1、傳感器在農業上的應用無線傳感器網絡在農業上的應近十年來，隨著智能農業、精準農業的發展，泛在通信網絡、智能感知芯片、移動嵌入式系統等技術在農業中的 應用逐步成為研究的熱點。文/國家農業信息化工程技術研究中心趙春江近十年來，隨著智能農業、精準農業的開展，泛在通信網絡、 智能感知芯片、移動嵌入式系統等技術在農業中的應用逐步成為研究的 執占。八、八、°密集的無線傳感器網絡無線傳感器網絡是一種無中心節點的全分布系統。通過隨機投放的方 式，眾多傳感器節點被密集部署于監控區域。這些傳感器節點集成有傳 感器、數據處理單元、通信模塊和能源單元，它們通過無線信道相連， 自組織地構成網絡系統。其目的是協作

2、地感知、采集和處理網絡覆蓋區 域中被監測對象的信息并發送給觀察者。無線傳感器網絡集傳感器技術、微機電系統MEMS技術、無線通信技術、嵌入式計算技術和分布 式信息處理技術于一體，因其廣闊的應用前景而成為當今世界上備受 關注的、多學科高度交叉的熱點研究領域。在傳統農業中。人們獲取農田信息的方式都很有限，主要是通過人 工測量，獲取過程需要消耗大量的人力， 而通過使用無線傳感器網絡可 以有效降低人力消耗和對農田環境的影響，獲取精確的作物環境和作物信息。目前無線技術在農業中的應用比擬廣泛 ，但大都是具有基站 星型拓撲結構的應用，并不是真正意義上的無線傳感器網絡。農業一般 應用是將大量的傳感器節點構成監控

3、網絡 , 通過各種傳感器采集信息 , 以幫助農民及時發現問題 , 并且準確地確定發生問題的位置 , 這樣農 業將有可能逐漸地從以人力為中心、 依賴于孤立機械的生產模式轉向以 信息和軟件為中心的生產模式 , 從而大量使用各種自動化、智能化、遠 程控制的生產設備。無線傳感器網絡應用于溫室環境信息采集和控制。 在溫室環境里單個溫室即可成為無線傳感器網絡一個測量控制區, 采用不同的傳感器節點和具有簡單執行機構的節點 風機、低壓 電機、閥門等工作電流偏低的執行機構 構成無線網絡來測量土壤 濕 度、土壤成分、 pH 值、降水量、溫度、空氣濕度和氣壓、光照強度、 CO2 濃度等來獲得作物生長的最正確條件 ,

4、 同時將生物信息獲取方法 應用于無線傳感器節點 , 為溫室精準調控提供科學依據。最終使溫室中 傳感器、執行機構標準化、數據化 , 利用網關實現控制裝置的網絡化 , 從而到達現場組網方便、增加作物產量、改善品質、調節生長周期、提 高經濟效益的目的。 無線傳感器網絡應用于節水灌溉。 無線傳感器網絡自動灌溉系統利用傳感器感應土壤的水分， 并 在設定條件下與接收器通信，控制灌溉系統的閥門翻開、關閉，從而到 達自動節水灌溉的目的。由于傳感器網絡多跳路由、信息互遞、自組網 絡及網絡通信時間同步等特點 , 使灌區面積、節點數量不受到限制 , 可 以靈活增減輪灌組 , 加上節點具有的土壤、植物、氣象等測量采集

5、裝置、通信網關的In ternet功能與RS和GPS技術結合的灌區動態管理信 息采集分析技術、作物需水信息采集與精量控制灌溉技術、 專家系統技 術等構建高效、低能耗、低投入、多功能的農業節水灌溉平臺。可在溫 室、庭院花園綠地、高速公路中央隔離帶、農田井用灌溉區等區域 , 實 現農業與生態節水技術的定量化、標準化、模式化、集成化 , 促進節水 農業的快速和健康開展。2022 年，湖南農業大學提出了一種基于無線傳感器網絡的農 田自動節水灌溉構建方案，設計了一種無線傳感器網絡實現農田土壤濕 度信息的實時采集和傳輸，通過灌溉控制器控制灌溉管網， 分區域實時 灌溉并調節土壤濕度，實現了精細農業所要求的時

