物联网技术在现代农业节水灌溉中的应用研究

时间：2019-07-13 11:40:43 所属分类：农业工程 浏览量:

摘 要：我国农业的快速发展，与科技有着很大的关系。物联网技术的使用，使农业生产成功的达到了转型的目标，从传统模式转变成具有现代化气息的模式。农业生产中最重要的一个环节就是节水灌溉，它已经成为我国农业发展的长期关注对象。为了使节水的效率在农业

　　摘 要：我国农业的快速发展，与科技有着很大的关系。物联网技术的使用，使农业生产成功的达到了转型的目标，从传统模式转变成具有现代化气息的模式。农业生产中最重要的一个环节就是节水灌溉，它已经成为我国农业发展的长期关注对象。为了使节水的效率在农业生产中发展的更快，利用了物联网的原理和其结构的模式，从而达到节水效率的要求。

　　关键词：物联网技术;节水灌溉;发展趋势

　　1 物联网研究

　　物联网技术的诞生,为很多的行业带来了便利。举例来说,物联网已经普遍应用于军事国防中,城市管理中,家庭医疗中,电子商务中,智能交通中,环境监测中等等。物联网的广泛利用主要是因其具有智能感知的特点,识别的特点,普适计算的特点,网络的融合应用特点,它被定性为信息产业的第三次浪潮。农业生产中也看到了物联网的优势,也开始利用起物联网的作用来加大农业的发展力度。利用物联网技术, 可以对农业生产中的节水灌溉领域得到有效的管理,利用物联网技术的信息平台,可以与外界进行有效的信息沟通,从而得到更先进的节水灌溉模式。把传统的灌溉方式转变成先进的方式,进一步提高了农业生产率。 物联网研究物联网技术的诞生为很多行业带来了便利, 它被应用于很多行业中,可以达到很多预期想要的结果。那何为物联网,它的含义就是把传感器镶嵌在电网中,铁路中,桥梁中,隧道中,公路中,建筑中, 供水系统中等等物体内, 利用物联网的特点与互联网进行整合工作,从而达到社会和物理系统的有效融合。在物联网广阔的网络中, 强大的计算机群被应用于网络中,可以对工作人员,机械设备还有一些基础性的设施进行有效的把控。物联网技术想要达到物与物之间的有效沟通, 就需要对物体上的信息内容进行有效的监测和采集作业,再把信息传输到终端。对于信息的感知环节,可以利用的方法有两种:第一种是利用了 RFID 射频技术,此技术需要把标签贴在感知对象上,从而进行信息的采集工作,然后把采集到的信息再传输到 RFID系统中的信息管理内。第二种方法是可以把传感器的节点放置在需要采集信息的位置和物理内, 再利用具有传感能力和处理信号能力的无线节点,把数据传输到网关,然后再利用各种通信设备传输到监控中心。

　　2 用于节水灌溉的物联网技术对其结构进行的研究

　　2.1 内部结构

　　物联网技术应用于农业灌溉环节中, 主要利用的是物联网技术的监测系统,此系统是基于传感器的作用,控制系统的作用,嵌入式的计算机作用,通信技术的作用共同运行的系统。此系统经过研究可以划分为三个网络层:监测信息网络,采集网络和控制网络。也可以理解为网络的感知层,控制层,监测数据的传输层,数据的终端处理层。

　　2.2 对网络感知和控制层的研究

　　植物的健康生长离不开水分和营养物质, 而水分的来源主要来自于土壤中存在的水分, 营养物质也是来自于土壤中存在的营养成分,两者是缺一不可的。而这两个生长条件,经过科学研究,是可以通过人为进行调控的,所以,对于土壤的水分进行监测的环节是农业生产中必不可少的一项内容。对于农业节水灌溉决策来说, 也是拥有着非常重大的意义。监测环节所要利用的就是物联网技术,物联网技术中的网络感知特点,还有控制层的特点,可以利用数据进行土壤水量的量化工作。土壤的各个节点都设置了监测设施, 每一个节点都可以实时的反应出控制区内的信息, 从而达到监测土壤水分的目的。对于采集回来的信息可以在节点内进行处理,然后通过其他节点传输到汇聚节点, 随后利用无线通信技术把采集到的信息传输到网关。再利用数据传输线或者是 Internet 技术把信息传输到控制中心, 控制心中对传回来的信息进行分析处理,再把做出的决策传输回去,从而控制灌溉设备。物联网技术中所要利用的感知传感器类型有两种,一种是 FDR 类型,一种是 TDR 类型。这两个类型可以被叫做频域类型和时域类型。而普遍使用的是 FDR 类型。此类型是一种反射仪,它是被用于测量土壤水分的仪器,它所利用的原理是电磁脉冲的原理,探测电磁波在介质中的传播频率来得知土壤的表观性的介电数, 根据这个介电数得到土壤的含水量。

