基于无线传感器网络的无人机农田信息监测系统

３６　Ｉ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａ１．ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌ。ｐｍｅｎｔ》农机装备研发Ｉ　基于无线传感器网络的无人机农田信息监测系统　张旺　邵阳４２２０００）　（邵阳学院信息工程系，湖南摘　要：现代技术的发展使得农田管理朝着现代化管理方向发展，尤其是在农田信息监测方面，以无线传感器网络为基础的无人机为　农田信息监测提供了现代化的管理方法。本文分析的是基于无线传感器网络的无人机农田信息监测系统，全文在分析中从无线传感器　网络系统组成、无线传感器网络应用原理以及实际应用以及结果分析等方面进行分析　关键词：无线传感器网络：无人机；农田信息监测系统　中图分类号：ＴＰ２１２．９　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７２—３８７２（２０１７）０９—００３６—０２　在当前信息领域中，无线传感器属于一个研究热点。　通过无线传感器能够实现某些特殊环境下的信号信息的　采集、处理以及发送，在实际生活中有着重要的应用价　值。在农田管理中不同农作物在生产过程中需要对温度、　湿度、光照等相关指标进行监测。考虑到不分地区的农田　一数据中心属于整个系统中的核心，包含的组件较多，　比如：地理信息系统、数据库、存储、服务器、高速网络带宽　等。数据中心主要负责对所有搜集整理信息的处理和分　析，进而为实际的农田管理提供参考。　ＴＵＦＳＮ具体的网络结构包含ＳＮ—ＲＮ数据采集层、　ＲＮ－ＵＡＶ中继传输层以及ＵＡＶ－ＤＣ移动汇聚层。其中数　山地、丘陵为主。特殊的环境增加了信息监测难度，而　以无线传感器网络为基础的无人机则可较好的解决这一　问题，本文结合相关文献资料，就基于无线传感器网络的　无人机农田信息监测系统分析如下。　据采集层中的硬件和能量都是有限的，此外还包括了其它　特点，综合所有要求，数据采集层需要使用ＩＥＥＥ８０２．１５．４　网络通信协议。中继传输层结构简单，需要较多的能量，　有较好的通讯质量，此网络层仍然采用ＩＥＥＥ８０２．１５．４协　议。而移动汇聚层中主要是在不同数据中心之间建立网　络连接，不同数据网络之间采用蜂窝式数据网络。采用这　种数据网络方式能够满足实时数据传输、错误检测以及通　１　无线传感器网络系统组成分析　根据国内外众多学者的研究，无线网络的性能可以　通过移动性来提升．而移动节点可用于无线网络．同时能　够延伸无线网络的范围。根据已有的文献报道，本文以三　层架构的无线传感网体系ＴＵＦＳＮ（ｈｒｅｅ—ｔｉｒｅ　ｕｎｍａｎｎｅｄ　ａｅｒｉａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｆａｒｍｌａｎｄ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ）为主进行说明。　讯距离长等相关要求。　２无线传感器网络应用原理分析　无人飞行器和中继节点在数据交换时的计算公式为：　Ｈ＝Ｒ・ｓｉｒｔｏｔ　ＴＵＦＳＮ系统结构体系包含了传感器结点（ＳＮ，ｓｅｎｓｏｒ　ｎｏｄｅ）、无人飞行器（ＵＡＶ）、中继节点（ＲＮ，ｒｅｌａｙ　ｎｏｄｅ）以及　数据中心（ＤＣ，ｄａｔｅ　ｃｅｎｔｅｒ）等。　传感器能够对外界环境进行感知．同时还能够完成　其中Ｈ表示ＵＡＶ和地面之间的距离，也就是飞行器　距离田地的距离（ｍ）；Ｒ表示ＲＮ的通讯半径（ｍ），ＵＡＶ和　ＲＮ连线和水平面夹角为仪（。）。　Ｓ＝２Ｒ・ＣＯＳａ　运算以及无线通信功能。在农田信息监测中，传感器能够　对农田土壤的环境温度、环境湿度、ＰＨ值以及风力因素　等相关因素进行感知。在一定区域的农田内布置较多的　传感器节点，依靠众多传感器节点形成传感器网络结构，　其中Ｓ表示ＵＡＶ和ＲＮ之间的通讯距离。　Ｒ＝、／　ＵＡＶ和ＲＮ之间数据交换需要满足以下要求：　＝尽管单一传感器感知能力有限，但是整个传感器网络的　感知能力却是很明显的。　中继节点主要用于数据信息传输，具体的就是无线　（ｂ・ｔ　）／８　其中Ｌ表示ＲＮ和ＵＡＶ之间的交换的字节数长度，ｂ　传感器节点连接和无人机之间的信息交换，传感器节点　采集的相关信息传输给无人机，不同中继节点之间不需　要通信。为保证中继节点的通讯周期，需要采用天线增益　的方法满足上述要求【１＿。　表示ＲＮ和ＵＡＶ之间的数据传输率（ｂｐｓ）。　ｂ・　）／８　在具体运行中，ＵＡＶ会沿着规定的轨迹对中继节点　进行搜素，其中ＵＡＶ巡航速度约为５ｒＴｌ／ｓ一１５ｍ／ｓ。当ＵＡＶ　无人飞行器能够重复使用，自身安装有相关的控制　设备，比如：自驾仪、飞行姿态控制等。