基于无线传感器网络的无人机农田信息监测系统.pdf

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1、第31卷第17期农业工程学报1762015年9月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、b1．31No．17Sep．2015基于无线传感器网络的无人机农田信息监测系统张波1，一，罗锡文1※，兰玉彬1，黄志宏2曾鸣2，李继宇1(1．广东省农业航空应用工程技术研究中心，广州510642；2．华南农业大学现代教育技术中心，广州510642)摘要：移动无线传感器网络技术为农田信息监测提供了高效可行的技术手段。该研究根据南方农田地块相对分散、丘陵山地多，农情信息获取环境

2、恶劣、采集数据时间周期长、网络分割成块的特点，利用UAV(unmannedaerialvehicle)具有的高效、灵活的特性，结合低功耗无线传感器网络，提出一种满足南方农田信息获取采样和数据业务需求的三层架构的无线传感器网络体系结构TUFSN(three．tireunmannedaerialvehiclefarmlandsensornetwork)，其由数据采集层、中继传输层和移动汇聚层组成，该体系结构具有系统结构合理、可扩展性好、系统整体能耗低等特点。通过仿真可得中继节点RN(relaynode)的缓存大小范围为3～13kB，系统

3、试验中携带移动节点的UAV以lm／s的速度、15m的高度在农田上空飞过，飞行过程中与地面中继节点通信并采集农田信息，UAV与地面中继节点的平均通信时长为26S，仿真和试验表明，基于UAV的三层架构农田信息采集无线传感器网络很好地满足了南方地区农田信息数据采集和监控的生命周期长、传输数据可靠、覆盖面积广的要求。关键词：无人机；无线传感器网络；监测；农田doi：10．11975巧．issn．1002—6819．2015．17．023中图分类号：$252文献标志码：A文章编号：1002—6819(2015)一17—0176—07张波，罗锡

4、文，兰玉彬，黄志宏，曾鸣，李继宇．基于无线传感器网络的无人机农田信息监测系统[J]．农业工程学报，2015，31(17)：176—182．doi：10．119750．issn．10026819．2015．17．023http：／／www．tcsae．orgZhangBo，LuoXiwen，LanYubin，HuangZhihong，ZengMing，LiJiyu．AgriculturalenvironmentmonitorsystembasedonUAVandwirelesssensornetworks[J]．Transaction

5、softheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2015，31(17)：176—182．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2015．17．023http：／／www．tcsae．org0引言无线传感器网络(WSN，wirelesssensornetwork)是嵌入式技术、网络技术和传感器技术相结合的产物，在军事、工业、农业等多个领域应用，进行信息获取和对象跟踪

6、，是目前国内外研究的热点【l’2】。农田信息监测无线传感器网一般部署在条件相对恶劣的大自然农业环境中，用来对农田和农作物的信息进行监测【3卅。在农田信息监测WSN中，往往随机散布着数量庞大的、低功耗的节点。节点属于一种微型嵌入式系统，可以从农田环境中感知、采集信息。农田信息监测WSN整体上要求能自组成网和数据传输，每个节点都要求能进行本地信息和数据的采集、处理和发送，还要求能对其他节点转发来的数据执行存储、计算和汇聚等操作。由于节点一般采用电池供电，从而在功能设计上要求节点必须是低功耗的，因此节点的处理能力、存储能力和通信能力都会相

7、对较弱。受到农田复杂的自然环境条件限制，替换节点收稿日期：2015．04-25修订日期：2015—07—22基金项目：863计划(2013AAl02303)和国家发改委下一代互联网技术研发、产业化和规模商用专项(CNGI．12—03—027)联合资助作者简介：张波。男，广东揭西人，高级工程师，博士生，主要从事农用无人机和无线传感器网络应用研究。广州华南农业大学现代教育技术中心Email：zb@scau．edu．cn※通信作者：罗锡文，男，湖南株洲人，教授，博士生导师，主要从事农业机械与装备技术研究。广州广东省农业航空应用工程技术研究

8、中心。Emaihxwluo@scau．edu．cn或补充节点的能量是不现实的。因此，如何采用较少节点实现高效、可靠的农田信息采集成为近些年研究的热点之一。Matthias等的研究表明移动性可以明显提升无线网络的性能，其研究证实了移动节