本文關鍵詞：基于物聯(lián)網(wǎng)的谷子大田苗情監(jiān)測與管理技術研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)技術是新一代信息技術,是世界信息產(chǎn)業(yè)繼計算機與互聯(lián)網(wǎng)之后的又一次飛躍,為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展提供了前所未有的機遇,為實現(xiàn)優(yōu)質、高產(chǎn)、高效、低耗的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了新的技術支撐。本論文開展了基于物聯(lián)網(wǎng)的谷子大田苗情監(jiān)測與管理技術的研究,主要創(chuàng)新點及工作成果如下：1.本文對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的概念及體系架構進行了概述,從信息感知層、網(wǎng)絡傳輸層和處理應用層3個層次分析了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術,總結了國內外農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研究應用現(xiàn)狀及存在問題,提出了我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略和重點措施,并對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢進行了展望。2.針對以往農(nóng)用無線傳感器網(wǎng)絡(wireless sensor network, WSN)能耗與成本較高、傳輸性能不理想等問題,選用無線射頻芯片AT86RF212、單片機C8051F920等,設計了一種工作在780 MHz中國專用頻段且與IEEE802.15.4c標準兼容的無線傳感器網(wǎng)絡用于谷子大田物聯(lián)網(wǎng)的平臺架構。并選擇北方典型的日光溫室和山西省谷子產(chǎn)業(yè)技術體系農(nóng)作試驗站的谷子大田作為試驗研究環(huán)境,通過改變無線收發(fā)距離,對780 MHz、 433 MHz和2.4 GHz頻段的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的接收信號強度值和丟包率進行了測試與分析。結果表明,在溫室環(huán)境監(jiān)測以及在農(nóng)田環(huán)境信息監(jiān)測的應用中,780MHz和433 MHz的無線傳感器網(wǎng)絡的遠距離傳輸性能都明顯優(yōu)于2.4 GHz頻段,且工作于780 MHz中國專用頻段的無線傳感器網(wǎng)絡的遠距離傳輸性能與通信質量表現(xiàn)更佳。3.研究了谷子安全高效栽培管理技術、谷子病蟲害智能診斷與防治技術等與物聯(lián)網(wǎng)技術在谷子大田環(huán)境信息監(jiān)測、谷子苗情遠程監(jiān)測與預警及智能節(jié)水灌溉等方面的集成應用。重點構建了谷子農(nóng)田環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)、智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)、智能激光語音驅鳥系統(tǒng)、谷子安全高效栽培技術指導與病蟲草害智能診斷與防治系統(tǒng)等,實現(xiàn)谷子生產(chǎn)階段的多信息精確感知和智能化精細管理,促進經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的高度統(tǒng)一和谷子產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。1)谷子農(nóng)田環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)可遠程實時獲取谷子農(nóng)田環(huán)境傳感數(shù)據(jù),如空氣溫濕度、土壤溫度與含水量、光照強度及視頻圖像等信息,也可通過數(shù)據(jù)庫遠程調用各種環(huán)境因子的歷史變化和趨勢,并具備圖表分析與顯示功能,為節(jié)水灌溉系統(tǒng)作出準確的灌溉決策提供數(shù)據(jù)基礎。2)農(nóng)田監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲�。簜鹘y(tǒng)的方式是觀察者在農(nóng)田現(xiàn)場進行參數(shù)采集或鋪設有線線纜來獲取和傳輸有關農(nóng)田信息,布線繁雜、費工費時且數(shù)據(jù)監(jiān)測缺乏連續(xù)完整性。本文通過在農(nóng)作站谷子試驗田構建780MHz頻段的無線傳感器網(wǎng)絡來實現(xiàn)農(nóng)田環(huán)境信息參數(shù)的實時無線獲取和遠程傳輸,在很大程度上增加了監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性、便捷性和可靠性。3)數(shù)據(jù)上報機制：本文采用了在農(nóng)田環(huán)境參數(shù)值達到設定的變化幅度(如土壤濕度變化±2%或空氣溫度變化±1℃)時上報數(shù)據(jù),各個信息參數(shù)值的變化范圍上報閾值可以根據(jù)監(jiān)測精度的具體需求來設置。相對于普遍按照固定時間間隔的數(shù)據(jù)上報方法,本文的數(shù)據(jù)上報機制更符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際,既能夠實時監(jiān)測農(nóng)田環(huán)境參數(shù)的變化并及時上報給控制中心,又不會在農(nóng)田環(huán)境參數(shù)比較穩(wěn)定時頻繁進行監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸,從而實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)耗、節(jié)本。4)本文總結了谷子整個生育期對水分需求的一般規(guī)律和山西省主要地區(qū)的谷子節(jié)水高效灌溉制度,并構建了基于物聯(lián)網(wǎng)的谷子智能節(jié)水灌溉系統(tǒng),根據(jù)谷子各生育期的需水規(guī)律和農(nóng)田土壤墑情信息進行合理灌溉,既能保證谷子適時適量用水,實現(xiàn)優(yōu)質高產(chǎn),又能起到節(jié)水示范作用。5)谷子苗情長勢遠程監(jiān)控系統(tǒng)包括太陽能供電模塊、數(shù)字圖像傳感器與控制器模塊、3G移動通信模塊、780MHz無線通信模塊、無線圖像傳輸中繼、控制中心服務器等部分�！竿ㄟ^3G網(wǎng)絡照相機對谷子大田監(jiān)控區(qū)域定時拍照,并將高清圖像無線傳輸?shù)竭h程服務器,對谷子苗情和病蟲鳥害等情況進行遠程監(jiān)控,供用戶及時方便地觀察谷子大田生長情況。