物联网概论第四章 物联网在精致农业中的应用

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1、物联网概论物联网概论第第4 4章章 物联网在精致农业中的应用物联网在精致农业中的应用目目 录录4.14.1精致农业精致农业概述概述 4.2 4.2 “精准农业精准农业”到到“精致农业精致农业” 4.34.3无线传感网基础作用无线传感网基础作用 4.44.4精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例2学习目标学习目标1 1）了解精致农业的基本内涵）了解精致农业的基本内涵2 2）了解物联网在精致农业中的应用）了解物联网在精致农业中的应用3 3）了解物联网在精致农业应用的基本技术）了解物联网在精致农业应用的基本技术构架构架4.1 4.1 精致农业概述精致农业概述国内外现状国内外现状 基辛格博士说：

2、基辛格博士说：“2121世纪，谁控制了石油，谁就控制世纪，谁控制了石油，谁就控制了所有国家；谁控制了粮食，谁就控制了人类；谁掌握了所有国家；谁控制了粮食，谁就控制了人类；谁掌握了货币发行权了货币发行权, ,谁就掌握了世界。谁就掌握了世界。” 我国随着各地城市化建设的加速，可耕地面积、灌溉用水我国随着各地城市化建设的加速，可耕地面积、灌溉用水和生态与环境压力将持续加大。和生态与环境压力将持续加大。 4.1 4.1 精致农业概述精致农业概述国内农业发展面临的大课题国内农业发展面临的大课题 转变传统农业耕作方式，减少浪费，降低成本，转变传统农业耕作方式，减少浪费，降低成本，尽可能提高每一寸土地、每一

3、滴水的利用率和产尽可能提高每一寸土地、每一滴水的利用率和产能，减少每一克农药、化肥的用量，发挥机械化、能，减少每一克农药、化肥的用量，发挥机械化、自动化、信息化作用。自动化、信息化作用。 4.1 4.1 精致农业概述精致农业概述微电机技术的发展推动了农业工程的长足进步，微电机技术的发展推动了农业工程的长足进步，美国开始在农业机械中推广光机电一体化的分美国开始在农业机械中推广光机电一体化的分析装置和控制技术，使得对农田灌溉与农肥农析装置和控制技术，使得对农田灌溉与农肥农药的受控喷施在硬件上成为可能，大型农机作药的受控喷施在硬件上成为可能，大型农机作业可实现精细化作业。业可实现精细化作业。 上世纪

4、七十年代上世纪七十年代 4.1 4.1 精致农业概述精致农业概述八十年代八十年代 计算机技术起飞，微处理器成本不断下降而功计算机技术起飞，微处理器成本不断下降而功能日益强大，各种大型农机的专用计算机普及，能日益强大，各种大型农机的专用计算机普及，实现了对各作业点测量数据进行分析、并能结实现了对各作业点测量数据进行分析、并能结合各种优化模型进行多因素比较，为科学农耕合各种优化模型进行多因素比较，为科学农耕提供了聪明的提供了聪明的“脑袋脑袋”。 4.1 4.1 精致农业概述精致农业概述九十年代九十年代美国政府鼓吹美国政府鼓吹“信息高速公路信息高速公路” ” 海湾战争后海湾战争后GPSGPS技术民用

5、化技术民用化 戈尔提出戈尔提出1 1米分辨率的米分辨率的“数字地球数字地球” ” 4.1 4.1 精致农业概述精致农业概述各大农机厂商纷纷向市场提供了装有各大农机厂商纷纷向市场提供了装有GPSGPS定位定位和探测作物生长传感器的康拜因，它能在作业和探测作物生长传感器的康拜因，它能在作业过程中自动采集过程中自动采集12-1512-15m m2 2单元内的小面积土壤单元内的小面积土壤和农作物位置坐标，通过模糊聚类分析软件生和农作物位置坐标，通过模糊聚类分析软件生成农田内作物长势分布图，定量分析各田块的成农田内作物长势分布图，定量分析各田块的作物长势，将块间差异与坐标结合，指挥农机作物长势，将块间差

6、异与坐标结合，指挥农机对各块进行优化调控作业，为农机作业提供了对各块进行优化调控作业，为农机作业提供了敏锐的敏锐的“眼睛眼睛”。 九十年代九十年代4.1 4.1 精致农业概述精致农业概述美国国家研究委员会于美国国家研究委员会于19971997年发表了年发表了2121世纪的精准农业世纪的精准农业-地理空间与信息技术地理空间与信息技术应用于作物管理应用于作物管理，全面阐述了信息技术，全面阐述了信息技术将为改进作物生产管理和提升农业产能与将为改进作物生产管理和提升农业产能与经济效益提供的巨大潜力，正式提出了经济效益提供的巨大潜力，正式提出了“精准农业精准农业”技术体系的研究现状，阐述了技术体系的研究

