物聯(lián)網(wǎng)(Internetofthings)的概念是在1999年提出的，2005年國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)榷了《ITU互聯(lián)網(wǎng)攝告2005：物聯(lián)霹》將之定義鴦?shì)喽麽屝畔鞲性O(shè)備葛踅聯(lián)網(wǎng)結(jié)合藏宋而形成的一個(gè)臣大網(wǎng)絡(luò)．奧巴馬就任美國(guó)總統(tǒng)后在一次會(huì)議上表示：“經(jīng)濟(jì)刺激資金將會(huì)投入到寬帶網(wǎng)絡(luò)等新興技術(shù)中去，毫無疑問，這就是美國(guó)在21世紀(jì)保持和奪回競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的方式n噸]．”激家寶總理2009年指出，要大力培育戰(zhàn)略性毅興產(chǎn)照，攘抉物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用并將“發(fā)麟物聯(lián)網(wǎng)，促進(jìn)倍感化”作當(dāng)年“兩會(huì)”期間為討論的主題之一．

當(dāng)前世界各豳都投入了大鬣的人力和物力開展物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的研究，也取得了很多成績(jī)．丹麥運(yùn)輸公司采用IBM的傳感器技術(shù)允許園藝供應(yīng)鏈中的參與者跟蹤鮮花和盆栽植物的運(yùn)輸進(jìn)度(從種植者到批發(fā)商，到零售商，遍及歐洲40個(gè)國(guó)家)．整條運(yùn)輸鏈的各方公司都可以利用傳感器對(duì)運(yùn)輸?shù)臈l件和氣候進(jìn)行跟蹤．使運(yùn)輸過程更加透明．英國(guó)的Pachube允許給現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界中的物品、設(shè)備、建筑和環(huán)境添加標(biāo)簽，并分享即時(shí)傳感器信息[3]．

我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)方面也展開研究，并取得了很好的成果．無錫傳感網(wǎng)中心的傳感器產(chǎn)品在上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)和上海世博會(huì)被成功應(yīng)用，這套設(shè)備由lO萬個(gè)微小的傳感器組成，散布在墻頭墻角墻面和周圍道路上．傳感器能根據(jù)聲音、圖像、震動(dòng)頻率等信息分析判斷，爬上墻的究竟是人還是貓鼠等動(dòng)物．遠(yuǎn)望谷開發(fā)的完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的XC型鐵路車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)已成功應(yīng)用于中國(guó)鐵路車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，在鐵路貨車使用費(fèi)用清算中實(shí)現(xiàn)了精確統(tǒng)計(jì)貨車數(shù)量；消除了鐵路運(yùn)輸調(diào)度管理的盲區(qū)，提高列車正點(diǎn)率．

然而我國(guó)當(dāng)前在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上做的工作還比較少．本研究結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)田的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，對(duì)于農(nóng)業(yè)安全管理、產(chǎn)品溯源都有相當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)意義．

1材料與方法

1．1概述

物聯(lián)網(wǎng)有3個(gè)特性：全面感知、可靠的傳送和智能作用[4]，其控制特性與傳感器網(wǎng)絡(luò)‘51有很大不同，主要強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的可控性，而傳感器網(wǎng)絡(luò)則強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的可觀測(cè)性．因此將傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)組成部分接入時(shí)就必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使之適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的要求．物聯(lián)網(wǎng)包括3個(gè)層次：1)傳感網(wǎng)絡(luò)，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實(shí)現(xiàn)‘物’的識(shí)別；2)傳輸網(wǎng)絡(luò)，即使通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計(jì)算；3)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，即輸入輸出控制終端，可基于現(xiàn)有的手機(jī)、個(gè)人電腦等終端進(jìn)行‘…．

本研究中，物聯(lián)網(wǎng)中的“物”包括4種：農(nóng)田(棉田、麥田與玉米地)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理終端和智能手機(jī)．構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的目的是將這4種“物”連接起來，使農(nóng)田能夠成為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)可觀測(cè)終端，在此一共包括3個(gè)層面的連接：

1)直接測(cè)量．通過傳感器網(wǎng)絡(luò)采集溫濕度和光照；通過數(shù)據(jù)管理終端歸納并管理采集到的數(shù)據(jù)；并通過智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查看、分析與管理．

2)多源數(shù)據(jù)集成．將當(dāng)前已建成的氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)獲取的數(shù)據(jù)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)相結(jié)合，建立傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)與大環(huán)境數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使研究人員能夠通過此網(wǎng)絡(luò)更好地了解農(nóng)田各參數(shù)之間的關(guān)系．

3)數(shù)據(jù)的開放與共享．利用WebService將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)開放出去，使之可以為更廣泛的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持．例如為衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)提供地面數(shù)據(jù)支持等．

