【安防知識網(wǎng)】近十年來，隨著智能農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，泛在通信網(wǎng)絡(luò)、智能感知芯片、移動(dòng)嵌入式系統(tǒng)等技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用逐步成為研究的熱點(diǎn)。

　　密集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種無中心節(jié)點(diǎn)的全分布系統(tǒng)。通過隨機(jī)投放的方式，眾多傳感器節(jié)點(diǎn)被密集部署于監(jiān)控區(qū)域。這些傳感器節(jié)點(diǎn)集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元、通信模塊和能源單元，它們通過無線信道相連，自組織地構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被監(jiān)測對象的信息并發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)、無線通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)于一體，因其廣闊的應(yīng)用前景而成為當(dāng)今世界上備受關(guān)注的、多學(xué)科高度交叉的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。

　　在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中。人們獲取農(nóng)田信息的方式都很有限，主要是通過人工測量，獲取過程需要消耗大量的人力，而通過使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以有效降低人力消耗和對農(nóng)田環(huán)境的影響，獲取精確的作物環(huán)境和作物信息。

　　目前無線技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用比較廣泛，但大都是具有基站星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用，并不是真正意義上的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。農(nóng)業(yè)一般應(yīng)用是將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過各種傳感器采集信息，以幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并且準(zhǔn)確地確定發(fā)生問題的位置，這樣農(nóng)業(yè)將有可能逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備。

　　●無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于溫室環(huán)境信息采集和控制。

　　在溫室環(huán)境里單個(gè)溫室即可成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一個(gè)測量控制區(qū)，采用不同的傳感器節(jié)點(diǎn)和具有簡單執(zhí)行機(jī)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)(風(fēng)機(jī)、低壓電機(jī)、閥門等工作電流偏低的執(zhí)行機(jī)構(gòu))構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)來測量土壤濕度、土壤成分、pH值、降水量、溫度、空氣濕度和氣壓、光照強(qiáng)度、CO2濃度等來獲得作物生長的最佳條件，同時(shí)將生物信息獲取方法應(yīng)用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)，為溫室精準(zhǔn)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。最終使溫室中傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化，利用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)控制裝置的網(wǎng)絡(luò)化，從而達(dá)到現(xiàn)場組網(wǎng)方便、增加作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長周期、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

　　●無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于節(jié)水灌溉。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)灌溉系統(tǒng)利用傳感器感應(yīng)土壤的水分，并在設(shè)定條件下與接收器通信，控制灌溉系統(tǒng)的閥門打開、關(guān)閉，從而達(dá)到自動(dòng)節(jié)水灌溉的目的。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)多跳路由、信息互遞、自組網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)間同步等特點(diǎn)，使灌區(qū)面積、節(jié)點(diǎn)數(shù)量不受到限制，可以靈活增減輪灌組，加上節(jié)點(diǎn)具有的土壤、植物、氣象等測量采集裝置、通信網(wǎng)關(guān)的Internet功能與RS和GPS技術(shù)結(jié)合的灌區(qū)動(dòng)態(tài)管理信息采集分析技術(shù)、作物需水信息采集與精量控制灌溉技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)等構(gòu)建高效、低能耗、低投入、多功能的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉平臺。可在溫室、庭院花園綠地、高速公路中央隔離帶、農(nóng)田井用灌溉區(qū)等區(qū)域，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水技術(shù)的定量化、規(guī)范化、模式化、集成化，促進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)的快速和健康發(fā)展。

[nextpage]　　2008年，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田自動(dòng)節(jié)水灌溉構(gòu)建方案，設(shè)計(jì)了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)田土壤濕度信息的實(shí)時(shí)采集和傳輸，通過灌溉控制器控制灌溉管網(wǎng)，分區(qū)域?qū)崟r(shí)灌溉并調(diào)節(jié)土壤濕度，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)農(nóng)業(yè)所要求的時(shí)空差異性和水資源高效利用。

　　●無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于環(huán)境信息和動(dòng)植物信息監(jiān)測。

　　通過布置多層次的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)檢測系統(tǒng)，對牲畜家禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖、稀有動(dòng)物的生活習(xí)性、環(huán)境、生理狀況及種群復(fù)雜度進(jìn)行觀測研究，也可用于對森林環(huán)境監(jiān)測和火災(zāi)報(bào)警(平時(shí)節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)密布在森林之中，平常狀態(tài)下定期報(bào)告環(huán)境數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，節(jié)點(diǎn)通過協(xié)同合作會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)將火源的具體地址、火勢大小等信息傳送給相關(guān)部門)。同時(shí)也可以應(yīng)用在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，來監(jiān)測農(nóng)作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。

