小编精心整理了《物联网技术用于设施农业论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!摘要：社会经济的飞速发展为我国农业机制的改革与创新巩固了物质基础，而改革开放的落实则为智慧农业的建设提供了大量的技术理念，在经济、政策的双重支持下，中国社会主义智慧农业体系逐渐成型。传统农业发展已经无法满足当前社会的实际需求，因此务必重视智慧农业的建设工作。
物联网技术用于设施农业论文 篇1：
设施农业物联网情景感知技术应用研究
摘要 将虚拟现实与物联网技术相结合，构建基于物联网情景感知的设施农业生产三维可视化管理系统。通过在三维制作软件Maya中使用多边形建模方法构建日光温室等模型，并应用骨骼动画技术实现卷帘控制动画，结合Unity3d三维引擎快速构建整个日光温室园区的三维场景；完善感知数据传输及设备远程控制功能，实现设施农业三维交互场景与物联网测控功能的融合，通过三维场景实时获取温室内数据并实现设施生产执行机构的在线控制，解决复杂三维场景客户端协调处理瓶颈。结果表明，设施农业物联网情景感知技术可以为设施农业智能化生产及未来并行化农业生产管理提供技术支撑。
关键词 虚拟现实； 情景感知； 设施农业； 物联网； Unity3d
Key words Virtual reality； Context awareness； Facility agriculture； Internet of Things； Unity3d
随着农业物联网的普及应用和大数据分析技术的逐渐成熟，海量实时感知数据处理问题的技术瓶颈正在被突破[1-3]，在收集分析农田环境中的传感器和其他各种来源的信息后，作物生长所处情景便能被计算机识别，一定时间内的记录也会被感知，通过虚拟现实技术，可以为农业生产管理人员提供真实再现的物联网情景感知信息和计算服务[4]。设施农业是一种高效的资源节约型农业发展技术，可以为农业生产提供高效可控的技术手段[5]，设施农业物联网是结合了无线传感器网络、物联网、计算机自动化控制、人工智能和专家知识库的构建发展起来的，可为种植作物的生长提供更加科学、有保障的环境[6]。虚拟现实技术已被广泛应用于作物的三维可视化[7-8]、景区的虚拟漫游、工业控制仿真及农业虚拟仿真等方面。
但目前在将设施农业物联网技术与虚拟现实技术相结合来为农业生产管理者提供三维可视化的服务方面尚无很好的研究。基于此，笔者研究将虚拟现实技术与物联网技术相融合，构建基于实时数据驱动的日光温室园区虚拟场景，开发实现的基于物联网情景感知的设施农业园区三维可视化管理系统，以三维可视化的方式为园区管理人员提供生产管理的服务。
1 设施农业物联网情景感知三维可视化模式
该研究將虚拟现实技术与物联网技术相结合，构建设施农业物联网情景感知日光温室园区三维可视化控制新模式的结构（图1），其由硬件控制模块、远端中心服务器模块和日光温室园区三维交互场景客户端模块构成。硬件控制模块是由工控机进行负责，实现对传感器采集的数据进行传输及对卷帘等控制设备的管理，并与远端中心服务器进行通信；中心服务器端运行的服务程序为远端工控机以及三维客户端提供通信，并协调处理多客户端的请求，通过调用“国家三农云服务平台”提供的农业知识库来对作物的生长提供控制决策；日光温室园区三维交互客户端是基于Unity3d引擎来构建三维可视化的场景，提供情景式的服务，实现日光温室园区的模拟，并通过调用服务器端的服务获取环境数据进行显示，当在三维可视化场景中向服务器发送控制指令，实现对温室卷帘等设备的控制并在三维客户端场景中进行实时的控制反馈仿真显示。
2 设施农业园区三维可视化管理客户端系统构建
应用Unity3d三维引擎开发实现设施农业园区客户端管理系统，为农业生产者提供可视化的服务。
2.1 Unity3d三维引擎
Unity3d引擎包含了整合的编辑器、地形绘制、Shader（着色器）、脚本控制、网络通信、音视频、物理效果等功能；在图形绘制方面，对DirectX和OpenGL图形库在图形渲染管道方面进行高度优化，并具有优化的光影渲染系统。其强大的功能为开发日光温室园区三维可视化客户端系统提供支持。