7、现状，阐述了精准农业的概念，总体功能和发展前景等。精准农业的概念，总体功能和发展前景等。 精准农业的提出精准农业的提出4.1 4.1 精致农业概述精致农业概述“精准农业精准农业”的基本内的基本内涵涵 精准农业将传统作物学、农艺学、土壤学、植保精准农业将传统作物学、农艺学、土壤学、植保学、资源测量学和优化控制技术等集成在农机装学、资源测量学和优化控制技术等集成在农机装备上，与田间信息采集技术、优化与决策支持技备上，与田间信息采集技术、优化与决策支持技术等融为一体，在术等融为一体，在3S3S（即（即GPSGPS空间定位系统、空间定位系统、GISGIS地理信息系统、地理信息系统、RSRS遥感监测系统

8、）遥感监测系统）技术的支持下，技术的支持下，实现小范围农田定位。控制现代农业机械，实测实现小范围农田定位。控制现代农业机械，实测作物生长情况和土壤条件等的差异，动态修改对作物生长情况和土壤条件等的差异，动态修改对定位单元范围内作物的分析、按土壤的需要变化定位单元范围内作物的分析、按土壤的需要变化进行施肥、病虫害管理、植物保护等方面的作业，进行施肥、病虫害管理、植物保护等方面的作业，形成所谓形成所谓“处方式耕作处方式耕作”方式。方式。 4 42 2 从从“精准农业精准农业”到到“精致农业精致农业”， 从从3S3S技术到物联网技术到物联网 2121世纪世纪 信息技术进一步发展，各类应用门槛信息技术

9、进一步发展，各类应用门槛大大降低。大大降低。物联网的出现，使原先以定位为主的物联网的出现，使原先以定位为主的功能扩展到自动识别、农产品流通跟功能扩展到自动识别、农产品流通跟踪、环境感测、耕作优化、辅助决策踪、环境感测、耕作优化、辅助决策等领域，从而极大地丰富了等领域，从而极大地丰富了“Precision Agriculture”Precision Agriculture”的技术内的技术内涵与应用，并孕育着划时代的农业革涵与应用，并孕育着划时代的农业革命。命。4 42 2 从从“精准农业精准农业”到到“精致农业精致农业”， 从从3S3S技术到物联网技术到物联网在微观上在微观上 它通过分布在田间或

10、大棚内的多种传它通过分布在田间或大棚内的多种传感器，自动感测并跟踪控制作物的生感器，自动感测并跟踪控制作物的生长态势并进行最佳管理。长态势并进行最佳管理。在宏观上在宏观上 物联网将促进农业从单纯的生产导向物联网将促进农业从单纯的生产导向转向转向“生产、生活、生态生产、生活、生态”的的“三生三生并重并重”的绿色环保导向农业。其内涵的绿色环保导向农业。其内涵已不仅包含农田种植，还扩展到园艺已不仅包含农田种植，还扩展到园艺经营、集约化养殖、产品加工及主副经营、集约化养殖、产品加工及主副食品的生产管理，涌现出越来越多的食品的生产管理，涌现出越来越多的创新性应用创新性应用 。4 43 3 无线传感网的基

11、础作用无线传感网的基础作用 无线传感网（无线传感网（Wireless Sensor Network, WSNWireless Sensor Network, WSN） 它将布置在一个特定区域内的它将布置在一个特定区域内的许多传感器以无线通信方式相许多传感器以无线通信方式相互连结组成网络，形成精细农互连结组成网络，形成精细农业管理信息系统的基础架构，业管理信息系统的基础架构，用于监测环境的变化、对象定用于监测环境的变化、对象定位、观察特定参量等，进而做位、观察特定参量等，进而做出相应操作、传输数据以及其出相应操作、传输数据以及其它辅助作业。它辅助作业。 精致农业的精致农业的关键技术关键技术4 4

12、3 3 无线传感网的基础作用无线传感网的基础作用农业领域的无线传感网结构农业领域的无线传感网结构主要分两个方向主要分两个方向 Wi-FiWi-Fi遵循遵循 IEEE 802.11IEEE 802.11（IEEE 1999bIEEE 1999b）, ,以日本农业总合研究所创的田间服务器（以日本农业总合研究所创的田间服务器（Field Field Server, FSServer, FS）为代表为代表 ZigBeeZigBee遵循遵循IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4 （IEEE 2003IEEE 2003）通讯协议通讯协议, ,以美国柏克利大学的以以美国柏克利大学的以Mote

13、Mote为基础的为基础的WSNWSN和和NASANASA喷射喷射引擎实验室（引擎实验室（JPLJPL）的感测网为代表的感测网为代表 4 43 3 无线传感网的基础作用无线传感网的基础作用WiWi- -Fi Fi WiWi- -FiFi为为Wireless FidelityWireless Fidelity的缩写，是无线数据的缩写，是无线数据传输技术协议，目前普遍使用。传输技术协议，目前普遍使用。IEEEIEEE对无线网络对无线网络制定了制定了802.11802.11标准协议，包括不同无线标准协议，包括不同无线APAP之间传之间传输器的输器的802.11802.11f f（用于漫游），以及不同传

