论文基于多种数据传输方式的农业物联网系统设计和实现，该文是关于农业物联网硕士论文开题报告范文和数据传输和数据传输方式和联网方面硕士学位论文范文.
摘 要：在分析和比较几种典型的有线和无线数据传输技术的基础上,根据监测点距离、环境、数据量等实际情况,合理选择数据传输方式,介绍了基于多种数据传输方式的农业物联网系统整体架构和功能组成.通过基于多种数据传输方式的农业物联网的建设和应用,实现了农业生产场景各类监测数据的低成本、快速、可靠地采集和传输,有利于实现生产过程的远程精细化、可视化、智能化管理,提高资源利用率和生产效率.
关键词：数据传输方式；农业物联网；远程监控
Design and Implementation of Agricultural Internet of Things System
Based on Several Data Tranission Modes
MO Linan1, 2,HUANG Hongxing1, 2,HAN Weiwei1, 2
（1.Institute of Agricultural Economics and Rural Development,Guangdong Academy of Agricultural Sciences;
2.Key Laboratory of Urban Agriculture in South China,Ministry of Agriculture and Rural Affairs）
Abstract：Based on the analysis and comparison of several typical wired and wireless data tranission technologies, according to the actual situation of monitoring point distance, environment and data volume, this paper selectedthe data tranission mode reasonably, and introduced the overall architecture and function of agricultural agricultural Internet of thingssystem based on several data tranission modes.Through the construction and application of this system, it realized the low-cost, fast and reliable collection and tranission of various monitoring data of agricultural production scenarios, which were good for remote refinement, visualization and intelligence of production processes management, and improving resource utilization and production efficiency.
Key words：data tranission mode; agricultural Internet of things; remote monitoring
经过多年的技术创新和产品研发,现阶段我国物联网技术已日趋成熟,相关设备产品的成本大大降低,为物联网技术向农业领域渗透奠定了基础.通过远程视频监控技术、传感器技术、数据传输技术、自动控制技术等相关技术的集成应用[1],农业物联网实现了对农业生产全流程的数据采集、传输、监测、分析,以及智能决策和控制,使农业生产可以像工业生产一样实现远程精细化、可视化、智能化、标准化管理,提高了农业资源利用率和生产效率,引领了现代农业发展,对促进农业生产方式转变、农民增收具有重要意义.
目前,农业物联网技术通过与农业各产业生产技术的融合,被广泛应用于农田小气候环境、设施农业、畜禽和水产养殖场、果园、茶园等农业生产环境中.通过各类传感器,农业物联网系统能够对空气温湿度、土壤水分、光照、相关气体含量等数据进行实时采集、可视化分析；通过远程视频监控,农业专家和生产者可以实时观察和动态跟踪农作物长势和动物生长发育情况,实现了对种植、养殖、加工等农业生产全过程的有效监督和辅助决策,推动了智慧农业的探索和发展.
一、数据传输方式的比较和选择
(一)数据传输技术比较
常见的物联网数据传输网络分为有线传输网络和无线传输网络两大类.其中,有线传输网络采用的数据传输技术主要通过光纤、网线、电缆等有形媒质传送信息；无线传输网络采用的数据传输技术主要包括：WIFI技术、Zigbee技术、蓝牙技术[2]、GPRS技术、3G/4G通信技术等,以及近年来开始出现并普及的兼顾了远距离和低功耗两个优点的LoRa技术.通过对有线和无线数据采集传输方式各自优劣势的比较分析（附表）,有助于我们在复杂的农业生产场景中,更好地选择物联网数据采集传输方式,减少建设成本,提高系统运行效率.
通过对以上常见的几种数据传输方式的对比可见：有线数据采集传输方式的局限性较大,对地形、气候、供电、网络等环境条件要求较高,需要架设电缆、网线、电线等,在特定的农业生产场景中布线难度大,并涉及到线路架设的开挖、直埋、敷设、回填以及户外防雷设计等工程,费时费力,建设和维护成本较高；同时网络扩展性较差,如需增加新设备,需要重新布线、施工、安装、调试,受限于线路的原因,数据采集点安装后不能再次移动；但是有线数据采集传输方式也具有稳定性较高,抗干扰能力强,传输速率高的优点.