2.2 日光温室模型制作及卷帘动画控制
2.2.1
日光温室模型的制作。
日光温室模型由四周的墙体模型及卷帘结构组成，最复杂的是斜面，即形状大体为四分之一圆弧面的卷帘控制侧，制作方法是对各个墙体和卷帘结构在三维制作软件Maya中，用多边形建模方法对基础几何体的顶点、边、面进行多边形的分割、点线面为单位的挤出并进行顶点的合并的综合操作后进行组合完成模型的制作。
2.2.2
卷帘动画制作。卷帘动画的完成需要应用骨骼动画技术。骨骼动画的原理是根据人体自身的运动过程产生力量来带动骨骼运动（旋转），导致其各部位发生相对运动，产生肌肉变形的这一动力学过程。要制作的模型动画首先要创建骨骼，运用动力学方法进行骨骼绑定，最后进行骨骼蒙皮，实现正确的运动模拟。
骨骼运动控制常用的方法是正向动力学（FK），它是在骨骼节点及它们的角度已知的条件下求解其运动关系（图2）。在运动时从根节点开始计算，因为运动变化是逐层传递给子节点，而每个骨骼节点都有自己的局部坐标系统，父节点的运动将影响子节点的位置及变换，并顺着骨架结构将再影响其子节点的子节点的位置及变化，以此类推得到每个骨骼在空间位置中发生的变化。
式中，U0、V0分别代表骨架（根节点）在世界坐标系中的移动与旋转。V1，V2，…，Vn代表模型所有骨骼的旋转，一起决定着模型在空间中的姿态W。通过计算骨架的姿态对于时间变化间的函数，最终得到骨架的运动[9]。
在经过上述日光温室卷帘结构模型的构建后，使用Maya中Skeleton提供的Joint Tool命令为卷帘结构创建4个joint（骨骼节点），为控制臂模型机构创建3个joint（骨骼节点），根据分析其骨骼节点间的关系应用FK（正向动力学方法）控制骨骼的运动，最后应用Maya中骨骼蒙皮的方法为其进行蒙皮，完成卷帘动画的制作，实现的日光温室模型卷帘控制结构如图3所示。
在Maya中将制作好的日光温室模型导出为.fbx格式，并导入到Untiy3d制作的场景中，该模型包含了制作的卷帘控制的骨骼动画组件，通过脚本来控制卷帘动画实现与实际温室中卷帘设备运行状态相一致。
2.3 日光温室园区三维场景构建
完整的日光温室园区三维场景除温室模型外，还包括地形、草树模型及天空盒。将用Photoshop图像软件制作的地形、草树花模型的带Alpha通道的贴图之后添加到Unity3d引擎的地形（Terrain）系统中，用其提供的工具完成快速构建整个日光温室园区的三维场景。构建完成的整体三维场景如图4所示。
2.4 自主导游功能
该功能为用户提供以第一人称视角的方式在三维场景中行走参观。用Unity3d提供的第一人称角色控制器（First Person Controller）實现用键盘控制人物的行走和用鼠标控制人物的角度旋转。
2.5 三维可视化管理系统交互控制界面的制作
三维可视化管理软件的交互控制界面，使用NGUI（NextGen UI Kit）界面插件来进行开发，其制作的温室数据显示界面如图5所示，设备控制选项卡如图6所示。而其操作功能的实现是通过用NGUI的消息机制进行编程实现。
3 交互控制与服务通信
3.1 硬件架构模块
硬件终端模块的功能是通过传感器采集数据并发送给中心服务器及接收中心服务器发送的控制指令实现对终端设备运行状态的调控，硬件架构如图7所示。系统的硬件架构主要有核心控制模块、传感器模块、Gprs通信模块、电源模块和继电器模块。
电源模块为硬件终端各模块进行供电。控制模块采用ATmega128A芯片作为硬件终端的控制核心，该芯片集成了SPI、IIC、TWI协议的两种串行总线和两路USART串行接口，通过配置寄存器后即可使用，从而减少了串行接口协议的编程实现。并具有8通道10位AD转换口，以将接入的传感器信号进行转换。GPRS通信模块是通过标准RS232串行口将传感器模块转换的数据传送给服务器。在接收到控制指令后，核心控制芯片通过驱动继电器模块来控制相应设备的运行状态。
