【正文】 ，資源嚴重不足且普遍浪費，環(huán)境污染，產(chǎn)品種類需求多樣化等諸多問題使農(nóng)業(yè)的發(fā)展陷入惡性循環(huán)，而精確農(nóng)業(yè)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一條光明之路， 精確農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比最大的特點是以高新技術(shù)和科學(xué)管理換取對 資源的最大節(jié)約。 通過分析我們可以發(fā)現(xiàn)在實現(xiàn) 精確農(nóng)業(yè)的道路上，現(xiàn)有的基于有 線的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)依然存在著諸多問題，而基于無線傳感網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng) 精 確農(nóng)業(yè)系統(tǒng) 更具發(fā)展?jié)摿Γ?無線網(wǎng)絡(luò) 具有 較高的傳輸帶寬、抗干擾能力強、安全保密性好 ,而且功率譜密度低。同時 ,可以給用戶提供更多的決策信息和技術(shù)支持 ,實現(xiàn)整個系統(tǒng)的遠程管理。最為尷尬的是 ，國內(nèi)更 多的是 示范工程和項目 ，僅僅停留在試驗和演示階 段而沒有能夠形成產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用項目。 綜上所述， 智能精確農(nóng)業(yè)取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是 農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然 ，更是 符合 我國國情的 選擇，智能精確農(nóng)業(yè)可以 促進農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，可以實現(xiàn)高效利用各類農(nóng)業(yè)資源和改善環(huán)境這一可持續(xù)發(fā)展目標，不但可以最大限度提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)實生產(chǎn)力，而且是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。 在大棚控制系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫度傳感器、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 傳感器等設(shè)備，檢測環(huán)境中的溫度、相對濕度、 PH 值、光照強度、土壤養(yǎng)分、 CO2 濃度等物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表實時顯示或作為自動控制的參變量參與到自動控制中，保證農(nóng)作物有一個良好的、適宜的生長環(huán)境。 采用無線網(wǎng)絡(luò)來測量來獲得作物生長的最佳條件，可以為溫室精準調(diào)控提供科學(xué)依 據(jù)，達到增產(chǎn)、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長周期、提高經(jīng)濟效益的目的。 農(nóng)業(yè)灌溉是我國的用水大戶，其用水量約占總用水量的 70％。長期以來，由于技術(shù)、管理水平落后，導(dǎo)致灌溉用水浪費十分嚴重，農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率僅 40％。而人工定時測量墑情，不但耗費大量人力，而且做不到實時監(jiān)控；采用有線測控系統(tǒng)，則需要較高的布線成本，不便于擴展，而且給農(nóng)田耕作帶來不便。 8 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動控制系統(tǒng) 3 構(gòu)建智能農(nóng)業(yè)大棚物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)從生產(chǎn)到質(zhì)檢和運輸?shù)臉藴驶途W(wǎng)絡(luò)化管理。本 系統(tǒng) 致力于構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的專用農(nóng)業(yè)評估信息系統(tǒng)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和管理，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標準化、網(wǎng) 絡(luò)化、數(shù)字化。圖 所示為該控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。該嵌入式網(wǎng)關(guān)連接內(nèi)、外信息傳輸通道皆采用無線的方式，外部網(wǎng)絡(luò)以基于 IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、提供通用分組無線業(yè)務(wù)的 GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)。 9 智能農(nóng)業(yè)大棚物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2 精準農(nóng)業(yè)的數(shù)字化管理系統(tǒng) 數(shù)字化管理技術(shù)主要研究溫度、化學(xué)等多種傳感器對農(nóng)產(chǎn)品的生長過程全程監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理；結(jié)合 RFID 電子標簽在培育、生產(chǎn)、質(zhì)檢、運輸?shù)冗^程中，進行可識別的實時數(shù)據(jù)存儲和 管理， 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標準化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化。