物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用研究

白明

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的誕生，為很多的行業(yè)帶來了便利。舉例來說，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)普遍應(yīng)用于軍事國防中，城市管理中，家庭醫(yī)療中，電子商務(wù)中，智能交通中，環(huán)境監(jiān)測中等等。物聯(lián)網(wǎng)的廣泛利用主要是因其具有智能感知的特點(diǎn)，識別的特點(diǎn)，普適計(jì)算的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用特點(diǎn)，它被定性為信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。本文對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);節(jié)水灌溉;發(fā)展趨勢

1用于節(jié)水灌溉的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行的研究

1.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉環(huán)節(jié)中，主要利用的是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)，此系統(tǒng)是基于傳感器的作用，控制系統(tǒng)的作用，嵌入式的計(jì)算機(jī)作用，通信技術(shù)的作用共同運(yùn)行的系統(tǒng)。此系統(tǒng)經(jīng)過研究可以劃分為三個(gè)網(wǎng)絡(luò)層：監(jiān)測信息網(wǎng)絡(luò)，采集網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)。也可以理解為網(wǎng)絡(luò)的感知層，控制層，監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸層，數(shù)據(jù)的終端處理層。

1.2對網(wǎng)絡(luò)感知和控制層的研究

植物的健康生長離不開水分和營養(yǎng)物質(zhì)，而水分的來源主要來自于土壤中存在的水分，營養(yǎng)物質(zhì)也是來自于土壤中存在的營養(yǎng)成分，兩者是缺一不可的。而這兩個(gè)生長條件，經(jīng)過科學(xué)研究，是可以通過人為進(jìn)行調(diào)控的，所以，對于土壤的水分進(jìn)行監(jiān)測的環(huán)節(jié)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容。對于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉決策來說，也是擁有著非常重大的意義。土壤的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都設(shè)置了監(jiān)測設(shè)施，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以實(shí)時(shí)的反應(yīng)出控制區(qū)內(nèi)的信息，從而達(dá)到監(jiān)測土壤水分的目的。對于采集回來的信息可以在節(jié)點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行處理，然后通過其他節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)，隨后利用無線通信技術(shù)把采集到的信息傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)。再利用數(shù)據(jù)傳輸線或者是Internet技術(shù)把信息傳輸?shù)娇刂浦行?，控制心中對傳回來的信息進(jìn)行分析處理，再把做出的決策傳輸回去，從而控制灌溉設(shè)備。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中所要利用的感知傳感器類型有兩種，一種是FDR類型，一種是TDR類型。這兩個(gè)類型可以被叫做頻域類型和時(shí)域類型。而普遍使用的是FDR類型。此類型是一種反射儀，它是被用于測量土壤水分的儀器，它所利用的原理是電磁脈沖的原理，探測電磁波在介質(zhì)中的傳播頻率來得知土壤的表觀性的介電數(shù)，根據(jù)這個(gè)介電數(shù)得到土壤的含水量。此類型的優(yōu)勢在于，它可以更方便安全的，準(zhǔn)確快速的探知含水量，還可以定點(diǎn)連續(xù)，達(dá)到自動化，寬量程以及少標(biāo)定的監(jiān)測，依據(jù)這些優(yōu)勢，此類型是最好利用的類型。目前，此類型的傳感器有很多種，例如：NHSF48土壤水分傳感器，NH148土壤溫濕鹽分一體性的傳感器，NHSF50土壤水分傳感器，NHCS650NHCS655土壤水分溫度電導(dǎo)率傳感器，Hydra土壤溫度水分鹽分傳感器等。在選擇微處理器環(huán)節(jié)時(shí)，可以選取CC2530。它所擁有的優(yōu)勢是：材料成本低下，可以設(shè)立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，它還利用了RF收發(fā)器的良好性能，還有很多強(qiáng)大的功能合為一體，最重要的是，它還擁有著不同的運(yùn)行方式，特別適用于低功耗要求的系統(tǒng)中。它還擁有著轉(zhuǎn)換時(shí)間短，可以保障低能消耗的工作方式。CC2530F256的優(yōu)勢在于，可以提供非常強(qiáng)大的，具有完整性的解決方案。CC2530F64可以提供非常強(qiáng)大的，具有完整性的遠(yuǎn)程控制方案。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的節(jié)水灌溉環(huán)節(jié)，可以利用繼電器來控制灌溉設(shè)備的通電環(huán)節(jié)和斷電環(huán)節(jié)，還可以利用電磁閥進(jìn)行管道水的控制，達(dá)到流通和關(guān)閉的目的。