无线数据采集传输方式,免去了繁杂的布线工程,传感器与传输设备即插即用,安装调试方便快捷,前期建设和后期维护成本大大降低,数据采集点的位置还可以随时移动调整,且网络扩展性好；但是相比于有线方式,无线数据采集传输方式的稳定性和传输速率较低,GPRS和3G/4G等通信方式还需要考虑后期的流量使用成本.
(二)数据传输方式的选择
1 大田监测应用场景
大田监测主要包括农田、果园、茶园等场景的生产数据采集,该类物联网应用场景的监测范围较大,数据传输距离较远,环境条件较差,取电用电不方便,且电压不稳定,通信网络环境差.此外,还应做好物联网设备的户外防雷保护工作.
因此,在大田监测的物联网应用场景中,综合考虑建设维护成本、功耗、速率、覆盖范围等方面的因素,空气温湿度、土壤水分、光照等环境数据的采集应尽量采用无线数据采集传输方式,通过基于Lora技术和GPRS技术的无线传感器设备[4-5],构建环境数据采集系统；而由于视频图像数据采集和传输的数据量较大,对传输速率要求较高,在大田监测场景中,在确保取电方便、安全的前提下,采用数字摄像机（IP）进行图像数据采集,通过网线传输至机房的硬盘录像机（DVR）再上传至服务器,构建远程视频监控系统.
2 设施农业应用场景
设施农业主要包括设施种植、养殖、食用菌、水产等生产场景,该类物联网应用场景的监测范围较小,数据传输距离较近,且室内环境条件较好,取电用电方便,通信网络环境较好.
因此,在设施农业的物联网应用场景中,可以充分利用设施内的网络环境,通过基于WIFI、zigbee[6]和蓝牙技术的无线传感器设备,以及基于WIFI技术的数字摄像机（IP）,构建起无线的环境采集系统和远程视频监控系统,降低线路铺设成本,发挥无线数据采集传输的灵活性.
二、 技术方案
(一)系统整体架构设计
为了实现农业物联网系统对基地的远程精细化、可视化、智能化、标准化管理,系统需要对监测点本地视频监控系统、环境监测系统（温湿度、光照、土壤水分、二氧化碳、氨气等[7]）、第三方视频服务平台和语音服务平台进行多设备、多系统的集成应用.同时,根据监测点实地勘测情况,结合基地的地形、气候、供电、网络等环境条件,采用有线网络和zigbee/WiFi/GPRS等无线网络的组网方式,开展传输网络建设,实现各类数据的快速采集和分析,并通过网页、手机客户端、大屏等服务终端向用户提供服务.系统整体架构如下：
生产过程监控系统[8]主要由红外型摄像机、红外高速球型摄像机、硬盘录像机设备组成.对于户外距离较远、范围较广的监测点,采取布设电源、数据线缆的有线组网方式；对于设施大棚、养殖场等距离较近、范围较小的监测点,采取无线组网方式.通过远程视频监控技术,专用光纤传输网络,第三方视频服务平台和语音服务平台,为用户实时推送农业生产场景视频图像信息,并通过语音服务实现远程互动.
生产环境监控系统[9]主要由各种环境传感器（节点）、智能采集终端（网关）设备组成.采用zigbee/WiFi/GPRS等无线组网方式,无需布线,拓展方便.运用传感器技术,收集农田、养殖场的温湿度、光照、土壤水分、二氧化碳、氨气浓度[10]等数据,通过网关的光纤专线或者G模块直接上传至服务器,为用户提供及时、精确的生产环境数据.