3.2 通信服务器端
服务器作为控制核心，承担着为硬件终端及三维客户端提供通信服务。通过构建的中心服务器实现三维交互客户端与硬件模块的通信控制，实现将虚拟现实与设施农业物联网的结合。
3.2.1
Socket通信服务。 服务器与硬件终端的通信使用Socket通信进行连接来获取传感器采集的数据及控制指令的下达。该研究中构建服务器端作为监听服务端，而硬件终端作为客户端主动地与其进行通信连接。在同一时刻会有多个硬件终端请求服务器进行通信，为实现并发处理，服务器端程序使用多线程提供并发的访问，服务器端程序运行后首先启动父进程进行监听客户端的连接，当监听到有客户端请求连接时，由父进程派生出一个线程来为其服务，而当该客户端与服务器断开连接时，则由父进程销毁先前派生的线程，提供并发控制。
3.2.2
Servlet服务。服务器端使用Servlet技术为三维客户端提供数据请求及指令控制服务。服务器端程序实现提供了3个Servlet请求服务，第1个用于为三维客户端请求的数据信息提供服务，第2个接受三维客户端发送的指令控制并对其决策处理后返回相应的信息，第3个是为三维客户端提供温室控制设备调控的决策服务。
3.2.3
温室设备控制决策服务。
通过调用国家农业信息化工程技术研究中心研发构建的“国家三农云服务模型”中的作物分析决策接口，分析当前是否应对温室调控设备进行相应地控制。服务器端程序实现的为客户端提供的温室控制决策的处理结构如图8所示。
3.3 单客户端请求通信
单一日光温室园区三维可视化客户端与服务器的请求通信，用Unity3d提供的WWW网络通信类发送http请求来获取服务器端提供的Servlet服务，实现数据的请求及控制指令的执行。
3.4 复杂多客戶端请求通信控制策略
构建的日光温室园区三维管理客户端因同时部署了多套实现分布式的控制，故在同一时刻会有多个客户端对同一执行机构的控制，该研究实现多客户端协调控制的策略为在服务器端按照固定的算法，当客户端与服务器第1次请求连接时为其生成标识号，并将其返回给客户端，之后客户端通信就以此标识号进行标识，服务器对带有唯一标识的不同客户端进行排队处理，以协调处理可能导致通信请求的混乱。
3.5 系统部署运行
最终开发实现的设施农业园区三维管理系统，其整体由硬件控制机构、中心服务器和日光温室园区三维可视化管理客户端3个部分组成。其中硬件控制机构安装在湖北省宜昌市宜都市王家畈乡的农业园区示范区内的日光温室中。使用MyEclipse软件开发实现为三维客户端提供Servlet服务及与硬件控制机构通信交互控制的服务器程序部署在三峡大学中心机房电脑中的Tomcat7这一WEB服务器中。而由Unity3d开发发布的日光温室园区三维可视化管理客户端安装在三峡大学校内的服务器上及其设施农业基地内的管理中心的电脑中。经过现场运行测试，其实际运行情况良好，不仅可为园区人员提供三维可视化的管理控制服务，而且还可实现多客户端的协调控制及分布式的生产管理服务。
4 结语
基于Unity3d引擎制作三维可视化的农业温室场景，提供可以完全沉浸于其中进行三维漫游的功能，并且架构服务器端提供数据通信服务，实现可以在三维可视化的场景下访问远程服务器的服务，进行数据的通信，并对获取的数据存储进行建模分析做出决策，以向远程服务器发送控制指令，对相应的设备进行调控，为作物的生长提供适宜的环境条件。虚拟现实技术与设施农业物联网技术相结合的这一温室控制新模式充分应用设施农业物联网情景感知技术，以三维可视化的方式为农业生产者提供服务，实现对设施生产执行机构在线控制的应用研究，为设施农业智能化生产及未来并行化农业生产管理提供进一步的技术支撑。
参考文献
[1] 李道亮.物联网与智慧农业[J].农业工程，2012，2（1）：1-7.
[2] 童恩栋，沈强，雷君，等.物联网情景感知技术研究[J].计算机科学，2011，38（4）：9-20.
[3] 赵志军，沈强，唐晖，等.物联网架构和智能信息处理理论与关键技术[J].计算机科学，2011，38（8）：1-8.