生態(tài)農(nóng)業(yè)數(shù)字化管理系統(tǒng)以一定物理模式和邏輯模式的形式進行架設(shè)。 此系統(tǒng)在功能上可實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品信息查詢與發(fā)布、專家決策知識庫優(yōu)化決策與分析，達到信息、技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的高效結(jié)合，最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準數(shù)字化控制管理。每個ZigBee 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)有一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點和若干的土壤溫濕度數(shù)據(jù)采集節(jié)點。網(wǎng)關(guān)節(jié)點具有雙重功能 ,一是充當網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的角色 ,負責(zé)網(wǎng)絡(luò)的自動建立和維護、數(shù)據(jù)匯集 。此系統(tǒng)具有自動組網(wǎng)功能 ,無線網(wǎng)關(guān)一直處于監(jiān)聽狀態(tài) ,新添加的無線傳感器節(jié)點會被網(wǎng)絡(luò)自動發(fā)現(xiàn) ,這時無線路由會把節(jié)點的信息送給無線網(wǎng)關(guān) ,有無線網(wǎng)關(guān)進行編址并計算其路由信息 ,更新數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表和設(shè)備關(guān)聯(lián)表等。每個傳感節(jié)點通過溫濕度傳感器 ,自動采集墑情信息 ,并結(jié)合預(yù)設(shè)的濕度上下限進行分析 ,判斷是否需要灌溉及何時停止。其中無線網(wǎng)關(guān)連接 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)與 GPRS網(wǎng)絡(luò) ,是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的核心部分 ,負責(zé)無線傳感器節(jié)點的管理。溫濕度傳感器分布于監(jiān)測區(qū)域內(nèi) ,將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給就近的無線路由節(jié)點 ,路由節(jié)點根據(jù)路由算法選擇最佳路由 ,建立相應(yīng)的路由列表 ,其中列表中包括自身的信息和鄰居網(wǎng)關(guān)的信息。本文設(shè)計的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)組成框圖如下圖所示。完成和正在承擔(dān)國家級項目 2 項，省部級項目 5 項，已獲授權(quán)專利 7 項，出版專著及教材 6 部，發(fā)表論文四十 余篇。 2 已獲得的國家 6 項實用新型專利 （ 1） 一種新型小區(qū)綠化帶噴灌自動控制系統(tǒng) .專利號： 間： ； 12 （ 2） 一種電能自動計量智能插座 .專利號： ZL ： ； （ 3） 一種新型無線遠程火災(zāi)報警定位系統(tǒng) .專利號： ：； （ 4） 一種基于蟻群算法的 PID 溫度控制裝置 .專利號： 間： ； （ 5） 一種用于住宅節(jié)能的無線監(jiān)控裝置 .實用新型 .專利號： .授權(quán)時間： ； （ 6） 一種大型公共建筑水耗無線遠程實時計量系統(tǒng) .專利號： .授權(quán)時間： . 3 研究動態(tài)展示 （ 1） 農(nóng)業(yè)氣象遙感監(jiān)測 我們目前的 研究工作以 eKo 套件為平臺，建立完善的農(nóng)田地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)田遙感監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測，并可通過 Inter 瀏覽器，提供農(nóng)作物健康生長的實時數(shù)據(jù)。 13 實驗室 eKo 節(jié)點部署圖 eKo VIEW 溫濕度數(shù)據(jù)采集 （ 2） 陜西省大型混凝土工程耐久性監(jiān)測與安全保障技術(shù)研究 在此項目中，我們承擔(dān)了大型混凝土結(jié)構(gòu)耐久性傳感器和監(jiān)測平臺的研制與耐久性評估計算機信息系統(tǒng)的開發(fā)工作。 我們基于 Crossbow 公司 Mote 系列節(jié)點構(gòu)建環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，將 Mote 節(jié)點部署于室內(nèi)特定位置，采集溫度、濕度和光照等參數(shù)，最后傳送至管理中心計算機，完成對數(shù)據(jù)的顯示、分析，監(jiān)控并完成最后的綜合評估和改善。