无线传感器网络在农业中的发展

栾 剑 渤海大学信息科学与技术学院 锦州 121000



无线传感器网络在农业中的发展

栾 剑 渤海大学信息科学与技术学院 锦州 121000

【文章摘要】

近些年来，我国的科学技术在不断地发展与进步，然而农业的发展仍处在使用传统方法当中，落后于发达国家，为了使我们的农业发展可以与国际接轨，物联网在农业中有着必不可缺少的作用。农业无线传感器网络——农业信息传输的重要方法之一，它一般是利用传感器采集各种数据，并通过农业传感器节点形成监控网络，旨在可以帮助农民及时地发现生产过程中所发生的问题，这样可以及时解决问题，避免问题给农业造成无法弥补的影响，重要的是无线传感器网络可以准确地确定问题发生的具体位置，避免农民盲目地查找。本文首先从无线传感器网络的建立为出发点，向我们介绍其结构，接着对我们常见的农用无线传感网络进行对比分析，然后举例说明在农业中无线传感器网络的应用，最后提出我们应该大力发展无线传感器网络的号召。

【关键词】

农业；无线传感器网络；物联网

1 无线传感器网络

1.1无线传感器网络的建立

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN），顾名思义一种可以与互联网进行无线连接的网络。它是由分配在监测区域内，并且构成了一个自组织的多跳系统的大量传感器节点组成的一种分布式的网络。“观察者、感知对象和传感器”共同形成了无线传感器网络的三个要素。

无线传感器网络可以堪称中国乃至世界信息领域的热点研究之一，与多门学科相互补充，相互关联。随着工作者在不断地研究探索无线传感器网络，传感器价格在逐渐地降低，重要的是有关农业等其它方面问题的解决方案在改进中。无线传感器网络在未来的农业领域中将会有更大的用处，会给人们带来更多的福利。

1.2无线传感器网络的体系结构

无线传感器网络的结构一般是由传感器节点、任务管理节点和汇聚节点共同组成。传感器节点随机无序地分配在监测区域内，任意一个节点都具有采集数据信息的功能，并且可以把采集到的数据信息通过自行组织多跳的方式传送到汇聚节点。同时，汇聚节点与卫星或互联网进行无线连接并且将传感器节点收集到的数据信息传送给卫星或互联网，再利用卫星或互联网实现传感器与任务管理节点之间的通信(如图1)。

图1　

图2　传感器节点结构

1.3无线传感器网络体系拓扑结构

传感器节点的存储处理和通信能力相比较而言较弱，因此携有小容量电池对其进行供电。汇聚节点是一个特殊的网关，因为它仅有无线通信接口，但是不具有监测的功能。任务管理节点的任务是负责对整个无线传感器网络的管理。

能量供应模块、无线通信模块、传感器模块和处理器模块是传感器节点的四大组成部分，如图2所示为传感器节点结构。传感器模块有两个主要的任务，一是在区域内进行数据信息的采集，二是进行数据信息的转换；处理器模块主要任务不仅是可以对传感器节点做出的所有操作实行控制，还可以对其它节点传送的数据信息进行存储和处理，同时也可以处理或存储自己本身所收集到的数据信息；能量供应模块的主要任务是为正处于运行状态的传感器节点提供能量；无线通信模块是使其它的传感器节点可以进行无线通信并且交换、收集和发送数据信息。

1.4农用的无线传感器网络对比分析

优良的无线电传播应具有连通顺畅的传感器网络应用系统组网，以及可以正常工作的性能。然而，多变的农业环境会造成传感器节点之间的无线电传播的传输功能受到一些不可避免的影响。因此，我们是无法真正的模拟农作物生长的真实环境，如果我们只是一味的通过增加节点等形式来来解决无线通信问题，这种做法不仅会增加节点的部署难度，也会使成本增加，是一种不可取的方法。

任意一种传感器在不同的农业环境中有不相同的适应性。在农业中，无线传感器网络经常会使用2.4Ghz 、780Mhz 和433Mhz这三个无线频段，表2-1为三种不同频段的对比分析。

