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农业电气化前景范文1
关键词：农业；无线传感器网络；课程特点；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0037-02
无线传感器网络是一种由大量低复杂度的传感器节点通过自组织方式形成的无线网络，每个网络节点由传感模块、处理模块、通信模块和电源模块组成，完成数据采集、数据收发、数据转发三项基本功能。[1]从21世纪开始，美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划。特别是美国通过国家自然基金委、国防部等多种渠道投入巨资支持传感器网络技术的研究。在我国，无线传感器网络的研究也受到了重视，2006年政府将发展无线传感器网络列入了未来《国家中长期科学和技术发展规划纲要》，对无线传感器网络的基础理论和关键技术的研究进行了资助。作为新一代的传感器网络，无线传感器网络具有非常广泛的应用前景，其发展和应用将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。
“无线传感器网络”是农业电气化与自动化专业的专业选修课，它涉及到通信技术、计算机技术和传感器技术等多种技术领域，其先修课程包括“信号与通信”“计算机网络”“传感器与检测技术”等。通过对无线传感器网络的基本概念、基本方法和理论的学习，了解常见的微型传感器，传感器网络的通信技术、支撑技术、应用开发基础，传感器网络协议的技术标准，掌握无线传感器网络的结构、分析和设计方法，提高学生解决农业应用中实际问题的能力。尽管“无线传感器网络”是农业电气化与自动化本科专业课程体系中重要的专业选修课程之一，但从督导评估和学生评教的反馈情况看，教学效果并不理想。笔者对该课程的特点和教学现状进行分析，并对其教学方法改革进行一些有益的探索和尝试。
一、课程的特点及要求
在农业监测应用领域，无线传感器网络具有得天独厚的优势：一方面，低功耗、微型化、高度集成、低价格的传感器节点，可以密集部署，使实时监测作物的各种生长环境因素和传递控制信号成为现实；另一方面，与传统有线传输方式相比，无线传感器网络具有无基础设施（自组织）、精度高、灵活性强、可靠性好等优点，可以有效解决环境监控数据的采集、自组多跳的无线发送等问题。因此，无线传感器网络具有其他技术不可比拟的优势。典型无线传感器网络架构主要包含4个层次：感知层、网络层、中间件层、应用层。感知层包括传感器节点等数据采集设备以及数据输入网关前的无线传感器网络；网络层主要负责网络接入、网络传输以及相应的管理与控制；中间件层提供通信服务、任务分析、任务调度、安全访问、可靠性控制和信息服务能力；应用层解决信息处理与人机界面的问题。
农业无线传感器网络所处物理环境及网络自身状况与工业应用有本质区别，其主要特点有：
1.节点数量受限
农业无线传感器网络设备成本低、节点分散，布置面积大，节点间距离较远。目前普通农作物收益并不高，投入成本有限，这些因素决定了无法密集布置传感器节点。另外，大量铺设传感器节点还会对农业机械化作业形成较大的阻碍，给传感器节点的维护带来诸多不便，导致农业无线传感器网络维护成本过高。
2.要求传输距离远，功耗低
农业无线传感器网络中各传感器节点之间的距离往往会比较大，且一般无人维护。传感器节点不仅要求传输距离远，还要求功耗小，在低成本太阳能供电情况下实现长期不断电的工作目的。
综上所述，无线传感器网络是近年来得到迅速发展和普遍重视的新型网络技术，它的出现和发展对农业领域产生了极其深刻的影响，具备广阔的应用前景。[2]通过“无线传感器网络”课程的学习，要使学生掌握农业无线传感器网络的原理和实现方法，了解最新的科技动态，使其具备从事网络设计开发的能力和正确解决实际工程问题的能力。
二、课程教学现状
“无线传感器网络”课程的设置适用于农业电气化与自动化本科及研究生专业，即在更广阔的背景下融入了多学科的相关知识，同时也使得无线传感器网络渗透到更广泛的应用领域当中，体现了各个学科相互交叉融合的特点。在传统的“无线传感器网络”课程教学中，教师往往单纯注重基本理论、基本方法和基本概念的描述，忽视将理论与实践相结合，忽略对学生设计思维能力和创新能力的培养，教与学之间的信息单向流动。具体表现在以下几个方面：
第一，无线传感器网络理论枯燥、应用性强，学生认知难度大。该课程涉及无线传感器网络关键技术的网络部署、拓扑结构、路由协议、节点定位、目标跟踪、拥塞控制、数据融合、网络安全等方面，覆盖面广 ，对网络通信、传感器结合技术要求较高。从往年教学的反馈情况看，学生普遍感到该课程理论抽象，内容枯燥，缺少感性认识，学习难度大。因此，不少学生产生畏难情绪，学习积极性差。
