物联网与传感器技术在农田与作物监测中的应用

世界各国都在研究无线传感器网络在现代农业领域中的应用问题，其中有的研究课题针对植物生理生态监测，包括空气温湿度、土壤温度、叶片温度、茎液流速率、茎粗微变化、果实生长等方面。我国科学家已经开展了在线叶温传感器、植物茎干传感器、植物微量生长传感器等专用传感器以及在线植物生理生态系统项目的研究。图7-9所示为无线传感器网络在植物生理生态监测中应用的示例。

图7-9 无线传感器网络应用于农业节水灌溉中的示例

目前，无线传感器网络在大规模温室等农业设施中的应用已经取得了很好的进展。以荷兰为代表的欧美国家的农业设施规模大、自动化程度高，主要用于在花卉与蔬菜温室的温度、光照、灌溉、空气、施肥的监控中，形成了从种子选择、育种控制、栽培管理到采收包装的全过程自动化。以西红柿、黄瓜种植为例，无土、长季节栽培的西红柿、黄瓜采收期可以达到9～10个月，黄瓜平均每一株采收80条，西红柿平均每一株采收35只，平均产量为60kg/m²。(www.xing528.com)

如何在现代农业设施的设计与制造、农业生产过程的监控与环境保护中应用无线传感器网络，提高生产效率与产品竞争力，已经成为世界各国农业科学研究的一个热点课题。例如，以色列一家公司设计了一种星形结构的无线传感器网络，用于气象信息、土壤信息的作物监控系统。美国加州GrapeNetworks公司为加州中央谷地区设置了一个大型的农业无线传感器网络系统。这个系统覆盖了50acre^[1]的葡萄园，配置了200多个传感器，用以监控葡萄生长过程中的温度、湿度、光照数据，发现葡萄园气候的微小变化，而这些变化可能成为影响今后酿造的葡萄酒的质量。葡萄园的管理者可以通过常年的观测记录与生产的葡萄酒品质的分析、比较，寻找葡萄种植环境因素与葡萄酒质量直接的准确关系，实现精准农业技术的要求。这家公司的负责人对这个项目有一个评论：互联网在20年内发生了改变，但是仍局限在虚拟世界，而这个项目是将有限的网络世界连接到真实世界，将互联网的应用带入了一个全新的领域。

农业节水灌溉意义重大，农用传感器网可监测灌溉区不同位置上的土壤湿度、作物的水分蒸发量与降水量等，并将监测到的数据通过无线传感器网络传送到控制中心。控制中心分析实时采集的参数之后，控制不同区域的无线电磁阀，达到精密、自动、合理用水的目的，实现农业与生态节水技术的定量化、规范化，以促进节水农业的快速发展。