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无线传感网在农业的应用

1. 2 国内外研究及应用情况

1. 2. 1 国外研究及应用情况。加州大学伯兊利分校利用传

感器网络监控大鸭岛( Great Duck Island) 的生态环境,在岛

上部署30 个传感器节点,传感器节点采用伯兊利分校的Micamode 节点,包括监测环境所需的温度、光强、湿度、大气压

力等多种传感器,实现了信息的实时采集[4 - 5]。

加州大学在南加利福尼亚San Jacinito 山建立了可扩展

的无线传感器网络系统,主要监测局部环境条件下小气候和

植物甚至动物的生态模式[6]。此外,还可以利用无线传感器

网络系统监测牧场中牛的活动,以防止2 头牛互相争斗[7]。

为了在印度西部多山区域监测泥石流,部署了无线传感

器网络系统,用于实时监测山体状况,以实现在灾难发生前

预测泥石流的发生[8]。

Intel 公司利用Crossbow 公司的Mote 系列节点在美国俄

勒冈州的一个葡萄园中部署了监测其环境微小变化的无线

传感器网络。

1. 2. 2 国内研究及应用情况。在我国,无线传感器网络的

应用研究几乎与发达国家同步启动、同步发展,但总体来看,

针对无线传感器网络的研究还较为薄弱。无线传感器网络

首次正式出现于1999 年中国科学院《知识创新工程试点领

域方向研究》的“信息与自动化领域研究报告”中,项目名称

为重点地区灾害实时监测、预警和决策支持示范系统。2001

年,中科院依托上海微系统所成立了微系统研究与发展中

心,并通过该中心在无线传感器网络方面陆续部署了若干重

大研究项目和方向性项目。

国内的许多高校和科研单位也掀起了无线传感器网络

的研究热潮。清华大学、哈尔滨工业大学和黑龙江大学从

2002 年开始在时钟同步与定位、传感器数据管理系统方面开

展了研究工作。重庆大学也在同一时间开始研究嵌入式无

线传感器网络节点、可重构技术、无线传感器中的定位等。

《国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2006 ~ 2020) 》在支

持的重点领域及其优先主题“信息产业及现代服务业”中列

入了“传感器网络及智能信息处理”; 为信息技术确定的3 个

前沿方向中,2

个与无线传感器网络的研究直接相关,即智能

感知技术和自组织传感器网络技术。2004 年中国国家自然

科学基金委员会将无线传感器网络列为重点研究项目; 2005

年中国国家自然科学基金将网络传感器中的基础理论和关

键技术列入计划; 2006 年国家自然科学基金委员会将水下移

动传感器网络的关键技术列为研究重点。

无线传感器网络在设施农业领域的应用研究始于21 世纪初叶。2002 年,英特尔公司率先在俄勒冈州建立了世界上第一个无线葡萄园[14]。传感器节点被分布在葡萄园的每个角落, 1 min 检测1 次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量,以确保葡萄可以健康生长。研究人员发现,葡萄园气候的细微变化可极大地影响葡萄酒的质量。通过长年的数据记录以及相关分析,便能精确的掌握葡萄酒的质地与葡萄生长过程中的日照、温度、湿度的确切关系。该方案所使用的节点为美国Crossbow 公司的Mote 系列节点MICA2 和MTS300CA。

此后,国内外众多研究人员开展相关研究,并取得一些成果,典型案例包括: Digital Sun 公司开发的自动洒水系统使用无线传感器感应土壤的水分,并在必要时与接收器通信,控制灌溉系统的阀门打开或关闭,从而达到自动、节水灌溉的目的[15]。

日本北海道国家旱作农业研究所利用无线局域网建立了覆盖大型试验区域的信息系统[9]。在半径1. 5 km 范围内利用该系统可将田间试验数据、温室环境数据等直接上传到研究所,同时下载各种需要的数据和信息,如遥感地图、气象资料等,也可以通过该系统接入互联网。不论是田间的固定设施( 试验室、温室大棚等) ,还是移动设施( 收割机、手机、笔

记本电脑、数据采器等) 都可以接入,从而方便了信息的利用和服务,克服了有线局域网

的局限性。