为确保高清画面的传输流畅性,视频传输网络统一采用上行带宽10M的互联网专线,经运营商本地IP城域网最终上传至互联网服务器；传感器传输网络一般采用智能采集终端的G模块,通过GPRS数据传输直接上传至互联网服务器.
集成平台以海康威视萤石云平台和电信运营商的语音呼叫服务平台为基础,实现视频数据的综合管理和IP化的语音通信.
数据存储使用互联网虚拟云服务器进行数据的存储,按照业务要求设计合理的数据结构.
农业物联网系统提供监测点的视频监控、环境监控、拍照记录、视频回放、历史数据查询、图表生成、报表输出、告警阀值定义与自动值守、告警处理、语音呼叫、日志管理、系统管理、移动客户端数据服务支持等功能.
系统支持多终端访问、多样化展现模式（包括Web、手机客户端、平板客户端、大屏）.
(二)生产过程监控系统建设
运用视频监控技术,形成本地与远程相结合的监控方式,系统可以实时采集、监控、记录、存储农作物和畜禽种养殖过程的视频图像数据.种植业用户可以通过网页、手机客户端等方式,随时随地查看作物长势情况,通过高清摄像头捕捉植株叶面等细节画面,及时发现农作物病虫害；养殖业用户可以通过观察畜禽采食、排泄、活动、怠惰、群居等行为[11],及时发现动物行为异常情况,更早地取疫病隔离和防控措施,减少经济损失.
在大田监测的应用场景里,在环境许可的情况下数据线缆、控制线缆、电源线缆全部采用地面管材敷设,如现场有水塘或者其他障碍物时,则采用立杆走线的方式来建设.在设施农业的应用场景里,利用无线摄像机和无线硬盘录像机等设备,通过WiFi网络建立起本地视频监控系统.采集的视频图像最终通过光纤宽带上传至互联网服务器.
生产过程监控系统整体架构如图2所示.
(三)生产环境监控系统建设
在农业生产基地内设置环境传感器节点,由网关汇聚节点发来的数据,通过互联网上传至环境监控系统,动态监控种植和养殖环境指标,实现生产基地环境信息的获取、管理、动态展示和可视化分析处理,最终以直观的图表方式供用户决策使用.同时,系统也为利用历史环境数据,研究和建立农业生产规划决策模型提供科研基础.
监测点内利用Zigbee（设施农业）或Lora（大田监测）等无线数据传输方式,将环境传感器节点与现场数据采集终端（网关）连为一体,构成本地化的生产环境监控单元,再通过网关的2G/3G/4G/通信模块将采集数据经过运营商基站直接发送至部署在互联网上的环境采集监控服务器上,并存储到数据库中.客户端只要通过访问服务器就可以随时随地获取实时数据,查询历史数据,并通过设置传感器阈值,实现了远程监控系统的自动化无人值守.
根据不同基地的需求通过软件进行适应性设计,根据农作物的生长特性,分别确定合适的小气候数据采样周期.在作物生长敏感期和气候变化剧烈期,根据需要自动增加温度、湿度等小气候数据的采集频率；在作物生长不敏感期,为了节约能量,适当降低数据采集频率.
这种模式传感器节点功耗低,供电方式可采用太阳能电池、蓄电池甚至是普通电池进行供电,因此可以大大降低监测点建设和维护成本,对于通信与电力供应条件差、自然条件恶劣的场景具有较好的适应性.
生产环境监控系统整体架构如图3所示.
三、系统功能
(一)多终端访问
利用Sliverlight控件,用户可通过IE浏览器直接访问和使用系统,无需安装辅助软件或增加硬件设置.同时,系统还提供了面向手机和平板等移动客户端的APP应用软件（Android和IOS系统）访问功能[12].
(二)视频监控
通过远程监控系统对监测点进行实时图像监控和拍照记录,也可以进行7内天的视频图像的回放.对于高速球型摄像机,系统通过集成第三方的视频监控平台功能,可以进行云台的控制,包括方向、光圈、范围、聚焦等.同时,系统通过集成运营商的语音呼叫服务功能,可以实现农业专家的远程可视化问诊.