在監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、土壤空氣變更、畜禽的環(huán)境狀況以及大面積的地表檢測，收集溫度、濕度、風(fēng)力、大氣、降雨量，有關(guān)土地的濕度、氮濃縮量和土壤 pH值等方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在發(fā)揮出越來越大的作用，從而實現(xiàn)科學(xué)監(jiān)測，科學(xué)種植，幫助農(nóng)民抗災(zāi)、減災(zāi)，提高農(nóng)業(yè)綜合效益，促進了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，大量的傳感器節(jié)點構(gòu)成了一張張功能各異的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過各種傳感器采集信息，可以幫助農(nóng)民及時發(fā)現(xiàn)問題，并且準確地捕捉發(fā)生問題的位置。 目前，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)品正在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著作用，解決了數(shù)字農(nóng)業(yè)信息快速獲取技術(shù)瓶頸問題。 17 微環(huán)境監(jiān)測傳感器 在現(xiàn)代化溫室栽培領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)精確地呵護著果蔬和作物的秧苗。 在 節(jié)水灌溉 方面， 無線傳感網(wǎng)自動灌溉系統(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，從而達到自動節(jié)水灌溉的目的?？稍跍厥?、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，促進節(jié)水農(nóng)業(yè)的快速和健康發(fā)展。 在果蔬和糧食的儲藏中，溫度傳感器發(fā)揮著巨大的作用，制冷機根據(jù)冷庫內(nèi)溫度傳感器的實時參數(shù)值實施自動控制并且保持該溫度的相對穩(wěn)定?？刂葡到y(tǒng)采集氣調(diào)庫內(nèi)各種物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表 適時顯示或作為自動控制的參變量參與到自動控制中，保證有一個適宜的貯藏保鮮環(huán)境。 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，以便適時采摘和收獲；可以 利用二氧化碳傳感器進行植物生長的人工環(huán)境的監(jiān)控，以促進光合作用的 19 進行。 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。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。它可以高精度地測定出雞、魚、肉等食品變質(zhì)時發(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到 1ppm，利用這種傳感器可以準確地掌握肉類的鮮度，防止腐敗變質(zhì)。 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)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測與控制，目前，在無錫已經(jīng)有了此類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的初級模本，如借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對太湖的水體環(huán) 境進行實時監(jiān)測。 將無限傳感器網(wǎng)絡(luò)布設(shè)于農(nóng)田、園林、溫室等目標區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點大量實時地收集溫度、濕度、光照、氣體濃度等物理量，精準地獲取土壤水分、壓實程度、電導(dǎo)率、 pH 值、氮素等土壤信息，這些信息在數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點匯集，為精確調(diào)控提供了可靠依據(jù)。 20 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于精準農(nóng)業(yè)，將從三個方面有效促進農(nóng)業(yè)的發(fā)展： ● 增產(chǎn)增收 相關(guān)資料表明，在可自動控制室內(nèi)的溫度、濕度、灌溉、通風(fēng)、二氧化碳濃度和光照的溫室中，每平方米溫室一季可產(chǎn)番茄 30kg~50kg，黃瓜 40kg，相當于露地栽培產(chǎn)量 10 倍以上。 21 ● 節(jié)約能源 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以準確采集室溫、葉溫、地溫、濕度、土壤含水量、溶液濃度、二氧化碳濃度、風(fēng)向、風(fēng)速以及作物生長狀況等參數(shù)，并將室內(nèi)溫、光、水、肥、氣等諸多因素綜合直接協(xié)調(diào)到最佳狀態(tài)，據(jù)計算，可有效節(jié)水、節(jié)肥和節(jié)藥，使整體能耗降低 15%~50%。 典型應(yīng)用之智能 農(nóng)業(yè) 大棚 1 由于瓜果蔬菜對生長環(huán)境有著嚴格的要求，所以現(xiàn)代農(nóng)業(yè)搭建了溫室大棚來控制植物的生長環(huán)境，以實現(xiàn)跨地區(qū)與跨季節(jié)的瓜果蔬菜培育。 傳統(tǒng)的大棚環(huán)境控制，是通過全人工的方式來實現(xiàn)的。比如，溫度過高的話，就要打開卷簾通風(fēng)或者打開通風(fēng)機等。 GHM 智能溫室系統(tǒng)，可對各不同大棚的環(huán)境參數(shù)進行實時的監(jiān)測并報警，并可遠程控制各大棚不同的電動設(shè)備，如卷簾機，灌溉機等。 系統(tǒng)功能特點： 1) 軟件界面實時顯示各大棚的環(huán)境參數(shù) 。 3) 自動控制功能，當計算機檢測到環(huán)境異常，將自動進行操作。