第二，教材针对性差，传统教学模式存在弊端。目前，多数无线传感器网络教材普遍存在注重理论、轻视应用的问题，致使内容艰深枯燥，还有一些教材概念模糊不清，令学生难以理解。基于上述原因，亟需对教材进行革新，以便为学生提供优秀的学习资源。另外，在教学模式方面，教学依然主要依靠课堂讲解，这种单纯的理论分析缺乏参与思考的积极性，致使教学效果不佳，必须采用多种方法对教学模式进行改革。
第三，实验环节薄弱。该课程是一门实践性和应用性非常强的课程，其实验环节在教学过程中起着重要的作用，通过实验不仅能使学生加深对网络技术原理的理解，更能直接增强学生的实践应用能力。而目前实验课偏重学生对无线网络接口芯片的功能验证，缺乏设计型和创新性的实验项目，抑制了学生的创新欲望，导致该课程实验教学环节较为薄弱，学生动手能力和创新能力不足。
第四，课程考核方式单一。考核方式对学生的学习积极性有重要的影响。目前，该课程的考核方式侧重考核基础理论，往往使学生忽视平时动手能力、实践能力和思考能力的培养，从而出现“高分低能”的现象。鉴于这种现象，亟需改变课程考核方式，对学生的学习效果做出准确和客观的评价。
三、课程教学方法改革
随着我国高等教育教学改革的深化，高等院校越来越重视对学生创新意识和创造能力的培养，同时也对教师的课堂教学方式提出了新的挑战。[3，4]转变传统教学观念、改革创新教学方法、着力提高学生科学素质和科研能力是当前教学改革的趋势和关键，也是人才培养的必然要求。[5]
1.案例教学法
在教学过程中，使用实际案例作为教学材料，通过对案例进行分析，引导学生理解掌握专业知识进而提高技能。教师在授课过程中，为了让学生直接接触到实际工程问题，应该引入一些具有代表性、有实用价值的案例，结合实际应用讲解相关技术及应用方式，激发学生兴趣，培养学生自主学习的习惯，激励学生对问题进行深入的钻研和思考，最终发现创造的秘诀。例如，要求学生应用CC2431芯片对温室无线传感器网络节点进行设计，满足无线传感器网络节点设计时外形小、集成度高、功耗低、速度快、成本低的要求，并将其作为平时考核。该系统涉及传感器、微处理器、无线通信、电源、TinyOS操作系统等多个内容，学生需要熟悉芯片和路由协议才能设计出最终的作品。因此，学生学习课程内容时会时刻把学习内容和任务制作联系起来，带着问题听课，从实现任务的目标出发学习课堂知识，取得事半功倍的效果。
2.任务驱动式教学法
以具体农业环境监测任务为教学活动的主线，在问题动机的驱动下，让学生积极主动地通过探索和学习，完成既定任务，培养学生解决问题的能力。在实验教学中，为每个教学单元设置了一个明确的任务需要完成，以充分调动学生的学习积极性，并在完成任务的整个过程中实现应用能力的培养。教学中要采用适当的方式，给学生以心理上的鼓舞，使学生的思维更加活跃，探索热情更加高涨。以“网络数据压缩”为例，将该内容任务设计为温室多传感器节点数据处理，任务提出后，引导学生对该任务进行分析讨论.教师对学生的讨论结果进行补充、修正，并引导出为实现该任务所需要的相关理论知识。通过教师指导、讲解的方式为完成该任务，提出一种温室无线传感器网络数据压缩方案，网络按轮运行，每轮中利用均值聚类算法将节点按监测数据相似性划分到相同的区域，每个数据相同区只允许聚类有效性指标值最高的节点传输数据，其余节点暂时休眠，以达到压缩发送数据量、降低能耗的目的。
3.课题教学法
鼓励学生设计相关实验，深化课堂教学内容，积极引导学生参与教师相关课题的研究，以课题研究的方式培养学生独立的科研能力，在课题研究的过程中要注重发挥学生的作用，让学生参加到调研、研讨、报告的写作等实际问题当中。积极支持学生自发性的科研活动，充分发挥教师的引导作用，为学生创造良好的创新环境。
四、结论
“无线传感器网络”课程理论性和实践性强，通过改进课堂教学方法，将抽象概念变得形象生动，丰富了教学手段，提高了教学效果，激发了学生的学习兴趣和热情，也提高教师对科研工具的应用能力；充分发挥学生的主观能动性和动手实践能力，不仅巩固了所学到的专业知识，也提高了应用能力和科研能力。学生反映良好，教学效果明显。对于该课程教学方法改革更深层次的研究和探索仍在不断进行中，今后将继续在教学上进行创新改革，以适应新时期高等院校创新人才培养的需要。
参考文献：
[1]王文光，刘士兴，谢武军.无线传感器网络概述[J].合肥工业大学学报：自然科学版，2010，33（9）.