其中无人机上部的　移动通讯设备可以符合多种通讯接口要求。根据通讯质　量情况，可实现数据信息的缓存或者是直接保存处理。　进入到中继节点通信范围内，此时速度可控制在０ｍ／ｓ一　５ｍ／ｓ，然后完成数据的采集，然后又提高速度进行巡航，实　现重复性操作。　３实际应用以及结果分析　作者简介：张旺（１９９５一），男，湖南湘潭人，大学本科，研究方向：物联网工程。　根据上述原理中的相关公式进行仿真模拟计算，其中　ｌ农机装备研发《Ａ￣ｃｕｌｔｕｒａｌ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ａｎｄ　ｅ￣ｉｐｍｅｍ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌ。ｐｍｅｎｔ　Ｉ　３７　仿真工具为Ｍａｔｌａｂ．设定后相关参数进行仿真模拟运算，　根据仿真结果，当ＲＮ通讯半径超过３０ｍ时，通讯时间可　超过４５ｍｉｎ．当ＲＮ通讯半径不超过２０ｍ时，通讯时间不　超过３５ｍｉｎ，因而在通讯距离范围内，为保证通讯时间，需　的．而农作物的高低以及生长程度等都会影响到网络连接　时间。其中数据传输以及ＵＡＶ移动网形成网络的平均时　间为２６ｓ。　４结束语　本文通过对三层架构的无线传感网体系系统结构以　及网络应用原理分析．进而通过仿真实验以及具体实验对　要降低无人机的飞行高度；当无人机飞行速度较快时，　ＵＡＶ和ＲＮ之间数据传输减少，此时飞行速度和ＲＮ缓存　呈反比。当ＵＡＶ飞行高度增加，ＵＡＶ和ＲＮ数据传输减　少。飞行高度和数据缓存之间为反比。ＲＮ缓存会受到速　度以及高度的影响，其中速度影响大于飞行高度影响回。　根据上述仿真飞行相关结果分析，在某实验基地进　行了相关试验，其中采用的无人机为八旋翼。最大荷载为　５Ｋｇ，无人机配备了相关模块，在地面设置了８个中继节　点，不同中继节点之间距离为１５０ｍ。分型高度控制在　１５ｍ，飞行速度为１　ｓ，根据设定的轨迹，完成实验，研究　结果显示，中继节点和移动节点之间的通讯时间是恒定　实际应用情况进行分析．结果显示该无线传感器网络的无　人机能够应用于丘陵地带较多、地块分散等环境特殊的区　域，由于实验范围有限。后续应进一步加大研究。　参考文献：　『１１张波，罗锡文，兰玉彬，等．基于无线传感器网络的无人机农田　信息监测系统Ⅱ］．农业工程学报，２０１５，３１（１７）：１７６—１８２．　『２１殷建军，张铁民，潘春华，等．分辨率实时可调的无线图像传感　器节点设计与试验Ｕ］．农业工程学报，２０１７，３３（３）：１８２—１８９．　收稿日期：２０１７—４—９　（上接第３５页）　４结论　本课题以已有的脱壳清选单机为基础，为解决现有技　术对一些未开裂的大果清选效果不理想的问题，开展对油　茶果脱壳初清设备的研究，通过两个月的生产试验，结果　＾醵　表明，该设备处理量在１．６ｔ／｝ｌ左右，技术指标：脱壳率≥　９９％，初清率≥５０％，损耗率≤１．２％，达到设计要求，不足　之处是损耗率虽然控制在１％左右的较低水平，但并未完　弗鼍羹　全杜绝损耗。该机目前作为油茶果成套加工机组中的一　环。经过脱壳初清筛处理后的茶果再进入清选机清选过　后清选率可达到９５％以上，得到了客户的肯定，可以进行　大面积推广。　图１１工作长度对筛选效果的影响　３使用情况及效果　２０１５年１０月底，油茶果脱壳初清筛在江西瑞金绿野　轩生物科技有限公司进行了为期两个月的生产试验，设　备运行情况良好，处理量和技术指标均达到预期要求。　表３技术指标抽样统计　参考文献：　【１】国家林业局．全国油产业发展规划（２００９—２０２０年）［Ｍ］．２００９．　【２】兰峰，崔勇，苏子昊，等．油茶果脱壳清选机的研制与试验Ｕ１．农　业工程学报，２０１２，２８（１５）：３３—３９．　【３】李新金，兰峰，苏子昊．油茶果脱壳清选机国内研究现状及成　套加工工艺初探Ｕ１．南方农机，２０１４，４５（６）：５－８．　【４】兰峰，崔勇，苏子昊，等．油茶果脱壳分选机［Ｐ］．中国专利：　２０１１１０４５３７００．２，２０１５－０３－０４．　【５】曹康，郝波．《中国现代饲料工程学》［Ｍ】．上海：上海科学技术　文献出版社，２０１４。　【６】郑州粮食学院，商业部郑州粮食科学设计研究院．《粮食工程　设计手册》［Ｍ】．１９８５．　【７】吴良美，龚增禄．《碾米工艺与设备》【Ｍ】．北京：中国财政经济出　版社。１９９３．　【８】国家发改委．ＪＢ／Ｔ５６８８．２—２００７花生剥壳机试验方法［ｓ】．　［９］江西省现代农业装备科技有限公司．Ｑ／ＪＮｓ　００２—２０１５《油茶　果脱壳清选机》企业标准【ｓ］．　【１０】兰峰，刘涛，苏子昊，等．油茶果脱壳清选成套设备的研究Ｕ１．　中国农机化学报，２０１６０１）：３４—３６．　收稿日期：２０１７—３—２ｌ