苹果园中土壤水分空间分布特性初探

无线传感器(WSN)能通过互联网感知客体环境信息,已经广泛应用于农业生产环境监测.将WSN应用在苹果园中,监测果园环境信息,为苹果生产提供决策支持.土壤水分是影响苹果品质和产量的重要因素之一.研究果园中土壤体积含水量的分布规律能为WSN在果园应用中土壤水分传感器部署策略提供支持.在北京一个普通的苹果园进行实地试验,采用土壤水分测量仪测量3个典型子区域不同土壤深度及不同水平位置多个点的土壤体积含水量,结果表明:总体上在果树周围土壤体积含水量随着树根距离的增加而增加;计算了3个典型子区域及整个果园3个土壤深度的均方差,91.7％的均方差均为2％～3％,在各个子区域及整个果园,土壤水分具有相似的分散程度;计算了每个子区域每个测量点的土壤水分均方差.1％～2％之间的均方根误差所占比例最大,为48.2％.当土壤深度小于300 mm时,水平层面的均方差大于垂直方向.根据试验结果,提出了一种“以单棵树为目标,着眼于整个果园”的土壤水分传感器部署方法.     

基于TDT原理的灌木水分传感器探头设计与实验

根据时域传输TDT法,设计了灌木茎体含水率测量装置。装置由高频信号源、同轴传输线、缠绕式探头及相位比较电路4部分组成。高频电磁波在不同介质中的传播速度不同,表现为在不同介质中的传播相位不同,而含水灌木介电常数的大小主要取决于其含水率的大小,因此通过测量电磁波在同轴电缆上A和缠绕于灌木茎体上探头B的相位差来获取灌木的含水率。选择吸水棉棒来模拟不同含水率的灌木,研究高频信号源工作频率、探头结构对相位差的影响。实验表明,当探针长度为60 cm,信号源频率为50 MHz和100 MHz时,A、B两路电磁波信号的相位差与棉棒吸水率变化呈单调性,且具有良好的相关性。     

无线传感器网络三维定位交叉粒子群算法

针对标准粒子群算法进化后期收敛速度慢、易陷入局部极小点、早熟收敛等问题,提出一种基于交叉粒子群的农业无线传感器网络三维定位算法。该方法主要包括汇聚节点选取、测量距离修正、节点定位3个阶段,通过借鉴遗传算法交叉操作的思想,增加粒子的多样性,减小测距误差、锚节点数量对定位结果的影响,有效提高定位算法全局搜索能力。仿真结果表明,该方法的稳定性和定位精度均优于标准粒子群算法。在测距误差和锚节点数量相同的条件下,与混合蛙跳定位算法进行性能比较,两种算法的最大定位误差分别为1.337 8 m、1.747 3 m,最小定位误差分别为0.258 3 m、0.561 5 m,平均定位误差分别为0.651 2 m、1.044 7 m。     

基于无线传感器网络的茶树田间参数自动采集系统

为了精确判断茶树水分胁迫情况,以Idso的作物水分胁迫指数(CWSI)模型中的参数为监测对象,研制了一套茶树水分胁迫田间参数自动采集系统,实现对表征茶树发生水分胁迫的茶树自身生理参数及茶树田间物理环境参数的自动监测.系统通过不同的传感器节点分别监测茶树的冠层温度、田间的土壤湿度和土壤热通量、太阳净辐射、风速及空气温湿度.通过所采集的上述参数,结合CWSI模型,便可精确计算出茶树水分胁迫指数,用于指导灌溉,避免茶树发生干旱胁迫或过度灌溉.系统充分利用了无线传感器网络的便捷性,各传感器节点所采集的参数以多跳的方式无线传输至远端的上位机节点,上位机节点可以本地存储参数,也可通过串口,输送至电脑上.系统经过重新标定,也可用于监测其他作物的水分胁迫情况.     