14、输频用于漫游），以及不同传输频率和速度的率和速度的802.11802.11（a,b,ga,b,g）。）。802.11b 802.11b 有两种有两种运作模式，一种是无线网卡和运作模式，一种是无线网卡和APAP之间建立网络，之间建立网络，另一种是称为另一种是称为Ad Hoc Ad Hoc 的客户端对客户端的传输的客户端对客户端的传输模式，在这一模式中，每组使用无线网卡的客户模式，在这一模式中，每组使用无线网卡的客户端均需要在对方的信号范围内。端均需要在对方的信号范围内。 4 43 3 无线传感网的基础作用无线传感网的基础作用Zigbee Zigbee ZigbeeZigbee遵循遵循IEEE 8

15、02.15.4 IEEE 802.15.4 协议，是一种新的协议，是一种新的短距离无线通讯标准，最大优势在于低成本、短距离无线通讯标准，最大优势在于低成本、低耗电及应用范围广。主要用于改善蓝芽的缺低耗电及应用范围广。主要用于改善蓝芽的缺点，因蓝芽技术只能撷取点，因蓝芽技术只能撷取7 7个无线设施，而个无线设施，而ZigBeeZigBee却能控制却能控制6 6万多个；且从开启蓝芽耳机到万多个；且从开启蓝芽耳机到接收蓝芽手机的讯号约需接收蓝芽手机的讯号约需3 34 4秒，秒，WiWi- -FiFi系统也系统也如此，但如此，但ZigBeeZigBee接口传输仅要接口传输仅要30 30 毫秒。这种毫秒

16、。这种 802.15.4/802.15.4/ZigbeeZigbee可以设置在手机或遥控器上，可以设置在手机或遥控器上，在一个空间内可迅速抓取各个配备同样接口的在一个空间内可迅速抓取各个配备同样接口的无线设施讯号，故应用面非常广泛。无线设施讯号，故应用面非常广泛。 4 43 3 无线传感网的基础作用无线传感网的基础作用 MoteMote是无线传感节点，极小尺寸的又称为是无线传感节点，极小尺寸的又称为智能灰尘（智能灰尘（Smart dustSmart dust），），特征是具有智特征是具有智能性与极小尺寸。能性与极小尺寸。MoteMote的相关产品均使用的相关产品均使用柏克利大学研发的柏克利大学

17、研发的TinyOSTinyOS和和TinyDBTinyDB为操作为操作系统与数据库系统。系统与数据库系统。Mote Mote 4 43 3 无线传感网的基础作用无线传感网的基础作用用于植物生长环境监测的用于植物生长环境监测的无线传感节点示例无线传感节点示例 4 43 3 无线传感网的基础作用无线传感网的基础作用田间服务器（田间服务器（FSFS）与）与MoteMote已成工业标准，已成工业标准，分别被企业界广泛使用，且随着分别被企业界广泛使用，且随着FSFS的日益的日益缩小和缩小和MoteMote的功能日趋强大，两者间的区的功能日趋强大，两者间的区别也在缩小。别也在缩小。4 43 3 无线传感网

18、的基础作用无线传感网的基础作用无线传感网在农业上的应用无线传感网在农业上的应用 在农业作物培育的空间应用上，无线传感网可与在农业作物培育的空间应用上，无线传感网可与田间服务器、智能灰尘等结合，在农与大棚作业、田间服务器、智能灰尘等结合，在农与大棚作业、气象预报与防灾防治上有广阔的应用，能对温度、气象预报与防灾防治上有广阔的应用，能对温度、湿度、二氧化碳、通光量、土壤含水率、土壤养湿度、二氧化碳、通光量、土壤含水率、土壤养份等进行动态监测，并能定时或根据感测信号做份等进行动态监测，并能定时或根据感测信号做逻辑判断进而控制通风设备、加热系统、灯光与逻辑判断进而控制通风设备、加热系统、灯光与光照系统

19、、加湿机、灌溉设备、警报器等运行，光照系统、加湿机、灌溉设备、警报器等运行，并发送监控短信、现场图像与视频给管理者等。并发送监控短信、现场图像与视频给管理者等。 4 43 3 无线传感网的基础作用无线传感网的基础作用在农产品生长的时间管理上，主要用于农产品生在农产品生长的时间管理上，主要用于农产品生产履历跟踪记录、农业环境信息跟踪收集、温室产履历跟踪记录、农业环境信息跟踪收集、温室与种苗花卉生产的远程监控、农作物虫害疫病分与种苗花卉生产的远程监控、农作物虫害疫病分析预警、鱼塘养殖远程监控管理、粮仓远程监控析预警、鱼塘养殖远程监控管理、粮仓远程监控管理、养鸡场远程监控管理、畜牧场远程监控管管理、

