摘要：為精準變量播種、施肥、施藥及自動灌溉等的實施，并為科學研究提供全面信息，本文設計了精準農業(yè)信息感知系統(tǒng)。系統(tǒng)設計基于物聯(lián)網透徹感知、可靠傳輸及智能處理理念，整個系統(tǒng)由無線感知網絡、傳輸節(jié)點、ＧＰＲＳ及上位機管理系統(tǒng)等部分組成。其中無線感知網絡由感知終端和傳感模塊組成，并通過標準接口進行連接。系統(tǒng)能實時感知作物生長環(huán)境信息及作物生理信息，并將數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)缴衔粰C管理系統(tǒng)。上位機管理系統(tǒng)首先對數(shù)據(jù)進行處理，并將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，還可通過Ｗｅｂ系統(tǒng)在線展示和發(fā)布。長時間運行測試表明，系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠。

　　關鍵詞：物聯(lián)網；精準農業(yè)；透徹感知；無線感知網絡

　　１引言

　　精準農業(yè)（ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ）是現(xiàn)代高新農業(yè)技術發(fā)展進程中為減少農業(yè)生產中的盲目投入、節(jié)約成本并增加產量、提高農資利用率、減少環(huán)境污染、阻止生態(tài)環(huán)境的進一步惡化而提出的新舉措［１］。其核心思想是獲取農田小區(qū)作物產量和影響作物生產的環(huán)境因素（如土壤結構、土壤肥力、地形、氣候、病蟲草害等），分析影響小區(qū)產量差異的原因，采取技術上可行、經濟上有效的調控措施，對作物栽培管理實施定位，改定量投入為變量投入［２］。精準農業(yè)是在現(xiàn)代信息技術、作物栽培管理技術、農業(yè)工程裝備技術等一系列高新技術的基礎上發(fā)展起來的一種重要的現(xiàn)代生產形式和管理模式，是當今世界農業(yè)發(fā)展的潮流，也是未來農業(yè)發(fā)展的趨勢。在精準農業(yè)實施中，作物的生長信息和環(huán)境信息的準確實時獲取是關鍵。高密度的、全面的農業(yè)信息獲取是精準農業(yè)實施的前提。針對當前農業(yè)信息采集系統(tǒng)存在的參數(shù)不全面、實時性差等問題，設計了本信息采集系統(tǒng)［３～５］。

　　２系統(tǒng)功能與結構

　　我國農業(yè)信息化技術的高速發(fā)展為精準農業(yè)實施奠定了基礎，物聯(lián)網作為現(xiàn)代信息技術發(fā)展的產物，更是為農業(yè)生產及環(huán)境信息的獲取提供了有力工具和可靠保證。物聯(lián)網是“萬物溝通”的，具有全面感知、可靠傳送、智能處理特征的連接物理世界的網絡，實現(xiàn)了任何時間、任何地點及任何物體的連結，將網絡技術延伸到了任何需要實時管理的物與物之間。與常規(guī)技術相比，物聯(lián)網以其更透徹感知功能，極大提高了人類感知世界的能力；以其更全面的互聯(lián)，增強了人類遠程認知的能力；以其更深入的智能化，提高了人類與世界和諧相處的能力。物聯(lián)網的功能特點，為精準農業(yè)相關信息的全面、可靠、深入、廣泛感知提供了可靠保障［６～１１］。２．１系統(tǒng)結構基于物聯(lián)網的精準農業(yè)信息感知系統(tǒng)由感知層、傳輸層及智能處理層組成。其中，感知層由眾多感知節(jié)點組成，眾多感知節(jié)點通過無線連接組成了無縫感知網絡；傳輸層由傳輸節(jié)點組成，可根據(jù)需要設置傳輸節(jié)點數(shù)量；智能處理層完成信息的顯示、存儲、分類及智能處理。系統(tǒng)整體結構如圖１所示。

　　由圖１看出，感知層采用了典型的分簇型網絡結構。網絡由Ｓｉｎｋ節(jié)點、簇頭節(jié)點和感知節(jié)點三種類型的節(jié)點構成。Ｓｉｎｋ節(jié)點作為感知層的網關節(jié)點，簇頭節(jié)點通過單挑或多跳路由方式與Ｓｉｎｋ節(jié)點進行數(shù)據(jù)通信。感知節(jié)點是實現(xiàn)信息感知的基本功能單元，并把感知信息通過無線傳輸向簇頭傳送。

