农业环境信息无线地下传感器网络是将具有无线接收、发送模块的WUSN传感器设备完全埋入地下一定深度土壤中，感应模块感知到数据后，通过无线方式发送数据，众多的传感器节点在土壤中组建成传感器网络，自动完成数据感知、收集的全过程，具有隐藏性强、易于布设、数据及时、可靠性强、覆盖范围大、容易升级等优点。除了监测土壤静态参数外，无线地下传感器网络还可以被用于监测土壤运动情况，预测地震、山崩、泥石流、地下冰层运动以及火山爆发等事故，因此在农业、军事、交通、建筑、自然灾害预测等方面具有广阔的应用前景。

　　无线地下传感器网络在农业应用研究方面的报道甚少，目前研究主要包括土壤类型、土壤体积含水量、节点埋藏深度、节点距离、频率范围等主要影响因素下电磁波的多路径传输的路径损失、误码率、最大传输距离、含水量测试误差等方面。

　　李莉针对智能交通系统和近地表土壤维护（如高尔夫球场、足球场等）的无线地下传感器网络系统进行了网络体系结构设计，设计了节点的软件和硬件系统，采集节点采用性能较低的单片机，地面接收节点采用性能较高和内存较大的单片机，没有进行网络系统的开发测试研究；文献还研究了电磁波在地下土壤中的传播情况、地下信道模型、土壤电气特性对无线地下传感器网络性能影响、无线地下传感器网络的节点部署方案等，用MATLAB数学仿真软件对400MHz频率下、传感器埋深为0.5m、传感器水平间距为1m、电导率为0.1、相对介电常数为10的不同体积含水量和砂粘土比例土壤的电磁波传输的参数和能量损耗进行了仿真分析。

　　H.R.Bogena等在实验室采用土柱试验研究了2.44GHz频率Zigbee无线收发模块（Soilnet）在不同土壤类型和含水率的无线信号衰减情况，试验表明，土柱深度增加和土壤体积含水量增加都会导致信号衰减增加，其关系都可用线性模型表达，其相关系数R2大于0.90。

　　CoenJ.Ritsema、HenkKuipers等开发了一种用于高尔夫球场的近地表无线地下传感器网络系统，设计了采集节点、汇聚节点及网关节点。地下采集节点由土壤水分传感器、控制器、无线收发器和天线（NordicNRF905，频率868MHz）、内存单元和电池供电模块组成，每个采集节点可以连接多个土壤水分传感器；汇聚节点与采集节点组成基本相同，只是没有传感器，汇聚节点汇聚采集节点的数据，并在一定路由算法驱动下可以和其他汇聚节点及网关节点通信；网关节点控制汇聚节点数据的存储和传输，通过RS232接口可以和计算机或者GPRS模块连接，一个网关节点可以连接的汇聚节点最多为31个，同汇聚节点一样网关节点可以通过DDI328农业工程学报2011年被远程控制访问。通过试验，系统运行正常，不同深度土壤水分数据可以稳定准确地传输至中央计算机。

　　AgneloR.Silva、MehmetC.Vuran研究了433MHz频率的无线地下传感器节点天线带宽、节点在土壤中的埋藏深度（15cm和35cm）及农田土壤水分（体积含水率分别为9.5%和37.3%）等因素对地下节点与地上节点之间通信性能的影响。田间试验结果表明超带宽天线相对普通天线可使信号传输距离增加3.5倍；体积含水率从9.5%增加至37.3%导致传输距离下降70%；节点埋藏深度从35cm到15cm，对于地上节点到地下节点的信号传输（下行传输）距离增加3倍，而地下节点到地上节点的信号传输（上行传输）距离只增加0.4倍。

　　AgneloR.Silva、MehmetC.Vuran还将433MHz的无线传感器网络系统和中心支轴式喷灌机相结合而应用在玉米的精确灌溉中，8个地下传感器采集节点（埋深35～40cm）圆周分布在喷灌机的作业范围内，一个信号接收节点（离地高度2.5m）安装在喷灌机上，分析了地面覆盖和玉米冠层、喷灌机转动速度等因素对信息接收的影响。

　　XinDong、MehmetC.Vuran研究发现降雨和风暴天气环境条件、土壤紧实度和植被覆盖程度、无线地下传感器网络拓扑结构参数、采样时间和采样密度等对土壤水分采集信号的失真度都有较大影响。

　　MehmetC.Vuran研究了无线传感器网络电磁波在土壤介质中传输的信道模型，分析了组成土壤、土壤体积含水率（5%～25%）、节点埋藏深度（0.1～2m）、节点距离（0.5～5m）、频率（300～900MHz）等主要影响因素下电磁波的多路径传输的路径损失、误码率、最大传输距离、含水量测试误差等。结果表明，综合考虑到信号衰减和天线尺寸的影响，300～400MHz的频率更适合土壤无线地下传感器网络；由于传输距离受埋深的影响，最优的频率不是一个，因此采用多频率的感知无线技术（Cognitiveradiotechniques）的WUSN对环境变化的适应性将更好；对于节点埋深较浅的网络，可以采用双路径信道模型，埋深较深的可以采用单路径信道模型，并依据埋深来设计适宜的传感器网络拓扑结构；300～400MHz频率下最大传输距离为5m，因此WUSN适宜采用多跳形式；土壤含水量对网络性能有较大影响，因此需要设计的WUSN需要具有更好的鲁棒性，以适宜于监测一定的含水量变化范围的土壤参数；不同季节环境变化条件下对无线传感器网络的性能也有影响，采用跨层协议（Cross-layerProtocol）通信的方法可以解决该问题。

　　3、展望

　　1）无线传感器网络是实现农业环境变量信息多方位、网络化远程监测的主要技术手段。基于电磁波在农业环境及土壤中传输波型的信道模型、路径损失模型是无线传感器网络监测技术与系统研究的理论基础，是研究农业环境信息无线传感器网络技术参优化数及开发系统的主要依据。

　　2）无线地上传感器网络应用研究集中在作物不同生长期内节点布设距离和高度以及作物高度等对无线电信号传输损失的影响，从而为合理选择节点布设参数提供技术依据。

　　3）土壤无线地下传感器网络不仅需要研究电磁波在土壤中的传输特性，还要研究电磁波在土壤与空气界面的传输特性，是多层介质且为非均质（非均质土壤传输目前还未见报道）传输，节点与节点之间的信号传输路径有地下至地下、地下至地上、地上至地下3种，传输波型有直射波、发射波及侧面波等。

　　4）影响土壤无线地下传感器网络性能的主要因素有气象环境、土壤类型、土壤水分含量、土壤结构与成分、节点埋藏深度、节点距离、频率与功率范围、网络拓扑结构、路由算法、组网方式等，这些影响因素对电磁波多路径传输的路径损失、误码率、最大传输距离、含水量测试误差等方面会产生较大影响。

　　5）综合考虑到信号衰减和天线尺寸的影响，300～500MHz的频率更适合土壤无线地下传感器网络，其最大传输距离为5m；由此推断，在农业方面的应用，由于成本和经济性问题，传输距离将是系统大面积推广应用的主要限制因素。采用加宽天线可以增强无线收发信号的强度，增加传输距离。

　　6）农业环境信息监测无线传感器网络技术今后重点应研究433MHz电磁波在不同土壤和空气多层介质中的传输特性、信道模型及路径损失，优化节点和网络的主要技术参数，确定不同农业应用环境条件下传感器网络节点合理位置和最优的网络拓扑结构方案。