物联网和无线传感器网络集成对生产力和可持续性的影响

本文讨论了物联网和无线传感器网络在农业中集成的变革性影响。它探讨了这些技术如何提高生产力、资源分配和决策。农业产业取得了重大技术进步，融合了诸如物联网 （IoT）、大数据分析、区块链系统、无人机 (UAV)、无线传感器网络 (WSN)、无线网络协议、人工智能（AI）、农业机器人。

物联网对世界的演变有何影响？

物联网系统在全球范围内的使用日益广泛，代表着向利用设备生成的数据来提高效率的创造性方法的转变。物联网使各种网络之间的实时信息交换成为可能，从而实现人与机器之间更大规模的连接。

借助这种架构，可以随时通过互联网与世界各地的人们轻松共享强大的计算传感器收集的实时数据。

物联网和无线传感器网络技术的集成如何彻底改变农业并提高生产力？

发展中国家国内生产总值（GDP）很大一部分来自农业，农业是经济发展的基础。世界上最快的人口增长加剧了迫在眉睫的粮食危机，需要立即采取行动增加产量并满足不断增长的需求。

研究人员不断研究和利用无线传感器网络和物联网等革命性创新来增加农业产量。物联网和无线传感器网络的融合彻底改变了农业产业，改善了资源分配和生产效率，特别是在智慧农业（SA）方面。

物联网

基于传感器的小工具使数据收集和分析变得更加容易，从而实现明智的决策。全球物联网行业预计将显着增长，并带来集成农业应用的新前景，包括灌溉、土壤监测、害虫控制和温室环境监测。

无线传感器网络

全球接入点连接连接到分布在不同地点的众多无线传感器节点，并仔细收集一系列物理参数的数据，是不断发展的 WSN 格局的重要组成部分。

从偏远地区获取这些信息就像通过互联网处理移动数据一样简单。无线传感器网络是这个复杂的物联网系统的关键监控基础设施。

WSN 提供了显着的优势和功能，特别是在

● 提高监控的准确性

● 自动化能力

● 优化技巧

 

此外，WSN技术使农民能够获得

● 重要信息

● 精确的产量图

● 精准农业

● 具有成本效益的优质商品生产

物联网与无线传感器网络的集成

当前的研究越来越集中于保证物联网和无线传感器网络集成的可持续性。

就SA而言，物联网使智能设备之间的集成和交互成为可能，这在这个技术先进的时代是一个巨大的变化。这种集成涵盖了用于监测的土壤嵌入式传感器，并结合了物联网和无线传感器网络。

它具有多种微控制器、通信协议和收发器，可实现有效的数据传输。支持多种传感器的无线传感器网络对于这种集成至关重要。考虑到农业景观的规模，传感器节点必须运行良好且较长时间才能满足应用需求。

从长远来看，这种物联网-无线传感器网络相结合的战略可以通过极大地改善农业实践来促进可持续和高效的农业运营。

电池供电节点

他们的设计中融入了几个创造性的电池供电节点，利用无线网络来促进顺畅的通信。

微机电系统 (MEMS) 的改进带来了更小、更经济且节能的节点。它们被小心地放置在整个景观中，从农场和周边地区收集信息。

数据采集

它记录了重要的参数，包括

● 作物健康

● 温度

● 湿度

● 土壤湿度

 

数据处理

此外，这些节点的嵌入式微控制器支持关键的数据处理。收集到的数据和见解通过直接和间接传输到达基站或中央枢纽。

决策

动态信息流显着改进了图 1 所示的决策系统。

基于物联网的智慧农业系统.png

图1 基于物联网的智慧农业系统 来源：IEEE Access

确保全球粮食生产需要关键要素，包括

● 作物保护

● 产量预测

● 土地评估

无线传感器和移动网络可实现高效的农田管理和实时田间状态监控。涉及的步骤是

● 我们通过遍布农田的传感器收集有关土壤湿度、温度和湿度的重要数据。

● 为了建立IoT-WSN，这些传感器与准备进行无线通信的节点连接。

● 对收集到的数据进行分析可以做出明智的决策，从而实现自动浇水、精确的资源分配和及时干预，以最大限度地促进作物生长。

无线通信协议

在 SA 中，多种通信协议都有共同用途，包括

● 无线网络

● 西格福克斯

● LoRaWAN

● 紫蜂

 

这些技术保证

● 远距离覆盖

● 低数据包丢失

● 低功耗

● 高效沟通

在 SA 中，使用无线通信协议和 IoT-WSN 至关重要。

人工智能集成物联网-无线传感器网络系统
为了提高SA系统内部的运营效率，物联网-无线传感器网络系统通过现代技术的融合集成了人工智能及其子集。特别是，机器学习（ML）和深度学习（DL）在物联网应用中得到广泛应用。

正在进行的研究旨在简化和改进该架构，以最好地将其集成到 SA 应用程序中。物联网设备只能在线工作。因此，隐私成为需要考虑的重要因素。

即使区块链解决方案成功处理数据隐私问题，也需要更多的开发。目前的研究成果值得注意，提供了富有洞察力的信息，填补了知识空白，并刺激了SA研究新技术的未来发展。

总结要点

● 物联网和无线传感器网络在农业中的集成通过实时数据交换和自动化提高生产力和可持续性。

● WiFi、SigFox、LoRaWAN、ZigBee 等通信协议确保高效的数据采集和低功耗。

● 人工智能集成增强决策能力，实现自动浇水和精确资源分配，实现作物最佳生长。

● IoT-WSN 系统通过改善资源分配、生产效率和监控准确性来彻底改变农业。

● 使用基于传感器的小工具和无线传感器网络技术可以在农业应用中实现数据驱动的决策，从而促进行业的显着增长。