[4] 杨宝祝，刘妍，吴华瑞，等.基于情景感知的个性化农业信息服务模型研究[J].农机化研究，2012，34（11）：11-13.
[5] 齐飞，周新群，丁小明，等.设施农业工程技术分类方法探讨[J].农业工程学报，2012，28（10）：1-7.
[6] 阎晓军，王维瑞，梁建平.北京市设施农业物联网应用模式构建[J].农业工程学报，2012， 28（4）：149-154.
[7] 赵春江，王功明，郭新宇，等.基于交互式骨架模型的玉米根系三维可视化研究[J].农业工程学报，2007，23（9）：1-6.
[8] 郭新宇，赵春江，肖伯祥，等.玉米三维重构及可视化系统的设计与实现[J].农业工程学报，2007，23（4）：144-148.
[9] 陈志荣，陈福民.基于骨骼混合的蒙皮网格技术[J].计算机辅助工程，2006（4）：57-60，68.
作者：宋斌 陈立平 陈天恩
物联网技术用于设施农业论文 篇2：
智慧农业发展中物联网技术在设施农业中的应用
摘 要：社会经济的飞速发展为我国农业机制的改革与创新巩固了物质基础，而改革开放的落实则为智慧农业的建设提供了大量的技术理念，在经济、政策的双重支持下，中国社会主义智慧农业体系逐渐成型。传统农业发展已经无法满足当前社会的实际需求，因此务必重视智慧农业的建设工作。
关键词：智慧农业；物联网技术；设施农业；应用
物联网简称IOT，通过多种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器以及激光扫描器等装置，收集实时数据，实现对可能网络的接入与参与，实现了物与物、人与物、人与人之间的泛在连接，同时对物品及过程的智能化感知、识别及管理同样具有积极效用。
RFID技术，国内又称射频识别技术，通过无线电讯号实现对监测对象的感知，实时录入相关数据信息，适用于短距离数据识别及传输，在最大程度上提高了数据信息的识别及传输效率与质量。RFID技术主要是由软件处理系统、阅读器、应答器三个部分构成，具有较高的抗污染力、耐久力以及扫描速度等技术特征，可满足当前社会的实际信息传输需求。
物联网技术在智慧农业中的具体应用如下：
1 系统设计
随着物联网技术在国内各领域中的深入渗透，智慧农业的建设更是无法离开物联网技术的支持。截至目前，物联网技术在智慧农业建设过程中起到积极效用，在系统设计中的应用价值最高。众所周知，智慧农业对设备设施及技术理念等多方面的要求较高，主要包括感知层、传输层以及应用层。顾名思义，感知层即为用于感知前段信息，主要效用是对农业种植环境进行实时监测；传输层是对相关数据信息的收集及传输，实现数据处理的集约化，大大提升了数据信息的处理效率；应用层则是对信息数据的终端处理，对收集信息进行处理与存储，并及时做出属性调整。
2 监控系统
监控系统的实际效用主要是对种植环境及作物生长状况进行实时监控，帮助相关技术人员及时发现问题并且解决问题，以此提升农作物产量以及农业整体发展。监控系统在传统农业中的应用，大力推动了智慧模式的发展进程，为社会经济的整体增长提供了较大的可能性。基于当前的实际发展需求，监控系统必须具备信息存储功能，在获取与收集大量数据信息的同时进行存储，保障后续相关工作的质量与效率。
3 无线传感网络子系统
实际上，智慧大棚即为物联网技术在智慧农业中的主要应用途径之一，而物联网技术在智慧大棚中的应用主要体现在无线传感网络子系统。众所周知，无线传感网络子系统的性能效用就是对农业种植环境的变化情况进行实时感知监测，包括大棚内部的温度、湿度以及土壤肥力等多个方面。在无线传感网络子系统的支持下，技术人员可远程收集大棚内的信息数据，实现了信息数据处理的集约化与统一化，进一步提升了农业大棚的培育效率及質量。
4 无线宽带网络传输系统