航空施药中雾滴沉积传感器系统设计与实验

基于变介电常数电容器原理设计雾滴沉积传感器及检测系统,由此实现对航空施药中雾滴地面沉积量的快速获取。通过实验,分析建立了传感器对电导率487μS/cm、25 mS/cm雾滴的沉积量测量线性回归方程,决定系数R2分别为0.9923和0.9544。利用M-18B型飞机和AU-5000型喷雾机,对系统进行了应用测试,结果表明:与水敏纸图像分析方法对比,2种方法获得的雾滴地面沉积量分布曲线拟合度可达0.914 6,样点单位面积沉积量的相对测量误差分布在10%~50%之间。     

基于无线传感网络的海参苗养殖环境监测系统的研究

本文通过分析海参苗养殖现状,设计了一种基于无线传感网络的海参苗养殖环境监测系统。通过在监测区域部署传感器节点,监测养殖池中的的温度、盐度、溶解氧及水位等环境参数。将检测到的数据无线发射到远程监测软件,监测软件将分析结果反馈给末端执行机构,实现对养殖池环境的实时监控。本文从系统结构和数据传输等方面进行了阐述,对海参苗养殖的自动化生产提供了一种有效可行、成本较低的解决方案。     

用于驱赶农作物有害动物的智能声防系统设计

针对农业生产中动物有害行为导致农作物减产和农产品价值严重损失的实际问题,设计研发出一种驱赶农作物有害动物的智能声防系统。该系统以无线传感器网络作探测和通信平台,采用以ARM9微处理器和AT89C51SND1单片机为核心的嵌入式系统构建总控制器和执行器硬件平台,通过热释电传感器对有害动物在农田中的出没位置进行探测,依据“作物种类–周围环境–有害动物–天敌”逻辑关系模型对其种类作出判断,然后由执行器播放该种动物对应天敌的叫声,从而实现对多种农作物有害动物的智能声防。与现有的驱赶模式易被有害动物适应且效果不佳相比,该系统具有驱赶效果好、有效作用面积大、可扩展性强及装设灵活等优点,是一种无污染、具有智能特性的驱赶农作物有害动物的有效解决方案。     

基于无线传感器网络的奶牛行为特征监测系统设计

奶牛等大型动物的疾病和发情状况目前主要依赖饲养员目测判断,大规模集约化养殖仍采用人工观测方法,这不仅带来繁重的人力负担,也容易误判。为了能自动准确地识别奶牛是否发情或生病,该文提出在奶牛颈部安装无线传感器节点,通过各种传感器获取奶牛的体温、呼吸频率和运动加速度等参数,采用K-均值聚类算法对提取的各种参数进行行为特征多级分类识别,以此建立的动物行为监测系统能准确区分奶牛静止、慢走、爬跨等行为特征,从而可以长时间监测奶牛的健康状态。而且,这种监测系统易于推广到对其他动物的监测,对促进养殖业和畜牧业的发展也具有指导意义。     

农田无线传感器网络的节点部署仿真与实现

应用无线传感器网络进行农田信息采集时,针对农田面积大、传感器节点众多的特点,如何有效地部署节点成为研究的热点之一。利用NS2软件从丢包率、平均延时、剩余能量和接收信号强度等网络性能角度对随机部署、正六边形部署及正四边形部署方式进行了仿真比较,最终确定正六边形部署方案,并在农田中进行实地试验。结果表明系统能够实现无缝覆盖,稳定可靠的采集农田信息,为无线传感器网络在农田环境中的进一步应用提供了参考。     

基于无线传感器网络的精细农业智能节水灌溉系统(英）

在精细农业相关应用和理论研究基础上,自行设计用于监测农田水分含量和水层高度的无线传感器,构建农田水分无线传感器网络体系结构,设计基于水分无线传感器网络的智能节水灌溉控制系统,通过实时农田水分数据和农作物水分需求专家数据形成灌溉决策,由灌溉控制系统实施定量灌溉。实际应用表明,该系统体现出可行性和高效性,有利于精细农业的发展和水资源的可持续利用。