20、养鸡场远程监控管理、畜牧场远程监控管理、污染防制点远程监控、野生动物调查、农民理、污染防制点远程监控、野生动物调查、农民生产实时咨询、农产品物流运输等领域。生产实时咨询、农产品物流运输等领域。 无线传感网在农业上的应用无线传感网在农业上的应用 4 43 3 无线传感网的基础作用无线传感网的基础作用无线传感网农业应用的意义无线传感网农业应用的意义 无线传感网的农业应用发展很快，不单改无线传感网的农业应用发展很快，不单改变了原有精准农业的观念，而且通过越来变了原有精准农业的观念，而且通过越来越多的高科技感测与识别技术的引进，将越多的高科技感测与识别技术的引进，将为农业生产管理带来如丰田式的为农业生

21、产管理带来如丰田式的“精实生精实生产（产（Lean ProductionLean Production）”模式模式 。4 43 3 无线传感网的基础作用无线传感网的基础作用无线传感网农业应用面临问题无线传感网农业应用面临问题 一是农业生产多在室外，大雨或雷电等均一是农业生产多在室外，大雨或雷电等均易导致系统受损（包括硬件与通讯质量），易导致系统受损（包括硬件与通讯质量），故环境耐候性将是首要问题。故环境耐候性将是首要问题。 二是能源保证，虽然无线传感网感测节点二是能源保证，虽然无线传感网感测节点或传输节点，一般干电池可支持数月至一或传输节点，一般干电池可支持数月至一年，但有地点偏远及实施面积较

22、大的问题，年，但有地点偏远及实施面积较大的问题，更换电池或重新启动休眠不起的节点均会更换电池或重新启动休眠不起的节点均会造成困扰。造成困扰。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例 农作业长势监测应用农作业长势监测应用 荷兰政府近期支持一项农业研究，就有作荷兰政府近期支持一项农业研究，就有作物生产监测。具体内容是在一块马铃薯实物生产监测。具体内容是在一块马铃薯实验田中安置验田中安置150150个温湿度感测器和个温湿度感测器和3030个信息个信息发射器组成一个小型无线感测网，以监测发射器组成一个小型无线感测网，以监测马铃薯的长势，疫病霉变的发生。马铃薯的长势，疫病霉变的发生。

23、 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例农作业长势监测应用农作业长势监测应用 美国爱荷华州立大学也开发了约美国爱荷华州立大学也开发了约51025102公分大小的无线感测组公分大小的无线感测组件，埋在约件，埋在约3030公分深的田地里，公分深的田地里，用此无线感测组件来持续的探测用此无线感测组件来持续的探测土壤的湿度、温度和养份等。土壤的湿度、温度和养份等。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例局部环境监测局部环境监测 台湾海洋大学组成一个由养殖、食品科学与系统台湾海洋大学组成一个由养殖、食品科学与系统工程综合组成的团队，实验小型的无线感测器来工程综合组

24、成的团队，实验小型的无线感测器来动态测量养殖池的水温、动态测量养殖池的水温、PHPH值、温度和环境湿度、值、温度和环境湿度、照度等，并设计了由照度等，并设计了由ZigBeeZigBee与与GPRSGPRS做近端与远距做近端与远距传输的网关器，可让监测数据通过互联网传输到传输的网关器，可让监测数据通过互联网传输到数据服务器进行分析处理，并将结果动态发布给数据服务器进行分析处理，并将结果动态发布给养殖场主、技师。养殖场主、技师。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例 采用采用ZigBee和和RFID技术的鱼塘养殖动态监测系统技术的鱼塘养殖动态监测系统发射器、发射器、热电偶、热

25、电偶、RFID单元、单元、紫蜂紫蜂(ZigBee)模块、实模块、实时时钟时时钟（RTC）等组成的等组成的系统系统 部署在水中各部署在水中各处的热电偶，处的热电偶，RFIDRFID标签可打标签可打在鱼身上，鱼在鱼身上，鱼四处游动时可四处游动时可感测池塘各处感测池塘各处的水温，温度的水温，温度值和值和RFIDRFID标签标签数据发送到接数据发送到接收收ZigBeeZigBee接收接收器，并通过网器，并通过网关汇集到监控关汇集到监控服务器上。服务器上。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例农业生产微气候监测农业生产微气候监测 微气候监测与控制系统微气候监测与控制系统 ，它由感测

26、系统、环控设，它由感测系统、环控设备与控制模型三要素组成。备与控制模型三要素组成。原始数据来自感测系统收集的环境参数，根据微原始数据来自感测系统收集的环境参数，根据微气候侦测系统提供作物生长及环境参数就可拟定气候侦测系统提供作物生长及环境参数就可拟定控制模型，通过环境控设备执行。控制模型，通过环境控设备执行。5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例微环境监测系统架构微环境监测系统架构 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例微环境监测仍通过多种传感空间布局进微环境监测仍通过多种传感空间布局进行，被控制的对象有温度范围、湿度范行，被控制的对象有温度范围、湿度范