　　形形色色的傳感器

　　在十五期間，國家863計(jì)劃數(shù)字農(nóng)業(yè)重大專項(xiàng)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田信息采集技術(shù)的突破，推出了一批成本低、高性能的土壤水分和作物營養(yǎng)信息采集技術(shù)產(chǎn)品，基本解決了數(shù)字農(nóng)業(yè)信息快速獲取技術(shù)瓶頸問題。開展了農(nóng)田水分、養(yǎng)分、作物長勢、冠層生理與生態(tài)因子、品質(zhì)、產(chǎn)量和蟲害草害等信息采集關(guān)鍵技術(shù)研究，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型土壤水分傳感器，研制了土壤和作物養(yǎng)分信息快速采集方法與新型配套儀器設(shè)備;在蟲害與雜草動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究方面取得了重大進(jìn)展，開發(fā)了基于稱重傳感器的高精度智能測產(chǎn)系統(tǒng)，解決了智能測產(chǎn)與谷物品質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的精度難題;使我國農(nóng)業(yè)信息快速獲取邁出了新的步伐。

　　現(xiàn)代化溫室和工廠化栽培調(diào)節(jié)和控制環(huán)境(控制溫度、濕度、光照、噴灌量、通風(fēng)等)培育各種秧苗，栽培各種果蔬和作物。在這個(gè)過程中，需要溫度傳感器、濕度傳感器、PH值傳感器、光傳感器、離子傳感器、生物傳感器、CO2傳感器等檢測環(huán)境中的溫度、相對濕度、PH值、光照強(qiáng)度、土壤養(yǎng)分、CO2濃度等物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表實(shí)時(shí)顯示或作為自動(dòng)控制的參變量參與到自動(dòng)控制中，保證農(nóng)作物有一個(gè)良好的、適宜的生長環(huán)境。

　　在果蔬和糧食的儲藏中，溫度傳感器發(fā)揮著巨大的作用，制冷機(jī)根據(jù)冷庫內(nèi)溫度傳感器的實(shí)時(shí)參數(shù)值實(shí)施自動(dòng)控制并且保持該溫度的相對穩(wěn)定。氣調(diào)庫相比冷藏庫是更為先進(jìn)的貯藏保鮮方法，除了溫度之外，氣調(diào)庫內(nèi)的相對濕度(RH)、O2濃度、CO2濃度、乙烯(C2H4)濃度等均有相應(yīng)的控制指標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)采集氣調(diào)庫內(nèi)的溫度傳感器、濕度傳感器、O2濃度傳感器、CO2濃度傳感器等物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表適時(shí)顯示或作為自動(dòng)控制的參變量參與到自動(dòng)控制中，保證有一個(gè)適宜的貯藏保鮮環(huán)境，達(dá)到最佳的保鮮效果。

　　在作物的生長過程中還可以利用形狀傳感器、顏色傳感器、重量傳感器等來監(jiān)測物的外形、顏色、大小等，用來確定物的成熟程度，以便適時(shí)采摘和收獲;可以利用二氧化碳傳感器進(jìn)行植物生長的人工環(huán)境的監(jiān)控，以促進(jìn)光合作用的進(jìn)行。例如，塑料大棚蔬菜種植環(huán)境的監(jiān)測等;可以利用超聲波傳感器、音量和音頻傳感器等進(jìn)行滅鼠、滅蟲等;可以利用流量傳感器及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制農(nóng)田水利灌溉。

　　生物技術(shù)、遺傳工程等都成為良種培育的重要技術(shù)，在這其中生物傳感器發(fā)揮了重要的作用。農(nóng)業(yè)科學(xué)家通過生物傳感器操縱種子的遺傳基因，在玉米種子里找到了防止脫水的基因，培育出了優(yōu)良的玉米種子。此外，監(jiān)測育種環(huán)境還需要溫度傳感器、濕度傳感器、光傳感器等;測量土壤狀況需用水分傳感器，吸力傳感器、氫離子傳感器、溫度傳感器等;測量氮磷、鉀各種養(yǎng)分需要用各種離子敏傳感器。

　　在動(dòng)物飼養(yǎng)中也有傳感器應(yīng)用，如有可用來測定畜、禽肉鮮度的傳感器。它可以高精度地測定出雞、魚、肉等食品變質(zhì)時(shí)發(fā)出的臭味成分二甲基胺(DMA)的濃度，其測量的最小濃度可以達(dá)到1ppm，利用這種傳感器可以準(zhǔn)確地掌握肉類的鮮度，防止腐敗變質(zhì)。也有用來檢測雞蛋質(zhì)量的傳感器。

　　挖掘潛在應(yīng)用

　　物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景。

　　在農(nóng)田、果園等大規(guī)模生產(chǎn)方面，如何把農(nóng)業(yè)小環(huán)境的溫度、濕度、光照、降雨量等，土壤的有機(jī)質(zhì)含量、溫濕度、重金屬含量、PH值等，以及植物生長特征等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取傳輸并利用，對于科學(xué)施肥、灌溉作業(yè)來說具有非常重要的意義。

　　在生鮮農(nóng)產(chǎn)品流通方面，需要對儲運(yùn)環(huán)境的溫度和農(nóng)產(chǎn)品的水分進(jìn)行控制，環(huán)境溫度過高可能會(huì)發(fā)生大批農(nóng)產(chǎn)品的腐爛，水分不足品質(zhì)會(huì)受到影響，在這個(gè)環(huán)節(jié)要借助物聯(lián)網(wǎng)的幫助。

　　還有一類具有典型意義的應(yīng)用是工廠化健康養(yǎng)殖作業(yè)，需要通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測與控制。