物联网技术在智慧农业的应用主要体现在无线宽带网络系统，在运用无线宽带网络系统的过程中，需为技术人员提供相应的mesh网络及太阳能供电系统等硬性设施，通过相应适配系统的实践性功能来实现整体网络系统的有效运行。单就系统本身而言，其需要优质的网络传输技术来适应当前的信息环境，同时技术特性与优势还可帮助其提高抗穿透力及抗干扰性。
综上所述，信息时代背景下，传统农业发展模式无法满足当前社会的实际发展需求，因此，应尽快建设智慧农业发展体系，同时相关部门还应高度重视对物联网技术的应用。合理性和适用性是保障物联网技术效用充分发挥的基础条件，提高智慧农业中物联网应用设计的合理性就是确保物联网实际效用。基于此，应当深入研究物联网在智慧农业中的应用，以此保障农业的高效及持续发展。
作者：任伟
物联网技术用于设施农业论文 篇3：
张家港市高效设施农业发展现状及对策建议
摘 要：发展高效设施农业是推进现代农业建设的重要内容。而作为设施农业的重要内容和主要手段，设施农业机械化的水平直接决定了设施农业的发展速度和质量。该文在调研了张家港市高效设施农机具的发展现状及存在的主要问题之后，提出了适合该市高效设施农业发展的对策建议。主要包括：加强培训，重视专业技能人才的引进与培养；通盘规划、加强农机农艺融合；加强政策倾斜，加大对重点高效施设农机具的支持力度等。
关键词：高效设施农业；发展现状；对策建议；张家港市
发展高效设施农业是推进农业供给侧结构性改革的重要内容，也是促进农业增效，富民增收的重要渠道[1]。随着张家港市粮食生产全程机械化的快速推进，全面提升高效设施农业机械化生产水平、重点解决高效设施农业机械化生产过程中的薄弱环节、强化绿色生态发展理念应是当前及今后一段时间内高效设施农业发展的重要方向。
1 张家港市高效设施农业的发展现状
截至2017年上半年，全市已发展设施蔬菜、林果茶、花卉园艺、水产、畜牧等设施农业面积近9000hm2，占全市耕地面积的29.3%，其中高效设施农业面积5520hm2[2-3]。全市在蔬菜园艺和林果茶生产领域拥有大棚王拖拉机26台1346KW，相关配套设备895台（套）；拥有水产养殖装备2667台（套），畜禽养殖装备625台（套），农产品加工装备1245台（套），物联网技术32套。全市建设有4个设施蔬菜生产机械化示范基地和1个果园生产机械化示范基地，并通过农机“三新工程”的带动和相关农机具的引进与试验，对蔬菜和林果茶类生产过程中关键环节的作业机具进行集成应用与示范。
2 取得的实际成效
目前，张家港市设施蔬菜种植面积4240hm2，年产量近15万t，年产值8亿元，机械化生产水平36.6%。林果茶园艺类种植面积3667hm2，年产值近19亿元，机械化生产水平28.2%。设施水产养殖面积1067hm2，规模以上的养殖户有300余户，年养殖产量1.67万t，年产值5.38亿元、机械化生产水平73.4%。全市各類畜禽养殖场1478家，年出栏生猪11.86万头、羊1.64万只、兔0.28万只、家禽118.4万羽、年产蛋7.31万t，奶牛存栏4800头、年产奶2.1万t，实养蜂数1140箱，年总产值5.35亿元，创建成省级畜牧生态健康养殖示范基地16个、本市级畜禽生态健康场15个，机械化生产水平65.9%。全市拥有各类农产品加工装备1245台（套），冷藏库95座共31520m2，农产品初加工机械化水平达72.7%。
3 存在的主要问题
3.1 机具有效利用率不高 目前，多数高效设施农业的作业机具功能单一且价格昂贵，难以满足种植户对于高效设施农业生产过程多样性、耕作工艺多变形、种植方式复杂性的需求。往往一台机具只用于某种蔬菜的某个生产环节，而其他时间只能被闲置在仓库，使用效率低下。
而且，由于机具的操作人员大多年龄偏大文化水平偏低，对于那些具备多种功能的设施农机具（如田园管理机、开沟旋耕一体机、起垄覆膜机等）缺乏应有的操作技能和维修更换技能，致使这些多功能的机具只能发挥其一种功能，其他功能形同虚设。
