基于无线传感的精准农业物联网关键技术与原型系统研究

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农民增收、农业增效是“三农”问题的核心,利用农业物联网技术来实现优质、高效、安全、生态的现代化精细农业和农业产业结构优化调整是解决这一问题的关键。研制能耗低、成本低、精度高、稳定性好、适用性强、可靠性好的精准农业远程监控与实时在线智能决策预警系统,既是我国现代化精准农业的一个新突破,也是我国全面推进社会主义新农村建设、大力发展数字农业的迫切要求。作为一种新兴的网络集成应用技术,农业物联网具有精度高、灵活性强、可靠性好、价格低廉等优点。将物联网应用于精准农业领域,可以解决现有大田/设施农业环境监控系统存在的各种缺陷和不足,且有望突破长期以来困扰我国精细农业发展的瓶颈问题。为此,本文开展了基于物联网技术集成的精准农业环境远程监控与实时在线智能决策预警关键技术研究,并研制了的IOT-RMIDMEWAWSPA(基于物联网的自适应无线感知精准农业远程监控与智能决策预警)原型系统。  论文综述了国内外农业物联网应用系统理论与方法的研究现状,分析了其在我国农村基层实际应用所遇到的不足和局限性。本论文基于农业物联网系统理论,建立基于物联网的自适应精准农业远程监控与智能决策预警系统,从实时性和自适应的观点解决农作物生境参数多因子融合、设施联动调控和在线决策预警的复杂建模问题,为IOT-RMIDMEWAWSPA原型系统的成功研制奠定了坚实的基础。  论文主要研究目标是,以农作物生产智能控制为研究对象,研发农业生境信息感知与快速采集技术及装备,构建作物生长模型、病虫害预测模型、预警预报模型以及作物高效生产可视化测控与智能决策系统服务平台,实现现代农业高效生产的远程在线监控与实时智能决策预警预报。  论文的主要研究工作包括如下6个部分:  1、精准农业生境信息的实时快速获取:在现有传感器技术的基础上,基于农业物联网技术发展多传感器集成技术,实现作物生产过程中多参数信息的协同感知;利用无线传输技术,实现作物高效生产过程中多参数信息的多节点无线跳频传输与获取。  2、多节点无线传输与公共接口设计:利用三级数传通信协议链的无线多跳和无缝连接技术,以及多传感器标准信号转换通用接口与扫描技术,开发节点布设策略、自适应网络调度协议及智能汇聚节点,实现信息低成本、低功耗、高可靠、多跳无线数据传输。  3、农业生境多源感知信息的快速获取与解析:利用人工智能、数据融合、混合计算和模型拟合等技术,分析环境参数与作物生长信息之间的相关关系,建立相关的知识模型、决策模型与预警预报系统,实现作物生境信息的快速解析。  4、作物生长规则、病虫害诊断规则、预警预报规则提取:根据实时获取的作物环境信息、生长信息等数据库,利用智能算法处理信息,建立作物生长规则信息库、病虫害预警规则信息库、预警预报规则信息库。结合嵌入式控制技术,利用产生式规则生成与实际相结合的预警预报信息,实现对作物高效生产的智能监测和安全管理。  5、在线可视化测控与智能决策应用统一服务平台开发:利用作物生长信息资源存储、技术集成、信息共享、数据处理和知识服务等关键技术,构建农业高效生产的专家群远程监控与智能会诊系统。整合专家资源,实现专家与农户的实时互动,专家根据历史数据进行分析,并根据农户提供的信息进行远程诊断,给出了解决方案。  6、系统实验与结果分析:通过试验及运行,对所研制IOT-RMIDMEWAWSPA原型系统的性能进行了全面的分析。试验结果及实际运行效果表明:所研制的系统实现了预期设计目标,具有精确度高、能耗小、成本低、稳定性强、鲁棒性好、扩展灵活及安装方便等优点,可以应用于温室、苗圃等区域,实现这些区域内部环境条件的远程、在线、自动监控与实时预警预报。  最后,对论文的研究成果进行了总结,并对下一步的研究工作进行了展望。
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