[2]赵迎新，徐平平，夏桂斌，等.基于无线传感器网络的教学实验平台设计[J].电气电子教学学报，2008，30（5）.
[3]王海波，孙青竹.提高实验教学质量的探索与实践[J].实验技术与管理，2011，28（7）.
农业电气化前景范文2
摘要：本文分析了现阶段水产养殖行业信息化关键技术的发展现状，并对其未来发展趋势进行了分析。
关键词：水产养殖；信息化；关键技术；现状；发展趋势
现阶段，水产养殖信息化的关键技术主要表现为水产养殖业的信息获取技术。信息获取技术是信息化应用的基础，根据获取信息的尺度和获取信息的属性，水产养殖的信息获取技术可分为知识挖掘技术，传感网络技术和遥感技术三个方面。
1水产养殖的信息获取技术
1.1知识挖掘技术
众所周知，我们可以通过多种方式获取信息，比如查阅文献、参考养殖日志、问卷调查等等。当人们通过这些方式获取到信息后，就会进行信息录入，再经过知识挖掘这项技术，转换成计算机的应用和它的自动识别。在水产养殖业中，此项技术应用研究较早，现阶段在水产养殖信息化技术领域应用成熟。
1.2传感网络技术
可以应用水产养殖传感网络技术的对象主要有以下两种类型：第一种是鱼类和它们的行为参数辨别，这种传感技术使用的传感器主要以鱼的种类以及鱼类的其他相关特征作为基础；第二种是水环境的参数，应用于这种类型的水产养殖业传感器是一种水质传感器，其主要特性是化学特性。
1.3遥感技术
同参数信息获取的技术相比较，应用水产养殖信息化的遥感技术可以获取的水质参数非常有限，但是此项技术却能实现区域的信息采集，通过结合该地区的地理信息，实现多种信息的获取。遥感技术能对水产养殖实时信息进行合理的预处理，为未来多种更加先进技术在水产养殖领域的应用打下了坚实的基础。
2水产养殖信息化关键技术的发展趋势
水产养殖业发展信息化技术现阶段已经成为了现代化渔业的重要支撑和重要内涵，信息化技术的应用作为设施养殖的前提，也为其他信息化技术的作用提供了有效载体。水产养殖信息化关键技术具有广阔的发展前景。
2.1信息获取的方式
水产养殖业的信息获取方式逐渐由人工获取发展到自动化获取，能最大限度的避免人工获取的缺点。水产养殖业的环境参数变化具有多元性和周期性，发展信息建模的方法和参数处理的能力非常有必要。与此同时，发展传感技术也对智能化、集成化获取信息的程度不断提高。
2.2信息化技术应用
信息化技术应用主要是指信息获取的精度、广度以及质量和范围的不断提升。随着各项技术在水产养殖行业的应用越来越成熟，它们的不断发展也同水产养殖特性越来越紧密结合，信息化技术的应用起到了提升水产养殖业基础数据的整体水平，并且保证了水产养殖业数据来源的可靠性和可信度。
2.3信息处理方法
未来信息处理方法将向着智能化以及多元化和模型化的方向发展。数据挖掘和人工智能等计算机技术的应用，相对于信息处理中传统的方法更加高效，准确率更高，并且解决了水产养殖业的多种复杂问题。在此基础上，构建多种模型，使其更加多元化。
2.4养殖管理决策的改变
水产养殖信息化关键技术的发展使养殖管理的决策向着精细化和科学化的方向发展。信息化的发展更好地实现了现代科学与农业生产的紧密结合，使水产养殖改变传统生产方式，向精细化的养殖系统发展，改变了传统的控制方法，向着现代模型控制方法开始转变，从而使管理更加高效。
2.5信息化思维及技术的应用
信息化思维及技术的应用在水产养殖业中越来越重要，伴随着信息化的手段不断深入，信息化的本质和它的规律也越来越明显。注重信息化思维以及技术的应用，促进了高新技术和养殖流程的结合，使它们的关系更加紧密，并且不断地提高了科技转化能力和应用水平。顺应时代的发展和进步，为了使水产养殖业得到更好的发展，将信息化技术应用到水产养殖业是当前水产养殖者以及相关管理部门的首要任务。现阶段，部分水产养殖信息化的关键技术已经相对成熟，但还有一些技术不够完善，笔者认为，在以后的研究和发展中，应强化关键技术，使信息化高新技术与水产养殖紧密结合，共同优化。
参考文献
[1]胡金有，等.水产养殖信息化关键技术研究现状与趋势[J].农业机械学报，2015（7）:251-263.
