操作人員維修保養技能的提升。另一方面，也應加強政策引導，鼓勵有條件、有技能、有文化的專業人才投身高效設施農業事業。
4.2 通盤規劃，加強農機農藝融合 農機部門應結合當地實際、圍繞關鍵環節，制定適合高效設施農業全程機械化作業的技術路線和技術規范。然后，加強技術指導并逐步優化，循序漸進的推進高效設施農業生產標準化、規范化。同時，也應及時向生產企業進行信息反饋。根據生產實際建議其對農機具進行必要的優化與改進，在機具功能多樣性與生產工藝復雜性之間尋找合適的平衡點，逐步強化農機與農藝的融合度。
4.3 加強政策傾斜，加大對重點高效設施農機具的支持力度 針對目前高效設施農機具價格高昂、前期投入較大的情況，政府應加大政策扶持力度。要圍繞高效設施農業生產的關鍵環節，適當突出補貼重點，對急需的重點高效設施農機具如高效植保機、收獲機、除草機等進行政策傾斜。同時，鼓勵國內企業及科研院所積極開展新型農機具研發與引進消化工作。
4.4 積極引導，加強對農業廢棄物的回收利用 針對高效設施農業廢棄物處理方式普遍不當的情況，政府應積極探索農業廢棄物機械化可持續循環利用途徑。根據本地實際情況，積極開展高效設施農業廢棄物多物料廣適性粉碎技術、高溫降解滅菌殺蟲技術、快速化發酵制肥技術、農膜快速回收技術等方面的引進、推廣、試驗示范工作，引導種植戶積極開展高效設施農業廢棄物本地化循環利用工作，進一步改善農村生態環境。
參考文獻
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作者：孫朋朋