物联网技术在当代农业节水灌溉的应用（精品）.docx

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1、物联网技术在当代农业节水灌溉的应用摘要：物联网技术与农业生产的结合是推动传统农业向当代农业转型升级的重要驱动力，农业节水灌溉是我国农业发展长期关注的重点。为了有效提高农业生产节水的效率，根据物联网的基本原理和体系构造，提出了基于物联网的当代农业节水灌溉网络体系，重点研究了体系构造中的数据感悟及控制、数据传输和数据终端处理3个网络层，并讨论了其将来的发展趋势。关键词：物联网；农业节水；网络体系；数据感悟物联网的概念是在1999年提出的。当时基于互联网、RFID技术和EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等构造了一个实现全球物品信息实时分享的实物互联网“Intern

2、etofthings简称“物联网。2009-08，总理在政府工作报告中提出“感悟中国，至此，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，而物联网在我国也遭到了极大的关注。物联网通过智能感悟、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网具有广泛的应用前景，在军事国防、城市管理、家庭医疗、电子商务、智能交通和环境监测等领域有很大的优势。目前，物联网技术在农业领域的应用发展很快，已成为加快发展农业当代化的重要途径，是农业工程研究的热门和难点。物联网技术应用于农业工程中的节水灌溉领域能够方便劳作者对农业灌溉的管理，通过物联网技术搭建的信息平台能

3、够与外界进行信息沟通，从中获得先进的农业节水灌溉方式，改变传统落后的农业灌溉方式，大大提高农业生产效率。2物联网物联网就是将传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将物联网与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，它能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制。物联网要实现物物通信，就必需要对物体上的信息进行准确、实时的监测、采集，并将其传输到终端上。而对于信息的感悟，能够采用2种方法：利用RFID射频技术在感悟对象上贴上标签，以对信息进行识别和采集，并

4、将信息传送到RFID系统中的计算机信息管理系统中；将传感器节点嵌入到需要关注和采集信息的地点或物体中，通过具有传感、信号处理的无线信息采集节点、会聚节点将数据传到网关，再借助Internet、移动通信网络、卫星等与监控中心通信1-2。3基于物联网的当代农业节水灌溉系统构造体系3.1系统网络构架针对当代农业灌溉环境，基于物联网的当代农业节水灌溉监测体系是一种基于传感器、控制、嵌入式计算机和通信等技术的监测系统。该系统主要分为3个网络层：监测信息采集及控制终端，即网络感悟和控制层，监测数据传输层，数据终端处理层。3.2网络感悟和控制层土壤水分是植物水分的直接来源，是农业生产中必不可少的土壤信息之一

5、，植物吸收土壤中的水分、有机质等营养物质来生长。土壤水分含量对植物生长有直接的影响，同时，土壤水分和养分也是植物自然生长条件中能够人为调控的2个重要因素，因而，土壤水分监测在农业节水灌溉决策中具有重要的现实意义。网络感悟和控制层主要是通过数据对土壤水分进行量化。分布在监测控制区内每个角落的传感信息节点定时监测监测区域的土壤水分，并将采集到的信息在节点内进行初步处理后，沿着其他节点逐步传送到会聚节点，会聚节点通过无线通信技术将数据传送到网关。网关通过Internet或专用数据传输线将信息传送至监控中心，监控中心对信息进行处理分析，并根据有关决策发出控制命令，以控制相应的灌溉设备开启或关闭3-4。

6、在微处理器方面，能够选用CC2530。CC2530是用于2.4GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统SOC解决方案，它能够以非常低的材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能、业界标准的加强型8051CPU、系统内可编程闪存、8-KBRAM和很多其他强大的功能，它具有不同的运行形式，尤其适应超低功耗要求的系统。而运行形式之间的转换时间短，进一步确保了低能源消耗。CC2530F256结合德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈，提供了一个强大和完好的ZigBee解决方案；CC2530F64结合德州仪器的黄金单元Remo

7、TI，提供了一个强大和完好的ZigBeeRF4CE远程控制解决方案。CC2530微处理器模块如图8所示。在灌溉设备控制方面，能够选用继电器控制灌溉设备的通电和断电，可以以采用电磁阀控制管道水的流通和关闭。3.3数据传输层这层的功能是将会聚节点传输来的信息，通过无线通信技术传送至网关，并结合合理、有效的路由协议和网络安全协议，将数据安全、可靠地传输到控制中心。农业物联网信息无线传输与工业差异比拟大，农作物生长环境复杂，不仅气候对无线通信有影响，而且随着作物生长状况的不断变化，也容易对无线传输产生严重的影响。农业信息获取在时效性上要求不高，传输经过中的稍许延时对农业生产的影响不大。农业物联网的无线