　　２．２感知節(jié)點硬件設計

　　根據(jù)國際電信聯(lián)盟的建議，感知層的主要功能是通過各種類型的傳感器對物質屬性、環(huán)境狀態(tài)、行為態(tài)勢等靜態(tài)／動態(tài)的信息進行大規(guī)模、分布式的信息獲取與狀態(tài)辨識，并針對具體感知任務，采用協(xié)同處理的方式對多種類、多角度、多尺度的信息進行在線計算與控制［１２］。感知節(jié)點是物體屬性及環(huán)境感知任務的承擔者。首先是完成物體所處環(huán)境信息的感知，還要對物體屬性進行感知。感知節(jié)點還具有ＧＰＳ定位及無線傳輸功能。分析感知節(jié)點特性，設計感知節(jié)點結構如圖２所示。感知節(jié)點設計采用了模塊化結構，以信息感知主板為核心，根據(jù)需要輔以相應功能模塊。信息感知主板的微處理器選用了具有超低功耗、片上資源豐富、指令執(zhí)行速度快的ＭＳＰ４３０Ｆ１４９。微處理器除帶有８個ＡＤＣ轉換接口外，另還具有５個８腳的ＩＯ接口。均輔以１０腳的標準插座（１腳和１０腳分別連接地和電源），可通過排線連接需要的傳感器件。

　　3感知節(jié)點軟件設計

　　感知節(jié)點主要完成信息的感知和傳輸。采用了被動感知信息方式，感知節(jié)點接收到采集命令后，繼而完成信息采集及轉發(fā)任務。即感知節(jié)點的微處理器接到采集任務后，首先進行信息的采集和處理，處理好的數(shù)據(jù)由無線傳輸模塊把信息轉發(fā)給傳輸節(jié)點，并由傳輸節(jié)點傳輸?shù)缴衔粰C。微處理器與無線模塊間通訊采用了通用串行異步協(xié)議通訊方式，并在無線傳輸中定義了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)收發(fā)協(xié)議。軟件流程如圖７所示。

　　４上位機軟件系統(tǒng)設計

　　上位機軟件系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)處理功能。系統(tǒng)采用ＪＡＶＡ開源框架開發(fā)，系統(tǒng)使用ＭＶＣ三層設計模式，即：ＪＳＰ＋Ｓｅｒｖ－ｌｅｔ＋ＪａｖａＢｅａｎ。即ＭＶＣ把一個應用的輸入、處理、輸出流程按照Ｍｏｄｅｌ、Ｖｉｅｗ、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ的方式進行了分離，一個應用被分成了模型層、視圖層、控制層三個層次。Ｓｅｒｖｌｅｔ為ＭＶＣ的控制層，擔當主要邏輯控制。通過接受ＪＳＰ傳來的用戶請求，調用以及初始化ＪａｖａＢｅａｎ，然后通過ＪＳＰ傳到客戶端。ＪａｖａＢｅｅｎ為ＭＶＣ模型層，擔當配合ＪＳＰ以及Ｓｅｒｖｌｅｔ來完成用戶的請求。ＪＳＰ為ＭＶＣ視圖層，擔當接受與響應客戶端。其實現(xiàn)的流程為：客戶發(fā)送請求給控制器Ｓｅｒｖｌｅｔ，Ｓｅｒｖｌｅｔ根據(jù)請求實例化模型組件，進行存儲數(shù)據(jù)和業(yè)務邏輯操作，操作結果返回給ＪＳＰ，ＪＳＰ再把信息解析給客戶。數(shù)據(jù)庫采用Ｍｙｓｑｌ５．０設計，并通過Ｔｏｍｃａｔ服務器在線發(fā)布。等用戶登錄之后，即可查看實時及理事數(shù)據(jù)。其流程如圖８所示。數(shù)據(jù)處理中，還開發(fā)了大田生姜自動精準灌溉決策模型。參照該模型，系統(tǒng)可根據(jù)感知到的環(huán)境信息及生姜生長信息，自動進行生姜澆灌處理。

　　５結束語

　　基于物聯(lián)網的透徹感知及可靠傳輸技術設計了農業(yè)信息感知系統(tǒng)。系統(tǒng)由感知層、傳輸層及智能處理三層組成，其中感知層中的感知節(jié)點通過標準接口與傳感器進行連接，可根據(jù)需要連接不同類型的傳感器，方便實現(xiàn)不同類型信息的透徹感知、可靠傳輸及智能處理。系統(tǒng)開發(fā)成功后，長時間大量實驗表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠、維護方便，易于擴展，具有較高的推廣應用價值。

　　參考文獻：

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　　［３］高曉燕，湯楚宙，吳明亮．變量播種技術在精細農業(yè)中的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景［Ｊ］．企業(yè)技術開發(fā)，２０１１，３０（５）：１－３．

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　　柳平增１，２，孟祥偉１，田盼３，鄧振民１，王文山１，王玉存１，畢樹生２