无线传感网技术农业应用前景及展望

无线传感网技术农业应用前景及展望专业：信号与信息处理学号：s10111273姓名：唐剑波摘要：无线传感器网络(WSN)是新兴的下一代传感器网络，在国防安全和国民经济各方面均有着广阔的应用前景。本文介绍了无线传感器网络的组成和特点，无线传感网的内容、应用领域、发展趋势及展望。关键字：无线传感网络（WSN），农业，温室，灌溉0无线传感器网络研究背景以及发展现状随着半导体技术、通信技术、计算机技术的快速发展，90年代末，美国首先出现无线传感器网络（WSN）。1996年，美国UCLA大学的WilliamJKaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代WSN网络的序幕。1998年，同是UCLA大学的GregoryJPottie教授从网络研究的角度重新阐释了WSN的科学意义。在其后的10余年里，WSN网络技术得到学术界、工业界乃至政府的广泛关注，成为在国防军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物结构监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理以及机场、大型工业园区的安全监测等众多领域中最有竞争力的应用技术之一。美国商业周刊将WSN网络列为21世纪最有影响的技术之一，麻省理工学院(MIT)技术评论则将其列为改变世界的10大技术之一。WSN是由布置在监测区域内传感器节点以无线通信方式形成一个多跳的无线自组网（Adhoc），其目的是协作的感知，采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者是WSN的三要素。将Adhoc技术与传感器技术相结合，人们可以通过WSN感知客观世界，扩展现有网络功能和人类认识世界的能力。WSN技术现已经被广泛应用。图为WSN基本结构。WSN经历了从智能传感器，无线智能传感器到无线传感器三个发展阶段，智能传感器将计算能力嵌入传感器中，使传感器节点具有数据采集和信息处理能力。而无线智能传感器又增加了无线通信能力，WSN将交换网络技术引入到智能传感器中使其具备交换信息和协调控制功能。无线传感网络结构由传感器节点，汇聚节点，现场数据收集处理决策部分及分散用户接收装置组成，节点间能够通过自组织方式构成网络。传感器节点获得的数据沿着相邻节点逐跳进行传输，在传输过程中所得的数据可被多个节点处理，经多跳路由到协调节点，最后通过互联网或无线传输方式到达管理节点，用户可以对传感器网络进行决策管理、发出命令以及获得信息。无线传感器网络在农业中的运用是推进农业生产走向智能化、自动化的最可行的方法之一。近年来国际上十分关注WSN在军事，环境，农业生产等领域的发展，美国和欧洲相继启动了WSN研究计划，我国于1999年正式启动研究。国家自然科学基金委员会在2005年将网络传感器中基础理论在一篇我国20年预见技术调查报告中，信息领域157项技术课题中7项与传感器网络有直接关系，2006年初发布的《国家长期科学与技术发展规划纲要》明确的提出了信息技术的三个前沿方向，其中有两项与无线传感器网络直接相关。我国2010年远景规划和“十五”计划中，将WSN列为重点发展产业之一。1无线传感网技术农业应用2002年，英特尔公司在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园，将无线传感器结点人工分布在葡萄园中，对园中土壤的温度以及养分含量等作物生长条件进行实时监控。杭州齐格科技有限公司与浙江农科院合作研发了远程农作物管理决策平台，该平台利用了WSN技术实现对农田的温度、湿度、光照等信息的监测。北京市“蔬菜生产智能化网络传感器体系研究与应用”项目，将WSN应用于温室蔬菜生产中。将温室作为一个监控区，使用WSN技术对温度、PH值、含水量、光照强度等进行测量，根据实际需要，对温室条件进行调整，以达到农作物生长的最佳条件，增加作物产量。在大规模部署传感器节点时可以通过飞机播撒，人工设置，火箭弹射等方式部署在预设区域。无线传感器网络具有的实时性监测，无线通信特点，使其在农业生产上有很大发展前景。