1．2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與部署

網(wǎng)絡(luò)由3部分構(gòu)成：精準(zhǔn)灌溉傳感器節(jié)點(diǎn)——用于采集空氣溫度、土壤濕度和光照強(qiáng)度，并為鄰居節(jié)點(diǎn)提供路由；數(shù)據(jù)服務(wù)提供者——在服務(wù)器上部署相關(guān)服務(wù)，用于連通網(wǎng)內(nèi)成員，并對(duì)外提供數(shù)據(jù)服務(wù)；數(shù)據(jù)管理終端——包括智能手機(jī)、B／S數(shù)據(jù)管理網(wǎng)頁和C／S客戶端，用戶可通過不同方式查看服務(wù)器上的數(shù)據(jù)．系統(tǒng)在新疆與北京分別部署，服務(wù)器設(shè)在北京．在北京主要監(jiān)測(cè)種植春小麥和夏玉米的農(nóng)田，采集土壤濕度、空氣溫度和光照，并由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)記錄噴灌機(jī)行進(jìn)數(shù)據(jù)；由于新疆采用滴灌，故僅采集棉田土壤濕度、空氣溫度和光照，人工記錄灌溉時(shí)間與灌溉量．通過B／S網(wǎng)頁或分布部署在智能手機(jī)和電腦上的C／S客戶端，用戶可以遠(yuǎn)程查看農(nóng)田參數(shù)與農(nóng)機(jī)使用情況，分析數(shù)據(jù)以提高灌溉效率．

1．3軟硬件配置

傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心的FieldwSNs(農(nóng)田環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng))，載波頻段433MHz，實(shí)際部署時(shí)節(jié)點(diǎn)間距50～100m，每子網(wǎng)包含20個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成對(duì)等網(wǎng)．土壤含水率傳感器采用ECH20水分傳感器，工作電壓為2．5V．

由于部署網(wǎng)絡(luò)區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)連續(xù)陰雨天氣，為方便部署傳感器節(jié)點(diǎn)采用4節(jié)1．5VAA電池供電，通過穩(wěn)壓芯片t作電壓3．0V；節(jié)點(diǎn)MAC層采用CSMA／CA協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層采用洪泛協(xié)議；在能量管理上采用休眠／同步機(jī)制，使全部節(jié)點(diǎn)同時(shí)工作而后同時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)省能量，通訊時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)層的洪泛機(jī)制進(jìn)行全網(wǎng)同步[7]．

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用太陽能供電，工作電壓12V；為保證網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在雨季也能正常工作，蓄電池容量為12Ah．

基于智能手機(jī)的移動(dòng)終端采用WindowsMobile操作系統(tǒng)，通過WebService與服務(wù)器相連．主要目的是：1)在部署時(shí)以機(jī)載GPS定位節(jié)點(diǎn)，將節(jié)點(diǎn)位置信息上傳至服務(wù)器；2)在現(xiàn)場(chǎng)查看網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)，方便部署與維護(hù)；3)方便管理人員遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)田參數(shù)、人員工作狀態(tài)與農(nóng)機(jī)工作狀態(tài)．

1．4數(shù)據(jù)服務(wù)的設(shè)計(jì)

傳感器網(wǎng)絡(luò)在外部看來是網(wǎng)絡(luò)化的傳感器，更強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的采集，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的可觀測(cè)性【8]．在傳感器網(wǎng)絡(luò)中觀測(cè)的對(duì)象是傳感器采集到的數(shù)據(jù)、傳感器的工作狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)的連接情況．而物聯(lián)網(wǎng)則強(qiáng)調(diào)各個(gè)相連的事物之間的連通性，以及系統(tǒng)的可控性，物聯(lián)網(wǎng)中傳感器網(wǎng)絡(luò)是連接觀測(cè)者與被觀測(cè)對(duì)象的渠道．因此，需要對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以觀測(cè)者需要的形式發(fā)布出去．主要包括2部分服務(wù)：濾波和插值和．觀察者可以訪問通過這些服務(wù)了解被觀測(cè)對(duì)象，這一過程對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)而言是透明的．

1．5數(shù)據(jù)濾波

由于傳感器網(wǎng)絡(luò)在傳感器端沒有作濾波，可能會(huì)有一些奇異數(shù)據(jù)被采集回來，在一般使用中需要進(jìn)行濾波，只觀測(cè)臺(tái)理可靠的數(shù)據(jù)．在一些特殊的應(yīng)用中，特別關(guān)心奇異數(shù)據(jù)，也可以通過濾波服務(wù)獲取這些奇異數(shù)據(jù)．為方便計(jì)算，采用簡(jiǎn)單的平滑濾波∽j．