农业物联网中关键技术研究与探讨

体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、海计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。农业物联网中的关键技术也主要集中在传感器网络技术、身份识别技术、通信技术、智能处理技术等方面。

图2 精准的农业控制系统

　　2.1 传感器网络技术

　　无线传感器网络是物联网中感知事物、传输数据的重要手段，可以构成物联网的重要的触角和神经。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络在农业信息化领域中得到了广泛的应用，如精准农业、智能化专家管理系统、远程监测等方面。

　　基于无线传感器网络的精准农业控制系统可以实现环境的实时在线监测。系统由无线传感器网络、无线网关和监测中心三部分组成（图2略）。分布在监测区域的传感器节点采集环境数据，数据包括土壤温度、湿度、大气气压、风速、作物生长情况等。传感器的类型可以根据需要监测的农田参数进行选择，如温湿度传感器、大气压力传感器、光照强度传感器等。传感器节点以ZigBee自组网方式构成传感器网络，并通过一跳或多跳的无线通信方式将数据发送至无线网关。无线网关接收传感器节点传送来的数据，通过其他外部的网络（Internet或GPRS）将数据传送到监测中心。监测中心负责对目标监测区域发出各项环境指标的查询请求命令，并对收集上来的数据进行分析处理，为农业专家决策并制定农田变量作业处方提供主要数据源和参数。

　　目前，全国已在多个省份建立起设施农业数字化技术、大田作物数字化技术和数字农业集成技术等综合应用示范基地。一些先进的农用传感器也在应用实验阶段，如电化学离子传感器，用于土壤中氮、磷、钾和重金属含量的快速检测；生物传感器，用于禽流感快速检测、商致病性细菌检测；气敏传感器，用于食品品质、气体污染、排放监测等。

　　今后，农业传感器技术将朝着微型化、低功耗、高可靠性的方向发展，能否降低构建传感器网络的成本，降低传感器的功耗，延长传感器网络的生命周期是传感器网络能否在农业中得到广泛应用的关键。此外，如何提高传感器网络的可靠性也将是研究的重心。现有无线传感器网络空间范围查询处理算法能量消耗较大，且当节点失效时查询处理过程易被中断，无法返回查询结果。刘亮等提出了一种能量高效的算法ESA，减少了传感器节点发送的数据消息数目，降低算法分发查询消息消耗的能量。同时，设计了一种利用节点冗余恢复查询处理过程的算法，降低_了算法因节点失效而中断的概率。

　　2.2 身份识别技术

　　物联网需要在感知层中对大量的物体进行个体标识，即身份识别技术。射频识别RFlD（Radio Frequency Identification）标签技术已成为物联网中对物体感知识别的主要技术，并且通过与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。

　　RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别过程无须人工干预。RFID系统由电子标签、读写器和中央信息系统三个部分组成，电子标签可分为依靠自带电池供电的有源电子标签和无自带电源的无源电子标签。RFID系统的工作原理（图3略）是：当电子标签进入读写器发出的射频信号覆盖的范围内后，无源电子标签凭借感应电流所获得的能量发送存储在芯片中的产品信息，有源电子标签主动发送某一频率的信号来传递自身的产品信息。当读写器读取到信息并解码后，将信息送至中央信息系统进行数据处理。

图3 RFID工作原理图

RFID技术在农产品质量安全监管中的应用越来越普及，在农产品质量安全追溯中的研究也取得了一定进展。RFID技术在农产品可追溯系统的应用可深入农产品原料、产品加工、物流销售各方面。在农畜产品饲养环节上，RFID技术可以用来标汉动物、记录和控制瘟疫等，主要有项圈电子标签、纽扣式电子耳标、耳部注射式电子标签以及通过食道放置的瘤胃电子标签等方式来记录动物的信息。耿丽微等提出并建立了一种基于无线射频识别技术的奶牛的身份识别系统。该系统通过采用瘤胃式动物电子标识来为每头奶牛建立一个永久性的数码档案，实行一畜一标，并通过采用RFID技术以及单片机与PC机的通信技术对存储奶牛信息的电子标签进行远距离识别，从而及时的实现对每头奶牛的监控