1.3數(shù)據(jù)的傳輸層研究

數(shù)據(jù)的傳輸層對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來說，是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它必須把采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的傳輸，才能達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳輸能力。傳輸層的工作過程是：把匯聚點(diǎn)傳輸過來的數(shù)據(jù)，利用無線通信技術(shù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，再利用合理的有效的路由協(xié)議，把數(shù)據(jù)能夠更安全更可靠的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有很大的差異性，農(nóng)作物的生長環(huán)境特別復(fù)雜，環(huán)境也會影響無線通信的傳輸，隨著農(nóng)作物的生長狀態(tài)不斷變化，也會對無線傳輸產(chǎn)生影響。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需要得到的信息不需要時(shí)效性，如果傳輸過程中有延持時(shí)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，也不會有太大的影響。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所利用的物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)有：ZigBee通信技術(shù)、WiFi通信網(wǎng)絡(luò)、GPRS通信和藍(lán)牙通信等。

其中的ZigBee通信技術(shù)，它的功用非常有效，它具有功耗低下，數(shù)據(jù)可靠傳輸，容量大以及兼容性和安全性好的特點(diǎn)，還具有成本低的優(yōu)勢。此通信技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于工業(yè)方面，家庭自動化方面，農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域。此技術(shù)也廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，它可以有效的使節(jié)點(diǎn)的信息達(dá)到有效的傳輸，從而進(jìn)一步達(dá)到想要達(dá)到的目標(biāo)。WiFi通信網(wǎng)絡(luò)所利用的是網(wǎng)絡(luò)資源，它的優(yōu)勢是可以使無線網(wǎng)絡(luò)所要通信的距離延長，而且還覆蓋了更為廣闊的面積，而且使用成本低下，其兼容性也很強(qiáng)，傳輸?shù)乃俣瓤斓葍?yōu)勢，此技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)很多領(lǐng)域被廣泛利用。GPRS通信技術(shù)，它的工作模式是分組數(shù)據(jù)的承載，它具有的優(yōu)勢是可以實(shí)時(shí)在線，高速傳輸，快速登錄等等，它主要被廣泛應(yīng)用于手持式的設(shè)備之中，也廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中。它沒有距離的要求，卻需要交付通信的費(fèi)用。藍(lán)牙通信技術(shù)是在短距離內(nèi)進(jìn)行的無線通信，擁有藍(lán)牙功能的設(shè)備之間都可以利用藍(lán)牙進(jìn)行有效連接，傳輸速度也比較快，主要是此技術(shù)不會受到外界的干擾，所利用的頻譜在各個(gè)國家都不會被限制。所以，把藍(lán)牙通信技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，會有很好的效果。這四種方式是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中經(jīng)常利用的通信方式，它們各有各的優(yōu)勢和特點(diǎn)，還可以根據(jù)他們的特點(diǎn)應(yīng)用于不同的場景中。另外，還可以把這四種方式進(jìn)行有效的整合，可以達(dá)到更高效的傳輸目的。如果從發(fā)展的角度和實(shí)際利用的角度來看，ZigBee通信技術(shù)更有利于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，因?yàn)樗鼡碛休^寬的帶寬，其傳輸?shù)乃俣容^快，兼容能力也很高，還有很強(qiáng)的抗干擾能力，可以說它是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中最重要的介質(zhì)，也是研究人員重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。

1.4數(shù)據(jù)的終端處理

數(shù)據(jù)的終端處理也叫控制終端，此環(huán)節(jié)的工作是監(jiān)測中心把收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理，再把數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺內(nèi)。然后，用戶會根據(jù)這些傳輸回來的內(nèi)容制定有效的決策，從而確定是否開啟灌溉設(shè)備。另外，還可以通過采集到的數(shù)據(jù)了解農(nóng)作物的土壤參數(shù)，而且還可以把數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，方便以后的調(diào)取。

2未來發(fā)展趨勢

2.1軟件和服務(wù)為中心

未來智能化的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉主要是以軟件和服務(wù)為重點(diǎn)核心內(nèi)容，農(nóng)民只需要通過數(shù)據(jù)的傳輸而獲得決策內(nèi)容，不需要擁有技術(shù)。另外，用戶還不需要利用硬件來維持系統(tǒng)的完整性，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就可以得到數(shù)據(jù)。

2.2大數(shù)據(jù)連接

采集到的數(shù)據(jù)如果沒有數(shù)據(jù)連接，那么采集到的數(shù)據(jù)都不能被有效利用，存在了信息孤島現(xiàn)象。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的利用可以使數(shù)據(jù)進(jìn)行連接和共享，從而避免孤島化的現(xiàn)象發(fā)生。

2.3利用關(guān)聯(lián)進(jìn)行決策轉(zhuǎn)變

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的節(jié)水灌溉，利用的是蒸發(fā)蒸騰量的決策內(nèi)容，它的決策來自于關(guān)聯(lián)關(guān)系數(shù)據(jù)，從而最終得到水信息的預(yù)測。此環(huán)節(jié)的有效利用有利于水資源的優(yōu)化配置，還可以達(dá)到抗旱減災(zāi)的提前防范要求，從而避免了損失的發(fā)生。

3結(jié)束語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的節(jié)水灌溉環(huán)節(jié)帶來了優(yōu)勢，因此研究人員要加大對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究，從而開發(fā)出更多的技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展。

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