8、通信技术主要包括ZigBee技术、WiFi网络、GPRS和蓝牙等传输方式3-10。ZigBee技术具有功耗低、数据传输可靠、网络容量大、兼容性、安全性好和实现成本低等特点，在工业控制、家庭自动化和农业自动化等领域被广泛应用。ZigBee技术在短距离、低传输速率的农业物联网手持式仪器、无线传感器网络信息采集节点等信息的传输方面也得到了广泛应用3-10。WiFi无线传输技术充分利用现有的WiFi网络资源，有效地延长了无线网络的通信距离，扩大了覆盖面积，具有成本低、普及性好、兼容性强、传输带宽宽、传输速度快和标准化等优点，使得WiFi无线传输技术在国内外被广泛应用于智能工业、智能家居和精细农业等领域

9、3-10。GPRS是一种分组数据承载业务，它具有实时在线、按量计费、快速登录、高速传输和自若切换等优点，被广泛应用于手持式仪器设备和农业物联网等领域。GPRS无距离限制，但需要通信费用3-10。蓝牙无线传输技术是一种短距离无线通讯技术，带蓝牙功能的设备之间能够通过蓝牙连接起来，传输速度能够到达1MB/s，而且不容易遭到外界干扰源的影响，使用的频谱在各国都不受限制。因而，蓝牙无线传输技术在农业物联网系统中的应用潜力比拟大3-10。这4种作为物联网常用的通信方式各有特点，在不同的应用场景下能够发挥各自优势，扬长避短，同时，可以以将这4种通信方式组合起来，到达高效、远程传输的目的。3.4数据终端处理

10、层数据终端处理层是传输信息的终端，即控制终端。系统的监测中心将收集到的数据进行处理，并将数据传送至监控平台。此时，用户根据所获得的土壤湿度信息数据和有关决策确定能否发送开启灌溉设备的命令。同时，控制终端将数据采集终端采集到的经无线网络传输来的数据存储到数据库中，人们要想了解农作物生长环境的土壤湿度参数，就要去数据库中提取。为了方便，可简化读取数据，在控制终端上设计可显示界面编程，使人们愈加直观地完成操作管理。4创新驱动形势下趋势分析与瞻望4.1软件和服务成为核心在互联网时代，软件和服务将成为将来智能农业节水灌溉系统的核心，农民能够不用完全把握有关农业灌溉的技术，而通过信息的推送和专业的服务直接

11、获得决策信息，实现真正的硬件操作“傻瓜化向软件决策服务“傻瓜化过渡。同时，用户不需要类似于电脑和服务器的硬件设施投入以维持本身监控系统的完好性，利用发达的物联网技术便能够感悟农业生产中的各种数据，通过云平台的专业决策服务为用户的智能手机终端直接推送信息，为用户节约了大量的成本，用户能够像购买水电服务一样购买资源和服务，而不需要本人拥有这些资源9-10。4.2大数据加连接对于传统农业信息化建设，政府、企业、基地都做了大量的工作，收集了大量的基础数据，但无论从区域角度，还是从应用主体角度，由于没有连接，数据都没有被有效利用，信息孤岛化的情况普遍存在。随着农业物联网获取数据的广度、深度和密度的不断增

12、加，农业数据将实现充分连接和分享，利用数据挖掘技术，能够愈加宏观和全面地开掘农业生产和管理规律，实现数据的增值。针对农业节水，全面、完好的大数据分析可实现对水资源分布、提、引、输、灌、排等用水信息和地块、种植类型、灌溉方式等农事信息的全方位把握，根据这些信息能够对用水主体用水经过中存在的问题提出愈加合理的解决方案9-10。4.3利用关联关系，决策到预测转变农业需水信息的决策取决于作物生理信息、气象信息和遥感信息等多种因素，这充分体现了灌溉决策中的关联关系。在农业节水中，蒸发蒸腾量的灌溉决策方法，就是利用关联关系数据进行需水信息预测的典型例证11。将来关联信息将愈加广泛，比方区域水文水利基础信息、水资源配置信息、区域种植类型及地块分布、局部气象信息等。基于上述信息对将来农业用水、灌溉计划的预测，不仅有利于对水资源的合理优化配置，实现真正的“以水定地、以水定产，也有利于抗旱减灾的提早防备，减少事后损失9-10。5结束语物联网技术为当代农业节水灌溉系统从示范到详细应用搭建了一个很好的系统框架。本文扼要介绍了物联网的相关内容，而后搭建了基于物联网的当代农业节水灌溉系统架构，并重点分析和研究了系统中各个网络层次功能、特性以及各种有关监测技术，对将来发展趋势进行了讨论。将物联网技术实际应用于当代农业节水灌溉，会有效减少水资源的浪费，对保证农业生产稳定、提高农业生产效率有重要影响。