無線傳感器網絡在農業中的發展

欒 劍 渤海大學信息科學與技術學院 錦州 121000

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無線傳感器網絡在農業中的發展

欒 劍 渤海大學信息科學與技術學院 錦州 121000

【文章摘要】

近些年來，我國的科學技術在不斷地發展與進步，然而農業的發展仍處在使用傳統方法當中，落后于發達國家，為了使我們的農業發展可以與國際接軌，物聯網在農業中有著必不可缺少的作用。農業無線傳感器網絡——農業信息傳輸的重要方法之一，它一般是利用傳感器采集各種數據，并通過農業傳感器節點形成監控網絡，旨在可以幫助農民及時地發現生產過程中所發生的問題，這樣可以及時解決問題，避免問題給農業造成無法彌補的影響，重要的是無線傳感器網絡可以準確地確定問題發生的具體位置，避免農民盲目地查找。本文首先從無線傳感器網絡的建立為出發點，向我們介紹其結構，接著對我們常見的農用無線傳感網絡進行對比分析，然后舉例說明在農業中無線傳感器網絡的應用，最后提出我們應該大力發展無線傳感器網絡的號召。

【關鍵詞】

農業；無線傳感器網絡；物聯網

1 無線傳感器網絡

1.1無線傳感器網絡的建立

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks, WSN），顧名思義一種可以與互聯網進行無線連接的網絡。它是由分配在監測區域內，并且構成了一個自組織的多跳系統的大量傳感器節點組成的一種分布式的網絡。“觀察者、感知對象和傳感器”共同形成了無線傳感器網絡的三個要素。

無線傳感器網絡可以堪稱中國乃至世界信息領域的熱點研究之一，與多門學科相互補充，相互關聯。隨著工作者在不斷地研究探索無線傳感器網絡，傳感器價格在逐漸地降低，重要的是有關農業等其它方面問題的解決方案在改進中。無線傳感器網絡在未來的農業領域中將會有更大的用處，會給人們帶來更多的福利。

1.2無線傳感器網絡的體系結構

無線傳感器網絡的結構一般是由傳感器節點、任務管理節點和匯聚節點共同組成。傳感器節點隨機無序地分配在監測區域內，任意一個節點都具有采集數據信息的功能，并且可以把采集到的數據信息通過自行組織多跳的方式傳送到匯聚節點。同時，匯聚節點與衛星或互聯網進行無線連接并且將傳感器節點收集到的數據信息傳送給衛星或互聯網，再利用衛星或互聯網實現傳感器與任務管理節點之間的通信(如圖1)。

圖1　

圖2　傳感器節點結構

1.3無線傳感器網絡體系拓撲結構

傳感器節點的存儲處理和通信能力相比較而言較弱，因此攜有小容量電池對其進行供電。匯聚節點是一個特殊的網關，因為它僅有無線通信接口，但是不具有監測的功能。任務管理節點的任務是負責對整個無線傳感器網絡的管理。

能量供應模塊、無線通信模塊、傳感器模塊和處理器模塊是傳感器節點的四大組成部分，如圖2所示為傳感器節點結構。傳感器模塊有兩個主要的任務，一是在區域內進行數據信息的采集，二是進行數據信息的轉換；處理器模塊主要任務不僅是可以對傳感器節點做出的所有操作實行控制，還可以對其它節點傳送的數據信息進行存儲和處理，同時也可以處理或存儲自己本身所收集到的數據信息；能量供應模塊的主要任務是為正處于運行狀態的傳感器節點提供能量；無線通信模塊是使其它的傳感器節點可以進行無線通信并且交換、收集和發送數據信息。

1.4農用的無線傳感器網絡對比分析

優良的無線電傳播應具有連通順暢的傳感器網絡應用系統組網，以及可以正常工作的性能。然而，多變的農業環境會造成傳感器節點之間的無線電傳播的傳輸功能受到一些不可避免的影響。因此，我們是無法真正的模擬農作物生長的真實環境，如果我們只是一味的通過增加節點等形式來來解決無線通信問題，這種做法不僅會增加節點的部署難度，也會使成本增加，是一種不可取的方法。

任意一種傳感器在不同的農業環境中有不相同的適應性。在農業中，無線傳感器網絡經常會使用2.4Ghz 、780Mhz 和433Mhz這三個無線頻段，表2-1為三種不同頻段的對比分析。

2 無線傳感器網絡在農業方面的應用

2.1節水灌溉應用

我國的水資源狀況不是很樂觀，雖然水資源的總量位居世界前列，但是我國人口數量大，因此人均水資源的占有量很低。農業的用水量排在第一位，占用水總量的62%左右。然而我國農作物的灌溉工作，大部分仍然是采用人工灌溉的方法，人工灌溉農作物，水的利用率比較低，大量的浪費了水資源。為了有效地解決農業用水浪費的問題，提高農業用水的利用率，無線傳感器網絡有著不可或缺的作用。利用墑情監測系統我們可以有效地解決節水灌溉的難題，系統會根據不同的農作物，不同的地區等分析計算出農作物需要灌溉的時間及灌溉的水量，這樣我們可以達到節水的目的。

2.2水產養殖應用

作為農業重要組成部分之一的水產養殖，水體質量的好壞會直接影響水產的生長的質量及水產的產量。傳統的水產養殖方式通常是漁民們大量投入飼料和有機肥使水產的產量增多。當漁民發現水產發病時向水體中投入殺蟲藥，這種做法也許會適得其反，因為不僅會導致水體受到污染，對水產的生長也會造成影響，嚴重情況會導致水產的大量死亡。因此傳統的水產養殖的方法以不再適用于大面積的水產養殖，我們可以利用無線傳感器網絡，對水體的溫度、pH值、溶解氧進行實時地監測并且把收集到的水體數據信息及時地傳送，讓工作人員對收集到的結果進行分析并解決所出現的問題。

2.3溫室環境應用

利用無線傳感器網絡實時地監測室內的溫度，空氣濕度、陽光照射強度、空氣中CO2的濃度、土壤的營養成分、水分含量、pH值等影響農作物生長的的環境相關信息是無線傳感器網絡的溫室環境應用的本質特征。同時，將專家對農作物設計的信息與無線傳感器網絡監測到的數據信息進行對比，并及時調整農作物生長環境，光、水、肥、氣等因素調整到最佳的狀態，使農作物有一個適合它生長的環境。圖3為無線傳感器網絡在溫室環境應用的結構圖。

2.4家禽健康狀況的應用

表2-1　無線頻段對比

圖3　溫室環境應用的結構圖

目前的畜牧業發展迅速，然而也家禽的各種流行病也肆意橫行（禽流感，H1N1等），給社會帶來的嚴重的后果。現在，我們判斷家禽是否健康大多采用人工觀察的方法，這種做法不僅會消耗大量的人力、時間，最重要的是有時人們的判斷是錯誤的，如果不能及時的判斷出家禽是否患病并醫治，會導致病情擴散，造成嚴重的損失。我們可以利用無線傳感器網絡自動實時對家禽的健康信息進行監測和預警，這樣可以對患病的家禽及時醫治，將損失降到最低。

3 結論

盡管無線傳感網絡（WSN）在農業中有了一部分的有應用，但是它還是一門新的技術，其本身還有很多的問題需要我們更深入的研究和改進。隨著無線傳感器網絡技術的逐步發展，物聯網在農業中的應用會越來越廣泛。對農民、對社會的繁榮發展有很大作用。

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欒劍：1993年，女，滿族，遼寧省撫順市，渤海大學信息科學與技術學院，計算機科學與技術（軟件開發方向），本科生

【作者簡介】