27、围、光照度及土壤成份（包含水量、土围、光照度及土壤成份（包含水量、土壤温度、及导电率等）壤温度、及导电率等） 无线通信规则多采用无线通信规则多采用IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4、Auto-routingAuto-routing、MuliMuli-Hop-Hop，远程通信可远程通信可用用GPRSGPRS、互联网互联网 微环境监测系统架构微环境监测系统架构 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例记录系统为微气候变化数据库，作物生长记录系统为微气候变化数据库，作物生长履历数据；应用软件为监测数据电子表格、履历数据；应用软件为监测数据电子表格、微气候变化与作物

28、生长时间曲线等，用户微气候变化与作物生长时间曲线等，用户通信为短、邮件或异常警报等，并可整合通信为短、邮件或异常警报等，并可整合环控系统，微气候自动化调控等，用于如环控系统，微气候自动化调控等，用于如温室栽培、森林监测、产销履历温室栽培、森林监测、产销履历 微环境监测系统架构微环境监测系统架构 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例微环境远程感测控制应用微环境远程感测控制应用 韩国电信为各地农户提供远程感测与控制信韩国电信为各地农户提供远程感测与控制信息服务，使农户用手机就能从观察到自家温息服务，使农户用手机就能从观察到自家温室中的温度、湿度、降雨量、降雪量、通光室中的温度

29、、湿度、降雨量、降雪量、通光量、土壤含水率、土壤养份等情况。量、土壤含水率、土壤养份等情况。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例韩国电信韩国电信20052005年推出的年推出的 “绿色网络绿色网络” 农户在一间温室大棚中，农户在一间温室大棚中，通过手机可得知另一间温通过手机可得知另一间温室大棚中的各项参数，并室大棚中的各项参数，并进一步可通过手机指令调进一步可通过手机指令调控其温湿度。控其温湿度。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例RFIDRFID在蝴蝶兰温室盘床管理上的应用在蝴蝶兰温室盘床管理上的应用 需需求求背背景景 台湾兰花全球知名，而出口

30、价值最高的是蝴蝶台湾兰花全球知名，而出口价值最高的是蝴蝶兰。种植面积及产量不断提升，温室面积逐渐兰。种植面积及产量不断提升，温室面积逐渐增加，且由于每盆花都放在花床上，对花盆数增加，且由于每盆花都放在花床上，对花盆数量的清点统计（即所谓量的清点统计（即所谓“盘床盘床”）、搬运种苗、）、搬运种苗、移床出货等，作业量日益增大。人工作业耗时移床出货等，作业量日益增大。人工作业耗时费工，且盘床定位及库存管理等，越来越难于费工，且盘床定位及库存管理等，越来越难于用人工记录、实时管控，故需借助先进的信息用人工记录、实时管控，故需借助先进的信息系统。系统。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的

31、应用案例RFIDRFID在蝴蝶兰温室盘床管理上的应用在蝴蝶兰温室盘床管理上的应用 台湾以蝴蝶兰为对象开展先导性示范应用，将台湾以蝴蝶兰为对象开展先导性示范应用，将高性能的高性能的RFIDRFID应用于其生产管理，以提高生产应用于其生产管理，以提高生产效率、流程管控精度、提高其育成率。重点是效率、流程管控精度、提高其育成率。重点是将将RFIDRFID用于自动盘床、单株产品定位、库存管用于自动盘床、单株产品定位、库存管理、加速进出货效率等，以提高交货期率及出理、加速进出货效率等，以提高交货期率及出货数量的准确度，提升台湾蝴蝶兰的在国际上货数量的准确度，提升台湾蝴蝶兰的在国际上的竞争力。的竞争力。

32、5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例技技术术系系统统 系统利用系统利用RFIDRFID感测识别与数据传输功能，可感测识别与数据传输功能，可定位每盆兰花在花床上的位置与相关信息，定位每盆兰花在花床上的位置与相关信息，在信息系统支持下，自动操作各种机械设置，在信息系统支持下，自动操作各种机械设置，可以设定、查询、建立盘床数据。可以设定、查询、建立盘床数据。 RFIDRFID在蝴蝶兰温室盘床管理上的应用在蝴蝶兰温室盘床管理上的应用 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例图中右侧金属格架为花床，其上放置蝴图中右侧金属格架为花床，其上放置蝴蝶兰花盆，左侧为机械花

33、床架，架上侧蝶兰花盆，左侧为机械花床架，架上侧边的金属盒为边的金属盒为RFIDRFID感测识别器。系统可感测识别器。系统可用触摸屏进行查询。用触摸屏进行查询。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例触摸屏界面上的功能键有设定、查询、建立触摸屏界面上的功能键有设定、查询、建立以及测试等下拉菜单选项，画面上的小方格以及测试等下拉菜单选项，画面上的小方格代表一个花床床位，格子上会显示其所代表代表一个花床床位，格子上会显示其所代表的床号及所属颜色，相关数据可通过触摸点的床号及所属颜色，相关数据可通过触摸点选格子显示花床当前的内容。可通过画面上选格子显示花床当前的内容。可通过画面上的