檢測到下雨，將自動關(guān)閉卷簾機與天窗。 5) 遠程控制，即使你不在大棚基地，也可以實現(xiàn)關(guān)閉卷簾等操作，比如下雨天或者起大風(fēng)時，可以遠程關(guān)閉卷簾。配合網(wǎng)絡(luò)攝像頭，對整個大棚基地進行監(jiān)控，做到心中有數(shù)。當溫濕 度超過設(shè)定值的時候，自動開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備。該系統(tǒng)的應(yīng)用表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化水平顯著提高，資源占有率明顯降低， 24 生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量得到很大提高，為實現(xiàn)對設(shè)施農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息參數(shù)的自動監(jiān)測、對環(huán)境進行自動控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)和裝備。 控制作物生長營養(yǎng) 液：營養(yǎng)液成分、濃度、 PH、供肥（水）時間控制； 病蟲害預(yù)防和措施：病蟲監(jiān)測與農(nóng)藥自動噴灑時間及濃度控制； 通過研究與建立設(shè)施作物模擬模型這一有力工具可以幫助人們理解和認識環(huán)境因子與生物因子之間的基本規(guī)律和量化關(guān)系，并對作物生長系統(tǒng)的動態(tài)行為和最后生產(chǎn)進行預(yù)測，從而輔助進行對作物生長和生產(chǎn)系統(tǒng)的適時合理調(diào)控和對作物生長和采收期的智能管理，協(xié)調(diào)投入產(chǎn)出比，實現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和持續(xù)發(fā)展的目標。不但可以通過系統(tǒng)來進行調(diào)控優(yōu)化設(shè)施內(nèi)的環(huán)境和提供栽培措 施方案，而且可遠距離傳輸和操控，實現(xiàn)無人值守的安全管理。 整套系統(tǒng)可隨著技術(shù)進步升級、功能擴展，多界面人機交流，易操控，易維護。 25 典型應(yīng)用之智能農(nóng)業(yè)大棚 3 綜合氣象自動監(jiān)測系統(tǒng) 聰明的溫室娃娃 現(xiàn)代化溫室大棚 在北京大興精準農(nóng)業(yè)示范區(qū)，處處體驗到物聯(lián)網(wǎng) “ 感知 ” 精準農(nóng)業(yè)技術(shù)。數(shù)字頻閃的表格中， 59棟溫室內(nèi)的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度一目了然。 10 分鐘后，系統(tǒng)傳來語音回復(fù)： “ 全部打 開。 26 “ 這些實時監(jiān)控的環(huán)境指標可以自動報警，綠色表示正常，紅色即為報警。管理人員通過另一項技術(shù) —— 視頻語音監(jiān)控系統(tǒng)隨時指揮。 遠在天邊也能管住家里的瓜果蔬菜 大興，現(xiàn)有基本農(nóng)田 57 萬畝，盡管這一數(shù)字占到了全市基本農(nóng)田總量的1/6，但北京土地資源有限的總體情況，同樣也制約著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，影響著農(nóng)民增收。 據(jù)信息農(nóng)業(yè)專家介紹，一臺計算機可同時連接 32 至 64個這樣的 “ 溫室娃娃 ” ， 數(shù)據(jù)傳輸有效距離超過 1200 米；一定距離內(nèi)還可以采用無線方式傳輸數(shù)據(jù)。 老宋瓜園， 2號觀光溫室， 200 多盆盆栽茄子該施營養(yǎng)液了。 指端三個微小的動作，前后不過十幾秒，完全替代了手工操作 下至少半小時的繁瑣工作。 據(jù)估算，大興推廣精準農(nóng)業(yè)技術(shù)的生產(chǎn)基地，肥料利用率提高 10%以上，節(jié)水 15%，省藥 20%至 30%。 為統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展提供 “ 智慧 ” 支撐 精準農(nóng)業(yè)技術(shù)需要 “ 重裝備 ” 。 “ 以信息化引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展將是大勢所趨。 大興區(qū)自 主開發(fā)了農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)，為農(nóng)民搭建了一個集農(nóng)業(yè)產(chǎn)前信息引導(dǎo)、產(chǎn)中技術(shù)服務(wù)和產(chǎn)后農(nóng)產(chǎn)品銷售于一體的綜合農(nóng)業(yè)信息服務(wù)網(wǎng)，同時鏈接了本區(qū) 3個專業(yè)網(wǎng)站和 20個農(nóng)業(yè)企業(yè)網(wǎng)，架起了農(nóng)民與市場、專家之間的橋梁，農(nóng)民有什么問題可以直接上網(wǎng)與專家對話，初步形成了大興精準農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)。政府買單，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地和農(nóng)民購置設(shè)備，舉辦培訓(xùn)班。大興區(qū)正在籌劃在更大范圍推廣 精準農(nóng)業(yè)，全區(qū)示范推廣農(nóng)田將達到 4000 畝，帶動 3萬農(nóng)戶應(yīng)用精準農(nóng)業(yè)技術(shù)。為了切實做好我 校 的畢業(yè)設(shè)計（論文）工作，規(guī)范畢業(yè)設(shè)計（論文）工作的管理，提高畢業(yè)設(shè)計（論文）的質(zhì)量