基于无线传感器网络的精准农业灌溉技术.doc

基于无线传感器网络的精准农业灌溉技术一、研究背景及意义1、精准农业概述精准农业(PrecisionAgriculture)是当今世界农业发展的新潮流是由信息技术支持的根据空间变异定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统。其根据作物生长的土壤性状调节对作物的投入调动土壤生产力以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入并改善环境高效地利用各类农业资源取得经济效益和环境效益。精准农业并不过分强调高产而主要强调效益它将农业带入数字和信息时代是21世纪农业的重要发展方向。精准农业技术系统以大田耕作为基础定位到每一寸土地它从耕地播种灌溉施肥中耕田间管理植物保护产量预测到收获、存储、管理的全过程实现数字化网络化和智能化。应用遥感遥测遥控等先进技术以实现农业生产的信息驱动科学经营知识管理合理作业使每一寸土地都得到最优化使用形成一个包括对农作物土地和土壤从宏观到微观的监测预测农作物生产发育状况以及环境要素的现状和动态分析在内的信息农业技术系统。精准农业在美国等发达国家已经形成一种高新技术与农业生产相结合的产业已被广泛承认是可持续发展农业的重要途径并无疑是21世纪领先的农业生产技术。美国八十年代初提出精准农业的概念和设想九十年代初进入生产实际应用目前还处在研究发展阶段部分技术和设备已经成熟和成型但还没有形成系统。美国实施精准农业是根据需要、经济、实用的原则来进行的很少把所有的技术都全套应用上。以色列是目前世界上采用节水灌溉技术最广泛的国家。缺水是制约以色列农业发展最主要的因素因此在以色列的大地上节水灌溉无所不在。经过半个多世纪的发展目前以色列已形成了完整的节水农业体系凡有人居住的地方就有绿色存在有绿色的地方就有滴灌。除此之外在英国、德国、荷兰、法国、加拿大、澳大利亚、巴西等国家都有开展精准农业研究和应用的报道。日本、韩国等国家近年来已加快开展精准农业的研究工作并得到政府部门和相关企业的大力支持。2、推行精准灌溉的意义实施精准灌溉是推行精准农业的重要环节。从控制工程的角度来讲精准灌溉表示在土壤、气候、作物、水源和灌溉设施等约束条件下通过对灌溉方式、时机、速度、水量等实施精准控制使农田水势保持在适宜作物生长的最佳状态即农田水势的最优化控制。我国农业用水量约占总用水量的80％左右但水的利用系数即利用率却普遍低下。就全国范围而言农业灌溉水的利用系数平均为0.45。换句话说我国农业用水的55％浪费掉了水资源严重短缺以及水资源利用率偏低严重制约着我国经济的可持续发展。加上全国90％的废、污水未经处理或处理未达标就直接排放的水污染11%的河流水质低于农田供水标准。水是农业的命脉是生态环境的控制性要素同时又是战略性的经济资源因此实现水资源合理利用发展节水供水改善生态环境是我国目前发展精确农业的关键。国家发改委、科技部、建设部、农业部和水利部联合发布的《中国节水技术政策大纲》明确指出:发展高效节水型农业是国家的基本战略改进田间灌水技术是农业节水的重点；鼓励应用精准控制灌溉技术；提倡适时适量灌溉；加强农作物水分生理特性和需水规律研究；积极研究作物生长与土壤水分、土壤养分、空气湿度、大气温度等环境因素的关系。精准灌溉不仅可以大大提高水的利用率80%～90%提高水对农业的增产率20%～40%而且还可以提高水分的生产率。以科学配水、科学用水、科学节水、兴利避害为核心的精准灌溉是解决我国农业用水的有效途径。精准灌溉最大的目的和特征就是以最精省的水资源投入去换取农作物的最优最高产出。3、无线传感器网络概述能够在人、物和事件之间实现无缝连接一直是计算机业界发展的目标这个目标看起来似乎遥不可及但现在这种局面已经有所改变。由于在传感器、计算和通信技术领域取得的快速进步互连世界已不再仅限于互联网的广泛使用一些全新的应用将把强大的计算能力和无线通信能力带入我们的日常生活。早在上世纪70年代就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力并通过与传感控制器的相联组成了有信息综合处理能力的传感器网络这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始现场总线技术开始应用于传感器网络人们用其组建智能化传感器网络大量多功能传感器被运用并使用无线技术连接无线传感器网络逐渐形成。2003年美国《技术评论》提出无线传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。同年美国《商业周刊》评价无线传感器网络是人类未来四大高新技术产业之一。著名的《福布斯》杂志评论说：“未来的传感器网络将比现有的Internet大得多。”我国无线传感网在研究、应用及标准化等方面与国际先进水平基本同步。传感器网络已经成为我国信息领域少数位于世界前列的方向之一