34、盆苗尺寸、品种与日期条件等查询信息；的盆苗尺寸、品种与日期条件等查询信息；也可用显示按钮将其所选位置显示在主界面也可用显示按钮将其所选位置显示在主界面上，选中花床位置就闪烁显示。上，选中花床位置就闪烁显示。 RFIDRFID在蝴蝶兰温室盘床管理上的应用在蝴蝶兰温室盘床管理上的应用 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例智能灌溉应用智能灌溉应用 需需求求背背景景 据研究，与传统灌溉系统相比，智能灌溉系统的据研究，与传统灌溉系统相比，智能灌溉系统的成本差不多，却可节水成本差不多，却可节水16%16%到到30%30%。我国是个水资。我国是个水资源缺乏的国家，西部许多地区长年缺水，

35、更需要源缺乏的国家，西部许多地区长年缺水，更需要科学、经济的灌溉方法以节省水资源。科学、经济的灌溉方法以节省水资源。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例 智能灌溉是系统自动感测到农作物需要灌溉时，智能灌溉是系统自动感测到农作物需要灌溉时，自动开启灌溉系统作业，浇灌作物至最适程度，自动开启灌溉系统作业，浇灌作物至最适程度，既不过量、亦不欠量时自动关闭灌溉；可在土壤既不过量、亦不欠量时自动关闭灌溉；可在土壤太干时增大喷灌量，土壤尚湿时则减少喷灌量。太干时增大喷灌量，土壤尚湿时则减少喷灌量。智能灌溉系统可以根据植物和土壤类别，光照度智能灌溉系统可以根据植物和土壤类别，光照度等

36、来优化用水量，还可以在雨后监控土壤的湿度，等来优化用水量，还可以在雨后监控土壤的湿度，因此能提高水资源利用率。因此能提高水资源利用率。 智能灌溉应用智能灌溉应用 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例智能灌溉的核心智能灌溉的核心-控制系统控制系统 通过土壤湿度传感器自动感测土壤湿度通过土壤湿度传感器自动感测土壤湿度. .对每个基本灌溉单位的浇灌量自动进行差异化调节对每个基本灌溉单位的浇灌量自动进行差异化调节5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例智能灌溉的核心智能灌溉的核心-控制系统控制系统 控制系统要充分利用可编程控制器。如在可编控制系统要充分利用可编程

37、控制器。如在可编程控制器内预先设定程控制器内预先设定50%60%50%60%RHRH为标准湿度，为标准湿度，传感器采集的湿度模拟信号经传感器采集的湿度模拟信号经A/DA/D模块转换成模块转换成数字信号传输给控制器，当有一定数量的传感数字信号传输给控制器，当有一定数量的传感器监测到的湿度值达到设定标准时，灌溉系统器监测到的湿度值达到设定标准时，灌溉系统自动启动运行。自动启动运行。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例整个灌溉区通过无线传感网监测作物需整个灌溉区通过无线传感网监测作物需水信息，将其汇集到各网关节点并发送水信息，将其汇集到各网关节点并发送给主控中心给主控中心,

38、,中心主机根据信息确定灌中心主机根据信息确定灌溉状态并根据季度差异与作物生长的不溉状态并根据季度差异与作物生长的不同阶段，计算最适灌水量模型，控制灌同阶段，计算最适灌水量模型，控制灌溉设备工作实现智能灌溉。同时，该系溉设备工作实现智能灌溉。同时，该系统还能通过互联网实现管理员对系统的统还能通过互联网实现管理员对系统的远程管理或干预，从而满足规模化的智远程管理或干预，从而满足规模化的智能灌溉需求。能灌溉需求。 智能灌溉应用智能灌溉应用 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例美国加州政府推动智能型灌溉系统美国加州政府推动智能型灌溉系统 提升家庭用水效率提升家庭用水效率 美国美国

39、SmartWaterSmartWater研发的智能灌溉系统，利用系统研发的智能灌溉系统，利用系统接收到的各地气象台的信息来控制灌溉，系统内接收到的各地气象台的信息来控制灌溉，系统内部含有湿度感应器来测量土壤中水分含量，外部部含有湿度感应器来测量土壤中水分含量，外部则有温度感应器判断室外温度。则有温度感应器判断室外温度。5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例美国加州智能灌溉系统美国加州智能灌溉系统 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例图中右上侧示意：人工可通过互联网访图中右上侧示意：人工可通过互联网访问问“ETWaterETWater Central S

40、erver” Central Server”，或将或将气象台的天气信息传输到该服务器，启气象台的天气信息传输到该服务器，启动各家的智能灌溉系统灌溉花草；或由动各家的智能灌溉系统灌溉花草；或由各家花园内的土壤湿度传感器控制系统各家花园内的土壤湿度传感器控制系统启动。在三种控制途径中，仍以土壤湿启动。在三种控制途径中，仍以土壤湿度传感器的为准，即当传感器显示无需度传感器的为准，即当传感器显示无需灌溉时，其它控制方式可设为失效。图灌溉时，其它控制方式可设为失效。图中其他为传感装置与控制系统部分。中其他为传感装置与控制系统部分。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例加州预计智能型