[2]高月红，等.物联网技术在水产养殖中的实际应用[J].物联网技术，2014（2）:72-74.
[3]李亮斌，等.基于无线传感器网络的水产养殖水质重金属监测组网系统设计[C].“农业电气化与信息化工程与学科创新发展”学术年会论文集.2014.
农业电气化前景范文3
【关键词】无人机遥感平台；摄影测量；应用
1 无人机遥感平台的优势
卫星遥感平台并非能够自由使用的，而是受到轨道的约束，有固定的过顶时间，因此无法进行应急观测工作。若天气较为恶劣，则为了保证工作人员的安全，航空遥感载人飞机不允许进行升空作业。虽然微波遥感手段不会受到天气或者云雾的影响，但是其探测原理与可见光以及红外遥感的探测原理之间存在较大差异，在实际应用中也无法取代其地位。除此之外，传统航空遥感技术在获取相关的影像资料时需要花费较多成本，使得遥感技术无法在各个领域得到应用。
除上述卫星遥感平台与航空遥感外，还有一种低空遥感平台，与上述两者相比具有如下优势：（1）天气好坏对其影响不大，作业方式便捷与灵活；（2）其在构建、维护、作业等环节的成本较低，若与上述两者相比则低到可忽略不计的程度；（3）由于属于低空飞行，因此在获取影像资料时具有较大优势，获取资料精度较高、质量较好；（4）由于国家未出台相应的规定限制千米以下的空域，因此其飞行不受管制，具有自由性；（5）由于属低空飞行，获取的影像具备高度重叠性，为后续处理提供了可靠性。而小型无人机不仅具备上述优势，还易于携带与方便转移。因此，现如今对于无人机遥感平台的研究已经成为当今世界的热点之一。
2 无人机遥感平台摄影测量系统的结构
在无人机遥感平台这一基础上组成的摄影测量系统，主要的组成部分包括飞行控制系统、通信设备、无人机飞行平台、遥控设备、影响获取设备以及地面信息处理与接受设备。无人机遥感平台摄影测量系统中的飞行控制系统，主要包括对飞机自主飞行进行控制的微处理器、对飞行平台位置信息进行获取的GPS接收天线以及使飞行姿态处于稳定状态的垂直陀螺；地面配套设备，主要包括对飞机飞行、起降、拍摄进行控制的遥控设备、获取的地面高清影像数码相机中的数据处理终端以及接收与显示实时影像的数据接收终端。
无人机遥感平台在摄影测量的应用中，能够适用垂直陀螺对飞机的翻滚、俯仰姿态角进行准确的测量，同时将微处理技术与垂直陀螺有机地结合在一起，能够使飞机处于自主飞行状态的时候始终保持一个趋近于“水平”的状态。机载通信设备能够有效地将摄像头获取的一系列信息数据传输到地面数据接收终端中，主要传输的信息数据有GPS位置数据、实时影像等；这样就能够有效地使地面控制中心对飞机在飞行过程中状态进行监控，同时还能够监控机载通信设备中摄像头拍摄的情况，一旦飞机的飞行状态、拍摄情况出现异常的时候，就能够及时发现并解决出现的问题，避免相关事故的发生，例如：修整飞行姿态、修整飞机航向等。飞行过程中获取的高清影像在传输到地面数据接收终端的时候，能够通过地面相配套的数字摄影测量工作站对高清影像数据进行处理，处理这些高清影像数据的过程中，由于这些高清影像数据中的重叠度比较大，有一些高清影像的重叠度达到了90%，而且倾斜角要大于传统摄影测量中的角度，所以对于高清影像数据的处理方式与传统的影像数据处理方式不相同。
3 主要的技术指标
3.1 飞行平台的技术指标