3.2 农机农艺匹配不足 由于高效设施农业种类繁多、生产环节复杂多样，而目前的农机具又难以满足多个生产环节的功能需求。所以，应用机械化作业前期就应通盘考虑高效设施农业生产的各个环节，以使各个环节的农业生产均能满足机械化作业的要求。然而，目前多数种植户的种植技术、管理手段、生产技能仍是以经验为主，缺乏对新机具新技术的了解，以致生产工艺与农机具作业要求矛盾不断。加之缺少相应的机械化作业技术规范，种植户的种植工艺参差不齐，与农机具的作业匹配严重不足。
3.3 专业操作人员水平低 目前，高效设施农业一线的机具操作人员普遍年龄偏大文化水平偏低，而且往往是作业前临时找来1个人进行园地作业。除安全因素外，操作人员技能偏低、作业效率低下，再加上对机（下转68页）（上接15页）具不熟悉，难以完全发挥机械化作业的优势。
3.4 适用性专业机具缺乏 目前，近90%的高效设施农业基地建园时从未考虑过农机具的通过性、适用性和匹配性，只是随着近年来用工成本的不断提高才加以考虑。而进行农机具引进时才发现，小型农机具动力不足、效率不高、适应性不强，大中型农机具则因干涉问题难以施展。国外的机具虽效率高、功率强、通过性能好，但价格昂贵、配件不容易找而且贵；国产的农机具虽然便宜，但可靠性严重不足、通过性能也差、效率也不高、适应性不强，而特定用处的农机具如收获机、小型撒肥机、适应强的除草机等则发展滞后，难以满足现实需求，实际生产过程中普遍还仍以人工为主。
3.5 农业废弃物处理方式不当 我市目前除有少数几家高效设施农业生产基地自建发酵池或农业废弃物处理中心等具备农业废弃物处理能力外，多数生产基地对于农业废弃物或者异地填埋或者就地焚烧或者拉往垃圾处理站，农业废弃物处理方式普遍不当，不仅对当地的环境产生不利影响，也无法对农业废弃物进行有效的回收利用。
4 对策建议
4.1 加强培训，重视专业技能人才的引进与培养 一方面，应进一步加大高效设施农业机械技术的培训力度、培训深度和受众面，同时也要强化培训的针对性。根据设施农业的种类、种植的方式、农机具的类型制定不同的培训计划，细化培训内容，并适当加强培训的深度，增加现场教学和实地操作的学时，并注重操作人员维修保养技能的提升。另一方面，也应加强政策引导，鼓励有条件、有技能、有文化的专业人才投身高效设施农业事业。
4.2 通盘规划，加强农机农艺融合 农机部门应结合当地实际、围绕关键环节，制定适合高效设施农业全程机械化作业的技术路线和技术规范。然后，加强技术指导并逐步优化，循序渐进的推进高效设施农业生产标准化、规范化。同时，也应及时向生产企业进行信息反馈。根据生产实际建议其对农机具进行必要的优化与改进，在机具功能多样性与生产工艺复杂性之间寻找合适的平衡点，逐步强化农机与农艺的融合度。
4.3 加强政策倾斜，加大对重点高效设施农机具的支持力度 针对目前高效设施农机具价格高昂、前期投入较大的情况，政府应加大政策扶持力度。要围绕高效设施农业生产的关键环节，适当突出补贴重点，对急需的重点高效设施农机具如高效植保机、收获机、除草机等进行政策倾斜。同时，鼓励国内企业及科研院所积极开展新型农机具研发与引进消化工作。
4.4 积极引导，加强对农业废弃物的回收利用 针对高效设施农业废弃物处理方式普遍不当的情况，政府应积极探索农业废弃物机械化可持续循环利用途径。根据本地实际情况，积极开展高效设施农业废弃物多物料广适性粉碎技术、高温降解灭菌杀虫技术、快速化发酵制肥技术、农膜快速回收技术等方面的引进、推广、试验示范工作，引导种植户积极开展高效设施农业废弃物本地化循环利用工作，进一步改善农村生态环境。
参考文献
[1]王泽民.江苏省高效设施农机化发展成效及发展对策思考[J] .江苏农业化，2016（6）：8-11.
[2]朱正阳.浅谈张家港市设施蔬菜生产机械化的发展[J].农业装备技术，2015，41（5）：7-8.
[3]丁峰，孙莉.张家港市设施农业发展现状、存在问题及对策研究[J].上海农业科技，2015（3）：13-14. （责编：徐焕斗）
作者：孙朋朋