41、灌溉系统可节省加州预计智能型灌溉系统可节省7,500 7,500 万美元的水源开支。如有万美元的水源开支。如有企业原本每年需用掉企业原本每年需用掉41.6 41.6 万加万加仑的水，使用智能型灌溉系统后仑的水，使用智能型灌溉系统后只需用只需用21.421.4万加仑，节水一半。万加仑，节水一半。 1 1）农作物远程传感监测系统实例）农作物远程传感监测系统实例 美国某公司研发了田间农作物监测的专业无线网状（Mesh）网络系统，概况如下。该系统结构与功能界面如图4-2所示。图中上半部分为一批Ko 传感器节点MEP600（如左上角）组成的无线网状传感网络，用于动态监测田间各种与作物生长相关的参数，所有

42、数据均发到一台Web服务器中。图中下半部分左侧为各种参数跟踪监测趋势分析界面，右下侧为用户自定义的地图界面。用户可通过互联网开展农田作物监测，可将结果发到手机上。整个系统安装简便、可靠性高、监测数据精确、使用与维护方便，2 2）系统性能与特点）系统性能与特点（1）支持多种外部传感器，可监测如下参数： 土壤湿度与温度 环境温度&湿度 叶面水分 太阳辐射 气象变化（降雨量、风速与风向） 水量压力 流经水流流量 （2）传感器 每个节点可连接4个传感器 可直接插入23个传感器 外部传感器总线（ESB），可以连接其他类型的传感器 （3）网关与数据 基站使用2.4 GHz射频收发器 基于Web的可视化数据

43、分析界面 基于XML格式远程数据服务 可连接外部室外天线 （4）功能 用户可自定义网络节点地图 可为节点和传感器命名 可查看每个节点详细数据 可设置报警级别，并可以短信和邮件形式通知用户 可监测网络性能以及每个节点的健康状态客户可选择时间跨度绘制多个监测节点中的数据趋势图 可管理客户自定义图表 （5）射频芯片&通信性能 室外传输距离5001000米（可视距离） IEEE 802.15.4，FCC认证 （6）能源 太阳能供电，没有阳光的情况下，节点可以工作3个月 （7）机械性能 IP66级防水封装，尺寸：130 mm x 21 mm x 91 mm，重量：160g （8）工作环境 温度：-25C

44、 55C ，湿度：0 100% （9）接口 1个RJ45以太网口，2个USB 2.0 host（兼容USB 1.0/1.1） （10）能源 电压：5V，功率：4W （11）系统安装设置几个小内可安装自动进行节点配置可快速扩展网络范围-自动检索新节点 通过web浏览器对网络进行实时监测-无需软件配置 系统采用具有自愈合功能的无线网状网络技术 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例优质西红柿生长的全程感知与控制优质西红柿生长的全程感知与控制 台湾一家名为金三角合作社的农业机构，生产台湾一家名为金三角合作社的农业机构，生产的西红柿品质优良、规格划一，为摩斯汉堡，的西红柿品质优良、

45、规格划一，为摩斯汉堡，太平洋太平洋SOGOSOGO、家乐福等商场定点供应商。汉堡家乐福等商场定点供应商。汉堡中的西红柿片不仅成熟程度与感要好，且其直中的西红柿片不仅成熟程度与感要好，且其直径与厚度，必须几乎完全一样。这对于西红柿径与厚度，必须几乎完全一样。这对于西红柿供货商来说是一个较大的挑战，因为在这一要供货商来说是一个较大的挑战，因为在这一要求之后，需要按严格的工业化流程进行稳定的求之后，需要按严格的工业化流程进行稳定的生产，以保证稳定产品质量，而稳定的生产就生产，以保证稳定产品质量，而稳定的生产就须保证对西红柿生产的环境与条件实行严格而须保证对西红柿生产的环境与条件实行严格而精细的控制。

46、精细的控制。 需需求求背背景景 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例在完全与外界阻隔的大棚中，农作物栽种在完全与外界阻隔的大棚中，农作物栽种与生长较容易与微观环境平衡，但这种环与生长较容易与微观环境平衡，但这种环境长出的作物，就有香味不足等缺点。于境长出的作物，就有香味不足等缺点。于是，就需要适当地让植物进入大自然开放是，就需要适当地让植物进入大自然开放环境，吸取自然养分让作物长到最好，但环境，吸取自然养分让作物长到最好，但这种情况下的环境控制难度就比较大，以这种情况下的环境控制难度就比较大，以西红柿来说，最需要克服的就是台湾的夏西红柿来说，最需要克服的就是台湾的夏天。台