无人机中摄影测量遥感平台的发展还处于初期阶段，还没有一个健全的作业规范制度。现阶段实行的航测规范，并不是完全根据无人机摄影测量遥感平台进行制定的，而是根据大多数测绘单位中的仪器设备与技术条件而进行制定的。无人机是一种新型的对地观测平台，它能够观测地面上的一系列情况，而小型无人机是在低空范围内对地面情况进行观测的一种平台，它的航拍高度主要出于一千米以下的范围内，而一些大型无人机的航拍高度要高于小型无人机的航拍高度，无人机中的摄像引起采用的是分辨率极高的数码相机，这种数码相机是无人机中的成像设备，它与传统航空摄影测量相比较而言，也非常大的不同。所以，现阶段已经制定出来的摄影测量规范不一定能够适用于这一种新型的摄影平台。根据传统航测作业中制定的准则来看，主要有以下几点参考指标：
（1）飞行的速度应当处于50km/h至100km/h范围内；
（2）当无人机的发动机出现故障的时候，无人家应当可以进行安全的滑翔直至平稳降落；
（3）无人机中的发动机应当设置在无人机前进方向的后端部分，防止湍流对发动机造成影响；
（4）相邻摄影测量工作站中，无人机飞行高度的变化不能高于5%；
（5）相对地面中，无人机飞行高度的变化不能高于5%；
（6）测量无人机飞行高度的误差不能高于5%；
（7）航摄平台在运行过程中，航摄水平的误差不能够超过3°；
（8）无人机中数码相机因为发动机而出现谐振状况的时候，相机的振幅偏摆角在曝光时间内中不能够超过8.6″；
（9）无人机偏离航线中的绝对误差，不能高于相片旁向覆盖区域的5%；
就目前来看，如果无人机在进行作业的时候满足上述几项指标，那么基本上就不会出现太大的问题。
3.2 数码相机性能的指标
就目前来看，相机市场上销售的数码相机品种呈现多样性，数码相机的分辨力越来越高，而且数码相机的体积、重量也越来越小，价格也在不断地降低；目前比较好的数码相机在分辨率上与传统胶片相机的分辨率已经不相上下。普通非测量相机在摄影测量的使用中，有一个最为基本的前提，那就是在摄影过程中稳定性要好，畸变差不能过大。随着科学技术的不断发展，数码相机的分辨率得到了很大的提高，同时数码相机中的辐射性能与几何性能也有显著的提升，数码相机中的点位精度也已经达到了次微米级。
从镜头的分解力方面来分析，航摄规范中对于航片有效使用面积内规定的镜头分辨率应当不低于501P/mm，每一台数码相机的像素应当处于7.4μm，很多数码相机都能够达到这一指标。
3.3 平台稳定度指标
航摄影像质量的高低，直接影响着摄影测量过程中摄影成图与繁简成图的精度与工效，所以，空中摄影测量对于无人机飞行质量的标准与要求十分高。
无人机在不断发展的过程中，自身的稳定性能已经得到了较大的提升，根据相关的调查研究显示，当侧风处于4级以下范围的时候，装载飞行控制系统的无人机在进行自主发行的过程中，一般情况下自身的横滚角与俯仰角都处于3°范围内；无人机传感器中的精确度是决定飞行平台稳定性的主要因素。
4 结语
无人机遥感平台在摄影测量中的应用有其自身非常多的优势，而且无人机遥感平台有着十分广阔的发展前景。就目前的硬件水平而言，无人机遥感平台能够有效的满足摄影测量作业中规定的标准与要求，并且无人机遥感平台还有很大的发展空间。
参考文献：
[1]施涛，杜博.基于无人机遥感平台的城市变化检测技术研究[J].科技创新导报，2012（08）.
[2]王峰，吴云东.无人机遥感平台技术研究与应用[J].遥感信息，2010 （02）.
[3]刘小龙.基于无人机遥感平台图像采集处理系统的研究[D].浙江大学：农业电气化与自动化，2013.