6)本文介紹了為害谷子大田的主要鳥類和較常用的驅鳥方法,并利用太陽能光伏組件、超低功耗單片機、激光驅鳥技術、生物仿生語音技術等設計了一種超低功耗的智能激光語音驅鳥系統(tǒng),通過采用鳥類視覺最為敏感的波長為532m的綠色激光和驅鳥語音庫全天候、全方位立體驅鳥模式實現(xiàn)高效驅鳥功能,在不傷害鳥類的前提下,有效減少谷子因鳥害而造成的損失。系統(tǒng)在山西省谷子產(chǎn)業(yè)技術體系農(nóng)作試驗站的試驗取得了較好的驅鳥效果,證明該系統(tǒng)具有功耗低、穩(wěn)定性高、驅鳥效果明顯、驅鳥時間持久、對鳥類無傷害、鳥類無適應性等特點。7)在理論與實踐相結合的基礎上構建了谷子安全高效栽培技術指導與病蟲草害智能診斷與防治系統(tǒng),可有效指導用戶控制好谷子生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)要素,使“谷子-環(huán)境-栽培技術”構成的生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)處于最佳生產(chǎn)狀態(tài),對于解決目前谷子生產(chǎn)上的突出難題和關鍵生產(chǎn)技術,提升谷子栽培的現(xiàn)代化水平,提高谷子的產(chǎn)量、品質和效益,確保谷子等糧食作物的安全有效供給都具有重要意義。
【關鍵詞】：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 無線傳感器網(wǎng)絡 780MHz頻段 現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 農(nóng)田環(huán)境信息監(jiān)測 節(jié)水灌溉 苗情 鳥害 病蟲草害診斷與防治
【學位授予單位】：山西農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S515;S126
【目錄】：

• 摘要8-10
• 第一章 緒論10-24
• 1 研究背景10
• 2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研究進展與前景展望10-22
• 2.1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基本概念10-11
• 2.2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系架構11-13
• 2.3 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術13-15
• 2.4 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用研究進展15-20
• 2.5 我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略與措施20-21
• 2.6 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢展望21-22
• 3 研究目的和意義22-23
• 3.1 研究目的22
• 3.2 研究意義22-23
• 4 本文研究內容23-24
• 第二章 基于780MHz頻段的農(nóng)用無線傳感器網(wǎng)絡的設計及試驗24-41
• 1 引言24-25
• 2 關鍵技術設計25-29
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的結構25
• 2.2 無線射頻頻段的選擇25-27
• 2.3 基于AT86RF212的780MHz無線通信模塊設計27-29
• 3 無線通信模塊傳輸性能試驗29-31
• 3.1 對數(shù)距離路徑損耗模型29
• 3.2 試驗器材與環(huán)境29-30
• 3.3 試驗方法30-31
• 4 試驗結果與分析31-39
• 4.1 在溫室環(huán)境中的接收信號強度分析31-33
• 4.2 在溫室環(huán)境中的丟包率分析33-34
• 4.3 在谷子大田的接收信號強度分析34-36
• 4.4 在谷子大田的丟包率分析36-39
• 5 結論與討論39-41
• 第三章 谷子大田物聯(lián)網(wǎng)平臺總體架構41-44
• 1 引言41
• 2 谷子大田物聯(lián)網(wǎng)平臺功能與體系架構41-43
• 2.1 谷子大田物聯(lián)網(wǎng)體系架構41-42
• 2.2 谷子大田現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)絡拓撲圖42
• 2.3 平臺主要功能42-43
• 3 本章小結43-44
• 第四章 谷子農(nóng)田環(huán)境及苗情監(jiān)測與智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)44-65
• 1 引言44
• 2 谷子農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)44-49
• 2.1 農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡架構44-45
• 2.2 傳感器模塊與控制器模塊45-46
• 2.3 數(shù)據(jù)上報機制46-47
• 2.4 系統(tǒng)運行效果47-49
• 3 智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)49-55
• 3.1 谷子需水規(guī)律49-50
• 3.2 山西省谷子高效節(jié)水灌溉制度50-52
• 3.3 谷子智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)設計52-55
• 4 谷子苗情長勢遠程監(jiān)控系統(tǒng)55-65
• 4.1 系統(tǒng)架構55-56
• 4.2 系統(tǒng)功能56-57
• 4.3 太陽能供電模塊的選擇57
• 4.4 谷子現(xiàn)場監(jiān)控界面和監(jiān)控圖像57-65
• 第五章 智能激光語音驅鳥系統(tǒng)65-71
• 1 引言65-66
• 2 系統(tǒng)結構66
• 3 技術方案及特點66-67
• 4 技術參數(shù)67
• 5 系統(tǒng)應用效果67-70
• 6 結論與討論70-71
• 第六章 谷子優(yōu)質高效栽培技術指導及病蟲草害智能診斷與防治系統(tǒng)71-89
• 1 谷子優(yōu)質高效栽培技術指導系統(tǒng)71-76
• 2 谷子病蟲草害智能診斷與防治系統(tǒng)76-88
• 2.1 谷子主要病蟲草害種類、特點及防治技術76-80
• 2.2 谷子病蟲害診斷推理80-84
• 2.3 系統(tǒng)架構及應用效果84-88
• 3 結論與討論88-89
• 第七章 結論和展望89-94
• 1 結論89-90
• 2 創(chuàng)新點90-93
• 3 不足與展望93-94
• 參考文獻94-106
• Abstract106-112
• 攻讀博士學位期間科研與發(fā)表論文情況112-114
• 致謝114

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