47、湾夏天过于炎热，偶有阵雨等都不天。台湾夏天过于炎热，偶有阵雨等都不利于西红柿生长利于西红柿生长 。5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例金三角合作社建立了包含五大感测模块金三角合作社建立了包含五大感测模块的自动感测系统自动采集信息，其中包的自动感测系统自动采集信息，其中包括温度、湿度、导电率、光照度、气压括温度、湿度、导电率、光照度、气压及风速等，通过无线网络将信息回传到及风速等，通过无线网络将信息回传到主机，然后再结合可编程逻辑控制器主机，然后再结合可编程逻辑控制器（PLCPLC）驱动各种机电设备自动进行适驱动各种机电设备自动进行适当的浇水、施肥或是遮阴等作业，将西当的浇

48、水、施肥或是遮阴等作业，将西红柿生长条件时刻调节并保持在最佳状红柿生长条件时刻调节并保持在最佳状态。态。 控控制制系系统统的的主主要要功功能能 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例目前系统不仅可根据感测系统的探测数据，目前系统不仅可根据感测系统的探测数据，自动调整温室设施，如当土壤水分不足时，自动调整温室设施，如当土壤水分不足时，温室设施就会自动启动并且供应养液；而温室设施就会自动启动并且供应养液；而当光照超过设定上限时，则会启动遮阳棚；当光照超过设定上限时，则会启动遮阳棚；此外，西红柿最怕得青枯病，其原因是过此外，西红柿最怕得青枯病，其原因是过湿的环境。所以，感测系统中

49、的一个模块，湿的环境。所以，感测系统中的一个模块，就是通过气压变化，预估感测范围内的下就是通过气压变化，预估感测范围内的下雨概率。该感测模块的预报精度比气象预雨概率。该感测模块的预报精度比气象预报更精确，因其探测的范围仅是合作社厂报更精确，因其探测的范围仅是合作社厂区，故准确度较高。区，故准确度较高。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例同时还要大幅降低作物病害与大面积感同时还要大幅降低作物病害与大面积感染等问题，但这些都必须依据栽种者的染等问题，但这些都必须依据栽种者的经验与积累，再将其上升为知识，优化经验与积累，再将其上升为知识，优化为作业模型，让系统自动去操作执行。

50、为作业模型，让系统自动去操作执行。所以，该合作社的目标是将产业经验与所以，该合作社的目标是将产业经验与信息系统密切结合，让其每一个厂区都信息系统密切结合，让其每一个厂区都能按不同客户的需求，产出规格、数量、能按不同客户的需求，产出规格、数量、药残标准等都能符合规定的精品西红柿。药残标准等都能符合规定的精品西红柿。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例智能酒场感知系统智能酒场感知系统 PickberryPickberry Vineyard Vineyard葡萄园，是位葡萄园，是位于美国北加州索诺玛山谷的一个占于美国北加州索诺玛山谷的一个占地地3030英亩的家族式企业，以生产

51、优英亩的家族式企业，以生产优质酿酒葡萄称著。该园优质葡萄得质酿酒葡萄称著。该园优质葡萄得益于先进的信息技术和先进的管理。益于先进的信息技术和先进的管理。 需需求求背背景景 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例智能酒场感知系统智能酒场感知系统 技术上采用技术上采用900900MHzMHz无线网络，将分布在葡萄园无线网络，将分布在葡萄园各处的不同的传感器连接成网采集相关数据：各处的不同的传感器连接成网采集相关数据：如土壤湿度、葡萄叶片水分和空气温度、甚至如土壤湿度、葡萄叶片水分和空气温度、甚至探测园区内的动物等，再通过移动网传输到著探测园区内的动物等，再通过移动网传输到著名咨

52、询管理公司埃森哲的实验室服务器中，经名咨询管理公司埃森哲的实验室服务器中，经动态分析后由专家们指导以最优方式控制葡萄动态分析后由专家们指导以最优方式控制葡萄园内的土壤、湿度、温度和施肥等作业，以帮园内的土壤、湿度、温度和施肥等作业，以帮助葡萄园增加产量，降低成本，减少对化学农助葡萄园增加产量，降低成本，减少对化学农药与肥料的依赖，节省劳力等。药与肥料的依赖，节省劳力等。 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例系系统统架架构构 5 54 4 精致农业领域的应用案例精致农业领域的应用案例该无线传感网络节点由该无线传感网络节点由30-4030-40个各种传感器个各种传感器组成，包括无线路由器和网关等。由于传感组成，包括无线路由器和网关等。由于传感装置长期在户外，必须防水并有很强的耐候装置长期在户外，必须防水并有很强的耐候性，甚至要能防止动物咀嚼。故传感器节点性，甚至要能防止动物咀嚼。故传感器节点如一块砖头大小，里面包括一个感测装置、如一块砖头大小，里面包括一个感测装置、发射器、天线、微处理器和内存等。发射器、天线、微处理器和内存等。 智能酒场感知系统智能酒场感知系统