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无线传感器网络在西班牙南部精确农业上的应用 J.A. López Riquelmea, F. Sotoa, J. Suardíaza, P. Sáncheza, A. Iborraa,?, J.A. Verab a Universidad Politécnica de Cartagena, División de Sistemas e Ingeniería Electrónica, Campus Muralla del Mar, s/n, Cartagena E-30202, Spain b Edosoft Factory S.L., María Manrique 3, Las Palmas de Gran Canaria E-35011, Spain 摘要 近年来，许多应用已经涉及到无线传感器网络。其中之一是精确农业，无线传感器网络能够在管理灌溉水资源、掌握农作物的最佳收获时间、估计肥料的需求和准确预测农作物的性能等方面发挥着重要的作用。本文介绍了在半干旱的穆尔西亚区的生态园艺企业里引进和部署一个实验传感器网络。并给出了使用四种类型节点（土壤节点，环境节点，水节点和网关节点）来部署网络的拓扑结构，其中一些节点连接分布在田地里的不同传感器。这些传感器可以测量各种土壤特性，例如温度、体积含水量和含盐量。对每个节点，从总体结构、硬件和软件组件方面进行了描述。该系统还包括一个由放置在农场中央室里的计算机所执行的实时监测应用程序。系统的测试分两个阶段完成：第一阶段在实验室，验证开发设备的功能要求、网络解决方案及节点电源管理；第二阶段在农场，评估设备的功能性能，如范围，鲁棒性和灵活性。该系统已成功实施到生态大白菜（甘蓝）农田里。其结果是一种通过在园艺环境下的分布式区域收集农艺数据的低成本、高可靠性和简单的基础设施。 关键词：无线传感器网络 精确农业 园艺 1 导言 精确农业的概念已经出现有一段时间了。Blackmore (1994) 将它定义为“一个通过精确调整土壤和作物管理以符合每个农田的特定条件同时保持环境质量，来达到优化农业生产的全面系统设计”。如今，精准农业可以说是（张等人, 2002）一种估算、评估和理解发生在农作物中的变化，以便能够确定灌溉和肥料的需求、农作物的生长和成熟阶段、播种和收获的最佳时间等，尽可能准确的方法，换句话说，充分预测各个阶段中的作物产量。为了实现这一目标，重要的是要收集尽可能多关于水、土壤、植物和环境的信息。精准农业利用大量的技术和基础设施：数据仪器和收集系统、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、微电子学、无线技术等等（Chiti et al., 2005; 唐等, 2002）。许多无线技术已经用于不同用途来实现在精准农业的无线传感器（Wang et al., 2006; Camilli et al., 2007; Vellidis et al., 2008; Siuli Roy and Bandyopadhyays, 2008; Pierce and Elliot, 2008）——从简单的红外线装置（IrDAs）的超短程距离到移动电话的远程系统，如支持GSM / GPRS。在这两者之间有WPANs（无线个人区域网络）的短程距离，如蓝牙（10米）和ZigBee（70米）和WLAN（无线局域网）的中间距离（100米）。Camilli et al. (2007) 描述了一个能够提供田地参数给终端用户的无线传感器网络的精准农业模拟应用程序。Pierce and Elliot (2008) 描述了为地区和农场传感器网络及其实施在美国华盛顿州的两个农业应用开发硬件和软件组件。 WSNs（无线传感器网络）属于WPANs范畴(Akyildiz et al., 2002)，是一种由几十、数百或数千个低速率智能装置或节点组成的自组织Ad Hoc网络，一般用电池供电。这些网络的一些特性特别适用于精确农业： ? 网络拓扑不需要固定；节点可任意部署和适应不断变化的需求。例如，传感器节点可以放在农田的任何地方、任何安排。传感器节点可以直接删除或添加，而不必重新配置所有其他节点。 ? 比其他类型的网络更容错，因为当一个节点失败时，会自动路由其他节点来补偿，这归功于动态网络重构的内在可能性。例如，如果一个作物正处于成长阶段，物理访问节点是复杂的，取代它不是绝对必要的。 ? 节点能源消耗以这样一种方式优化，可以完全采用由电池或可再生能源系统（太阳能、风能或液压）供电(Morais et al., 2008)。这样，供应能量应能确保节点的整个生命周期——至少有一个农业周期。 ? 用于精确农业的传感器通常必须稳健、准确、高分辨率，因此比较昂贵（每个传感器300美元以上），但目前的趋势是将传感器嵌入节点，可大大降低其成本。 节