6、空差異性和水資源高 效利用。 無線傳感器網絡應用于環境信息 和動植物信息監測。 通過布置多層次的無線傳感器網絡檢測系統 , 對牲畜家禽、水 產養殖、稀有動物的生活習性、環境、生理狀況及種群復雜度進行觀測 研究, 也可用于對森林環境監測和火災報警 平時節點被隨機密布在森 林之中 , 平常狀態下定期報告環境數據 , 當發生火災時 , 節點通過協 同合作會在很短的時間內將火源的具體地址、 火勢大小等信息傳送給相 關部門 。同時也可以應用在精準農業中 , 來監測農作物中的害蟲、土 壤的酸堿度和施肥狀況等。形形色色的傳感器在十五期間，國家 863 方案數字農業重大專項實現了農田信息 采集技術的突破，推出

7、了一批本錢低、高性能的土壤水分和作物營養信 息采集技術產品，根本解決了數字農業信息快速獲取技術瓶頸問題。開展了農田水分、養分、作物長勢、冠層生理與生態因子、品質、產量和 蟲害草害等信息采集關鍵技術研究， 開發了具有自主知識產權的新型土 壤水分傳感器， 研制了土壤和作物養分信息快速采集方法與新型配套儀 器設備； 在蟲害與雜草動態監測系統 的研究方面取得了重大進展， 開發 了基于稱重傳感器的高精度智能測產系統， 解決了智能測產與谷物品質 監測系統的精度難題；使我國農業信息快速獲取邁出了新的步伐。現代化溫室和工廠化栽培調節和控制環境控制溫度、濕度、 光照、噴灌量、通風等培育各種秧苗，栽培各種果蔬和作

8、物。在這個 過程中， 需要溫度傳感器、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 傳感器等檢測環境中的溫度、相對濕度、 PH 值、光照強度、土壤養分、 CO2 濃度等 物理量參數，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， 保證農作物 有一個良好的、適宜的生長環境。在果蔬和糧食的儲藏中，溫度傳感器發揮著巨大的作用， 制冷機 根據冷庫內溫度傳感器的實時參數值實施自動控制并且保持該溫度的 相對穩定。氣調庫相比冷藏庫是更為先進的貯藏保鮮方法， 除了溫度之 外，氣調庫內的相對濕度 RH、 O2 濃度、 CO2 濃度、乙烯 C2H4 濃度等均有相應

9、的控制指標。 控制系統采集氣調庫內的溫度傳感器、濕 度傳感器、 O2 濃度傳感器、 CO2 濃度傳感器等物理量參數， 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境，到達最正確的保鮮效果。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 環境的監控 , 以促進光合作用的進行。 例如 , 塑料大棚蔬菜種植環境的 監測等 ; 可以利用超聲波傳感器、 音量和音頻傳感器等進行滅鼠、 滅蟲 等 ; 可以利用流量

10、傳感器及電腦系統自動控制農田水利灌溉。生物技術、遺傳工程等都成為良種培育的重要技術 , 在這其中 生物傳感器發揮了重要的作用。 農業科學家通過生物傳感器操縱種子的 遺傳基因 , 在玉米種子里找到了防止脫水的基因 , 培育出了優良的玉 米種子。此外 , 監測育種環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、鉀各種養分需要用各種離子敏傳感器。在動物飼養中也有傳感器應用，如有可用來測定畜、禽肉鮮度 的傳感器。它可以高精度地測定出雞、魚、肉等食品變質時發出的臭味 成分二甲基胺 ( DMA ) 的濃度, 其測量的最小濃度可以到達 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。 也有用來 檢測雞蛋質量的傳感器。物聯網在農業領域具有遠大的應用前景。在農田、果園等大規模生產方面，如何把農業小環境的溫度、 濕度、光照、降雨量等，土壤的有機質含量、溫濕度、重金屬含量、 PH 值等，以及植物生長特征等信息進行實時獲取傳