2 无线传感器网络在农业方面的应用

2.1节水灌溉应用

我国的水资源状况不是很乐观，虽然水资源的总量位居世界前列，但是我国人口数量大，因此人均水资源的占有量很低。农业的用水量排在第一位，占用水总量的62%左右。然而我国农作物的灌溉工作，大部分仍然是采用人工灌溉的方法，人工灌溉农作物，水的利用率比较低，大量的浪费了水资源。为了有效地解决农业用水浪费的问题，提高农业用水的利用率，无线传感器网络有着不可或缺的作用。利用墒情监测系统我们可以有效地解决节水灌溉的难题，系统会根据不同的农作物，不同的地区等分析计算出农作物需要灌溉的时间及灌溉的水量，这样我们可以达到节水的目的。

2.2水产养殖应用

作为农业重要组成部分之一的水产养殖，水体质量的好坏会直接影响水产的生长的质量及水产的产量。传统的水产养殖方式通常是渔民们大量投入饲料和有机肥使水产的产量增多。当渔民发现水产发病时向水体中投入杀虫药，这种做法也许会适得其反，因为不仅会导致水体受到污染，对水产的生长也会造成影响，严重情况会导致水产的大量死亡。因此传统的水产养殖的方法以不再适用于大面积的水产养殖，我们可以利用无线传感器网络，对水体的温度、pH值、溶解氧进行实时地监测并且把收集到的水体数据信息及时地传送，让工作人员对收集到的结果进行分析并解决所出现的问题。

2.3温室环境应用

利用无线传感器网络实时地监测室内的温度，空气湿度、阳光照射强度、空气中CO2的浓度、土壤的营养成分、水分含量、pH值等影响农作物生长的的环境相关信息是无线传感器网络的温室环境应用的本质特征。同时，将专家对农作物设计的信息与无线传感器网络监测到的数据信息进行对比，并及时调整农作物生长环境，光、水、肥、气等因素调整到最佳的状态，使农作物有一个适合它生长的环境。图3为无线传感器网络在温室环境应用的结构图。

2.4家禽健康状况的应用

表2-1　无线频段对比

图3　温室环境应用的结构图

目前的畜牧业发展迅速，然而也家禽的各种流行病也肆意横行（禽流感，H1N1等），给社会带来的严重的后果。现在，我们判断家禽是否健康大多采用人工观察的方法，这种做法不仅会消耗大量的人力、时间，最重要的是有时人们的判断是错误的，如果不能及时的判断出家禽是否患病并医治，会导致病情扩散，造成严重的损失。我们可以利用无线传感器网络自动实时对家禽的健康信息进行监测和预警，这样可以对患病的家禽及时医治，将损失降到最低。

3 结论

尽管无线传感网络（WSN）在农业中有了一部分的有应用，但是它还是一门新的技术，其本身还有很多的问题需要我们更深入的研究和改进。随着无线传感器网络技术的逐步发展，物联网在农业中的应用会越来越广泛。对农民、对社会的繁荣发展有很大作用。

【参考文献】

[1]吴键，袁慎芳,无线传感器网络节点的设计和实现.仪器仪表学报, 2006. 27(9): 第1120-1124页.

[2]石军锋等,无线传感器网络结构及特点分析.重庆大学学报（自然科学版）,2005.28(2):第16-19页.

[3]冯友兵,张荣标与谷国栋,无线传感网络在节水灌溉中的应用研究.中国农村水利水电,2007(2): 第24-26页

[4]Xu E,Shuang Lin and Lulu Jin.Data Recovery Method for Seafood Quality Safety System Based on Rough Set Theory.International Journal of Security and Its Applications,2014,8(5): 195-202.

[5]司敏山与高艺,基于太阳能的温室无线传感器网络监测系统设计. 无线通信技术,2010.19(2):第57-62页.

[6]鄂旭，林爽.海产品安全预警系统缺失数据填补方法.计算机工程与应用,http:// www.cnki.net/kcms/detail/11.2127. TP.20141211.1621.058.html.

栾剑：1993年，女，满族，辽宁省抚顺市，渤海大学信息科学与技术学院，计算机科学与技术（软件开发方向），本科生

【作者简介】