典型应用如下：1.1农业灌溉自动化控制技术我国是个贫水国家，水资源总量居世界第四位，人均仅为第121位。农业用水占总用水量的七成，但我国农田灌溉十分落后，水的实际利用率很低，浪费严重，与发达国家相比仍有差距。采用自动灌溉系统，在土壤中人为安放水分传感器、温度传感器，对农作物的生长条件进行监控，根据实际，进行自动供水和自动按一定顺序进行灌溉。1.2温度自动调控蔬菜生产中，温室生产规模正在逐步扩大，传统温室监控系统成本高，移动性差等问题很突出。近年来，节能高效的WSN技术正在温室监控领域兴起。基于WSN的温度监控系统由汇聚节点和子节点构成。将传感器分布在温室中监控温室内土壤温度、湿度、PH值、光照强度等，通过无线网络传到汇聚结点，汇聚结点对数据进行处理，将命令通过无线网络下发给调控节点，调控节点根据所得命令对灌溉设备、加热器等进行控制，改变温室条件。汇聚节点还可接受人工控制，与互联网连接，使用户可以进行远程监控。1.3基于WSN的动物监测平台的应用随着人们消费需求的增长，市场竞争不断加剧，饲养场面临来自国际贸易、环境保护、市场需求等各方面的压力。同时猪和牛饲养中的牲畜口蹄疫、疯牛病和猪瘟等重大动物疾病时有发生，如何利用科技技术提高生产水平和科学饲养是养殖场面临的重要问题。能否对饲养对象的实时健康状况监测及在疫情发生、发生疾病或发情等特殊情况下及时采取相应措施，是个挑战的事情。传统饲养场人工获取畜养动物生理数据的方法已经相对落后，其及时性、长期性、方便性及多样性等方面都处在较低水平，这些都减弱了饲养场的信息化水平和竞争力，急需使用先进的智能化信息获取技术来提供方便的畜养动物健康监测数字化平台。为此，利用无线传感器网络自动、实时地监测动物的行踪和健康，特别是实时获取用人工不能或不便获取的生理数据，为进一步建立科研人员急需的数据库和统计分析建立基础，从而对动物的发情、疾病、疫情等进行监控和预警。2无线传感网技术应用前景及展望就目前的技术水平来说，让无线传感器网正常运行并大量投入使用还面临着许多问题：1．网络内通信问题。无线传感器网络内正常通信联系中，信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响，怎么安全有效的进行通信是个有待研究的问题。2．成本问题。在一个无线传感器网络里面，需要使用数量庞大的微型传感器，这样的话成本会制约其发展。3．系统能量供应问题。目前主要的解决方案有：使用高能电池；降低传感功率；此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术。其中后两者备受关注。4．高效的无线传感器网络结构。无线传感器网络的网络结构是组织无线传感器的成网技术，有多种形态和方式，合理的无线传感器网络可以最大限度的利用资源。在这里面，还包括网络安全协议问题和大规模传感器网络中的节点移动性管理等诸多问题有待解决。总之。无线传感器网络应用前景非常诱人。无线传感器网络（WSN）被认为是影响人类未来生活的重要技术之一，这一新兴技术为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。由于WSN本身的特点，使得它与现有的传统网络技术之间存在较大的区别，给人们提出了很多新的挑战。由于WSN对国家和社会意义重大，国内外对于WSN的研究正热烈开展，希望能够引起测控领域对这一新兴技术的重视，推动对这一具有国家战略意义的新技术的研究、应用和发展。3参考文献[1]孙利民，李建中，陈渝等．无线传感网络[M]．清华大学出版社2005．5(第一版)．[2]崔莉，鞠海玲，苗勇，李天璞，刘巍，赵泽.无线传感器网络研究进展.计算机研究与发展，2005,42(1)：163~174[3]钱春丽，张兴敢.用于矿井环境监测的无线传感器网络.电子技术应用，2006(9)[4]郑君刚,吴成东,张家瑞,等.基于蓝牙技术的个人局域网在智能家居中的应用[J].建筑智能化,2004,(8):25-29.[5]郑增威,吴朝晖,金水祥.无线传感器网络及其应用[J].计算机科学,2003,30(10):138-140.[6]于海斌.智能无线传感器网络系统[M].科学出版社,2006[7]布莱克,周金萍,唐伶俐.无线通信技术[M].北京:科学出版社,2004