1、背景介紹

智能農(nóng)業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)十二五規(guī)劃重點(diǎn)領(lǐng)域之一，大量的科技創(chuàng)新技術(shù)將應(yīng)用在農(nóng)業(yè)發(fā)展中，其中包括通信技術(shù)、自動化控制系統(tǒng)，等等。

通信技術(shù)是指通過各種有線、無線、長距離、短距離的通信技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)物品與物品之間，機(jī)器與機(jī)器之間，機(jī)器與人之間的信息與數(shù)據(jù)的交換，這就形成了當(dāng)今科技領(lǐng)域最為關(guān)注的領(lǐng)域之一——“物聯(lián)網(wǎng)”。其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，它擔(dān)負(fù)著極其重要的信息傳遞、交換和傳輸?shù)闹厝?。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目前是通信、計算機(jī)和自動化等領(lǐng)域一個新興的研究熱點(diǎn)，它能夠可靠地、實時地采集覆蓋區(qū)中的各種信息并進(jìn)行處理，處理后的信息可通過有線或無線方式發(fā)送給遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)消費(fèi)系統(tǒng)。

自動化控制系統(tǒng)可以在設(shè)定的條件下與遠(yuǎn)端接收器通信，按照系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的程序?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行開、關(guān)等操作，還可以按照復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)邏輯，實現(xiàn)靈活的操作控制，另外，動態(tài)信息采集分析技術(shù)也是重點(diǎn)應(yīng)用，對現(xiàn)場的復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理。

在我國，農(nóng)業(yè)是用水大戶，農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的80%左右，由于農(nóng)業(yè)灌溉效率普遍低下，水的利用率僅為45%，而水資源利用率高的國家已達(dá)70%～80%，因而，解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題，對于緩解水資源的緊缺是非常重要的，也是節(jié)水潛力最大的領(lǐng)域。目前，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的困難在于農(nóng)田分布范圍廣泛，各種農(nóng)作物的用水需求也不相同。使用大面積的溝渠灌溉技術(shù)，不僅浪費(fèi)水資源，而且在農(nóng)田利用上也造成很大的浪費(fèi)。采用自動化控制的滴灌技術(shù)，可以根據(jù)各種農(nóng)作物對水量的要求，以及土壤的水情合理配置各個供水設(shè)備運(yùn)行情況。另外，通過自動化控制，可以將整個農(nóng)場系統(tǒng)中的各種資源使用情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，使相關(guān)人員及時了解整個系統(tǒng)的相關(guān)資源信息，通過統(tǒng)計分析，進(jìn)行合理使用，從而達(dá)到省水節(jié)能、省工省地的效果，以及發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的目的。

易控在農(nóng)田智能灌溉領(lǐng)域的應(yīng)用主要是通過無線傳感器感應(yīng)土壤的水分，并在設(shè)定條件下與接收器通信，控制灌溉系統(tǒng)的閥門打開、關(guān)閉，從而達(dá)到自動節(jié)水灌溉的目的。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)具有多跳路由、信息互遞、自組網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)通信時間同步等特點(diǎn)，使灌區(qū)面積、節(jié)點(diǎn)數(shù)量可以不受限制，因此可以靈活增減輪灌組。加上節(jié)點(diǎn)具有土壤、植物、氣象等測量采集裝置，利用通信網(wǎng)關(guān)的Internet功能與GPS技術(shù)結(jié)合，形成灌區(qū)動態(tài)管理信息采集分析技術(shù)，配合作物需水信息采集與精量控制灌溉技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)等，可構(gòu)建高效、低能耗、低投入、多功能的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉平臺。

2、農(nóng)業(yè)節(jié)水及信息管理系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

農(nóng)業(yè)節(jié)水及信息管理系統(tǒng)一般負(fù)責(zé)的區(qū)域比較大，如一個鄉(xiāng)、一個縣、一個市等。這樣大的區(qū)域，對于自動化產(chǎn)品來說，采集能力和通信能力都不可能實現(xiàn)，為了將這么大的區(qū)域中的相關(guān)信息進(jìn)行收集，需要將這些大的區(qū)域劃分為多個相對較小的區(qū)域，每個相對較小的區(qū)域再劃分出更小的控制單位，從而能達(dá)到一個自動化控制單元所能控制的范圍。因此，農(nóng)業(yè)節(jié)水及信息管理系統(tǒng)一般由兩個部分組成：集中監(jiān)控中心、現(xiàn)場監(jiān)控站。各部分分工明確、協(xié)同合作，使管控一體化的功能在農(nóng)業(yè)節(jié)水及信息管理中得到了充分應(yīng)用。下圖為基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)場監(jiān)控站

現(xiàn)場監(jiān)控站作為整個農(nóng)業(yè)節(jié)水及信息管理系統(tǒng)中的最小單元，也是整個監(jiān)控系統(tǒng)的最底層控制系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集以及將采集到的數(shù)據(jù)傳送到上層集中監(jiān)控中心的任務(wù)。

現(xiàn)場監(jiān)控站一般控制和采集的設(shè)備包括：使用無線ZIGBEE協(xié)議的閥門、RTU設(shè)備、各種氣象、墑情采集傳感器等，有些先進(jìn)的監(jiān)控站還配置視頻采集設(shè)備，實時采集控制區(qū)域內(nèi)的視頻信息。

現(xiàn)場監(jiān)控站一般使用具有通用組態(tài)功能的組態(tài)軟件完成現(xiàn)場各種設(shè)備的數(shù)據(jù)的集成，以及數(shù)據(jù)的傳輸功能。本系統(tǒng)中，使用北京九思易自動化軟件有限公司的易控組態(tài)軟件。

集中監(jiān)控中心

集中監(jiān)控中心根據(jù)其所管轄區(qū)域大小，將區(qū)域內(nèi)所有現(xiàn)場監(jiān)控站的信息進(jìn)行集中采集、展示、存儲、分析等。同時，通過易控組態(tài)軟件的WEB發(fā)布功能，將所采集的信息發(fā)布到INTERNET上，供相關(guān)部門查看分析。

集中監(jiān)控中心通常與現(xiàn)場監(jiān)控站之間通過移動通信技術(shù)GPRS、3G或者WIFI等無線通信方式進(jìn)行連接，這種方式可以大大節(jié)省硬件成本，同時，數(shù)據(jù)的實時性也能保證。集中監(jiān)控中心作為整個農(nóng)業(yè)節(jié)水和信息管理系統(tǒng)的中心層，不直接參與現(xiàn)場設(shè)備的控制，而是通過對現(xiàn)場監(jiān)控站相關(guān)數(shù)據(jù)的分析以及歷史數(shù)據(jù)的分析，形成先關(guān)的節(jié)水灌溉方案，各個現(xiàn)場控制站通過分析所得的方案進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場控制。