(三)环境监控
1 实时监控
通过在监测点安装空气温湿度、光照、土壤水分、氨气、二氧化碳等环境传感器,实现对监测点环境数据的实时、快速、精确监测.
2 数据查询和可视化分析
用户可以通过历史数据查询功能快速查看一定时间段内的各类环境历史数值[13],同时,系统提供可视化展示分析功能,通过曲线图、柱状图等形式直观展示数值变化情况（包括趋势图、积温[14]、有效光照率、告警统计、设备峰值、设备均值等）,并支持报表的生成和导出.
3 告警和无人值守
系统可以通过设定环境传感器的告警阈值实现农业生产的自动值守.当环境传感器监测到某项数据超过设定的阈值时,监控系统将主动弹出报警框,通过系统告警通知和短信等方式通知基地负责人员或相应的主管人员及时查看和处理,及时启动卷帘、风机、水泵、灌溉、照明等设备.
四、 总结与展望
本文结合农业物联网的不同应用场景,提出了物联网建设过程中传输方式的择优选取方法,分享了农业物联网建设的建设思路、技术路线和功能设计方案,为农业物联网的推广和应用提供了参考案例.目前,受限于无线通信网络在农村地区覆盖范围有限、网速较低、资费较高的现状,视频图像数据暂时仍未能完全实现无线接入；同时,在基于人工智能的视频图像识别与基于大数据分析的环境数据挖掘利用方面还有待深入研究.
未来,随时农业物联网技术和无线通信技术的不断发展,特别是5G网络的建设和覆盖,农业物联网将可以实现视频数据的高速、低延时的无线传输,从而为病虫害和疫情远程诊断、农机设备远程控制、远程科普教育、应急指挥、都市农业发展等提供坚实的技术支撑,促进农业产业兴旺,实现乡村振兴.完
此文评论：此文为适合不知如何写数据传输和数据传输方式和联网方面的农业物联网专业大学硕士和本科毕业论文以及关于农业物联网论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.
参考文献：
1、 边坡灾害监测预警物联网系统与工程应用 摘 要 随着经济社会的不断发展,物联网技术也在不断发展进步,应用领域在不断扩大 边坡灾害监测预警是新时期物联网应用的一个重要的方面 文章从道路边坡安全问题出发,结合物联网核心技术,探讨建立基于光纤光栅.
2、 农业物联网技术和农业机械化 摘要 智能技术的不断发展推动着农业机械不断向智能化、集约化方向发展 其中,农业物联网技术是一种新型技术,对于农业机械化的全面发展具有极大的促进作用 因此,我国在大力推进农业机械化发展的同时,要注重先进.
3、 基于大数据的移动互联网危防检查系统设计 摘 要利用移动互联网手段,构建基于大数据的闭环危防检查监管模式 系统构建了基于API 的技术服务架构、闭环的监管数据链路、智能的危防选船模型,以及便捷的移动客户端 智能危防选船模型利用多维船舶技术参数.
4、 物联网系统分层安全防护措施 一、前言在社会对物联网的认知中,物联网涉及到了三点—移动终端、云平台、物联网设备 这三点正好对应了物联网的三层架构感知层、网络层、应用层 本文从这三个层面进行讨论并对其安全性进行分析 二、.
5、 大数据、云计算和物联网技术在高校计算机实验室开放建设中的应用 摘要以大数据、云计算和物联网技术为核心,运用“互联网”的理念,拓展计算机实验室教学与管理的时间和空间,构建全新的实验室开放管理模式,把数据挖掘、网络实验和在线化管理有机结合起来.
6、 远程农业监测信息系统设计和实现 1 远程农业监测信息系统结构与功能中心站应用软件和无线传感器网络是构成远程农业监测信息系统的两大部分,并通过不同功能推进着系统的设计与实现 传感器节点、传感器网络……站点通过GPRS网络系统将数据传输.