　　此类型的优势在于,它可以更方便安全的,准确快速的探知含水量,还可以定点连续,达到自动化,宽量程以及少标定的监测,依据这些优势,此类型是最好利用的类型。目前, 此类型的传感器有很多种, 例如:NHSF48 土壤水分传感器, NH148 土壤温湿盐分一体性的传感器,NHSF50 土壤水分传感器, NHCS650 NHCS655 土壤水分温度电导率传感器,Hydra 土壤温度水分盐分传感器等。在选择微处理器环节时,可以选取 CC2530。它所拥有的优势是:材料成本低下,可以设立强大的网络节点,它还利用了 RF 收发器的良好性能, 还有很多强大的功能合为一体,最重要的是,它还拥有着不同的运行方式,特别适用于低功耗要求的系统中。它还拥有着转换时间短,可以保障低能消耗的工作方式。 CC2530F256 的优势在于,可以提供非常强大的,具有完整性的解决方案。CC2530F64 可以提供非常强大的,具有完整性的远程控制方案。在农业生产中的节水灌溉环节,可以利用继电器来控制灌溉设备的通电环节和断电环节, 还可以利用电磁阀进行管道水的控制, 达到流通和关闭的目的。

　　2.3 数据的传输层

　　研究数据的传输层对于物联网技术来说, 是非常重要的一个环节, 它必须把采集到的数据进行有效的传输, 才能达到物联网技术的传输能力。传输层的工作过程是:把汇聚点传输过来的数据,利用无线通信技术传输到网关,再利用合理的有效的路由协议,把数据能够更安全更可靠的传输到监控中心。农业生产中利用物联网技术与工业利用物联网技术具有很大的差异性, 农作物的生长环境特别复杂,环境也会影响无线通信的传输,随着农作物的生长状态不断变化,也会对无线传输产生影响。农业生产所需要得到的信息不需要时效性,如果传输过程中有延持时,对农业生产来说,也不会有太大的影响。农业生产中所利用的物联网的通信技术有:ZigBee 通信技术、WiFi 通信网络、GPRS通信和蓝牙通信等。

　　其中的 ZigBee 通信技术,它的功用非常有效,它具有功耗低下,数据可靠传输,容量大以及兼容性和安全性好的特点,还具有成本低的优势。此通信技术已经被应用于工业方面,家庭自动化方面,农业自动化领域。此技术也广泛应用于农业生产中,它可以有效的使节点的信息达到有效的传输,从而进一步达到想要达到的目标。WiFi 通信网络所利用的是网络资源, 它的优势是可以使无线网络所要通信的距离延长,而且还覆盖了更为广阔的面积,而且使用成本低下,其兼容性也很强,传输的速度快等优势,此技术已经在国内很多领域被广泛利用。GPRS通信技术,它的工作模式是分组数据的承载,它具有的优势是可以实时在线,高速传输,快速登录等等,它主要被广泛应用于手持式的设备之中,也广泛应用于农业物联网中。它没有距离的要求,却需要交付通信的费用。蓝牙通信技术是在短距离内进行的无线通信, 拥有蓝牙功能的设备之间都可以利用蓝牙进行有效连接,传输速度也比较快,主要是此技术不会受到外界的干扰,所利用的频谱在各个国家都不会被限制。所以,把蓝牙通信技术应用于农业物联网中,会有很好的效果。这四种方式是物联网技术中经常利用的通信方式,它们各有各的优势和特点,还可以根据他们的特点应用于不同的场景中。另外,还可以把这四种方式进行有效的整合,可以达到更高效的传输目的。如果从发展的角度和实际利用的角度来看,ZigBee 通信技术更有利于农业物联网系统的传输质量,因为它拥有较宽的带宽,其传输的速度较快,兼容能力也很高,还有很强的抗干扰能力,可以说它是农业物联网系统中最重要的介质,也是研究人员重点研究内容之一。

　　2.4 数据的终端处理

　　数据的终端处理也叫控制终端, 此环节的工作是监测中心把收集到的数据进行有效的处理,再把数据内容传输到监控平台内。然后,用户会根据这些传输回来的内容制定有效的决策,从而确定是否开启灌溉设备。另外,还可以通过采集到的数据了解农作物的土壤参数,而且还可以把数据存储到数据库中,方便以后的调取。

　　3 未来发展趋势

　　3.1 软件和服务为中心

　　未来智能化的农业节水灌溉主要是以软件和服务为重点核心内容,农民只需要通过数据的传输而获得决策内容,不需要拥有技术。另外,用户还不需要利用硬件来维持系统的完整性,利用物联网技术就可以得到数据。

　　3.2 大数据连接采集到的数据

　　如果没有数据连接,那么采集到的数据都不能被有效利用,存在了信息孤岛现象。物联网技术的利用可以使数据进行连接和共享,从而避免孤岛化的现象发生。

　　3.3 利用关联进行决策转变

　　农业生产中的节水灌溉, 利用的是蒸发蒸腾量的决策内容,它的决策来自于关联关系数据,从而最终得到水信息的预测。此环节的有效利用有利于水资源的优化配置, 还可以达到抗旱减灾的提前防范要求,从而避免了损失的发生。

　　结束语

　　综上所述,物联网技术为农业生产中的节水灌溉环节带来了优势,因此研究人员要加大对物联网技术的研究,从而开发出更多的技术,进一步促进农业生产的快速发展。

　　参考文献

　　[1]李勉,高秀红,袁超.面向智能灌溉的物联网应用研究[J].农业网络信息,2014(5):145.

　　[2]李聪聪,高立艾,李云亮.基于物联网技术和模糊控制的智能节水灌溉系统[J].节水灌溉,2013(12):78-79

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