本文首先闡述了智能傳感器的概念、特征和實(shí)現(xiàn)方法，從而引入了農(nóng)業(yè)智能傳感器的應(yīng)用和當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)智能傳感器的挑戰(zhàn)與措施。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及以及科學(xué)水平的提高，智慧農(nóng)業(yè)開始崛起，全國(guó)各地也開始大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，智慧農(nóng)業(yè)依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)促進(jìn)了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化、智能化、便利化的發(fā)展。農(nóng)業(yè)智能傳感器由此被逐漸重視，開始在農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色。

一、

農(nóng)業(yè)智能傳感器的構(gòu)成

作為信息化時(shí)代感知層的關(guān)鍵技術(shù)，智能傳感器在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍十分廣闊。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，多目標(biāo)監(jiān)測(cè)需求下，通常需要多個(gè)傳感器單元，高度智能化下控制單元具備對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，通信單元作為農(nóng)業(yè)智能傳感器與外界通信的接口，負(fù)責(zé)與外部網(wǎng)絡(luò)的信息交互。在智慧農(nóng)業(yè)背景下，配套的智能算法更是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)傳感器智能化的關(guān)鍵。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有多樣性，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的智能傳感器逐漸發(fā)展形成一個(gè)種類繁多的技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)農(nóng)業(yè)智能傳感器檢測(cè)對(duì)象的不同，大致分為：

1.生命信息智能傳感器技術(shù)

2.環(huán)境信息智能傳感器技術(shù)

3.食品品質(zhì)與安全智能傳感技術(shù)

生命信息智能傳感技術(shù)是指對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)過程中的生長(zhǎng)信息和生理信息進(jìn)行感知的智能傳感技術(shù)。植物生長(zhǎng)信息和生理信息的檢測(cè)傳感器主要包括植物莖稈直徑、植物徑流、植物葉片葉綠素含量、植物葉片厚度、植物歸一化植被指數(shù)等智能傳感器。動(dòng)物生命信息的檢測(cè)傳感器主要包括動(dòng)物行為、呼吸、脈象、體溫等智能傳感器。

環(huán)境信息智能傳感器技術(shù)是指對(duì)動(dòng)植物生存所需的環(huán)境要素進(jìn)行監(jiān)測(cè)的智能傳感技術(shù)。環(huán)境信息智能傳感器主要包括土壤類、氣象類、水體類、畜禽類等智能傳感器。

土壤類智能傳感器應(yīng)用于土壤溫濕度、電導(dǎo)率、酸堿度、氮磷鉀養(yǎng)分、農(nóng)藥含量等監(jiān)測(cè)。

氣象類智能傳感器應(yīng)用于環(huán)境溫濕度、氧氣濃度、二氧化碳濃度、氨氣濃度、光照度等監(jiān)測(cè)。

水體類智能傳感器應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖水體溫度、酸堿度、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度等監(jiān)測(cè)。低成本、小型化、高精度、多參數(shù)、壽命長(zhǎng)以及集成感知的環(huán)境信息

智能傳感器是目前環(huán)境信息智能傳感技術(shù)的研究重點(diǎn)。畜禽類智能傳感器應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中溫度、濕度、氨氣、硫化氫、二氧化碳、二氧化硫、光照等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)與調(diào)控。

農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全智能傳感技術(shù)是指對(duì)新鮮果蔬、果汁、食品、農(nóng)副產(chǎn)品等品質(zhì)與安全監(jiān)測(cè)的智能傳感技術(shù)，主要包括嗅覺、味覺、視覺、聽覺等智能傳感技術(shù)。嗅覺智能傳感技術(shù)應(yīng)用于新鮮果蔬品質(zhì)的成熟度、新鮮度、腐敗度等無損檢測(cè)。味覺智能傳感技術(shù)應(yīng)用于果蔬汁制品味道、成分、添加劑等監(jiān)測(cè)。視覺智能傳感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品分級(jí)、外部品質(zhì)、受損情況等監(jiān)測(cè)。聽覺智能傳感技術(shù)應(yīng)用于果蔬內(nèi)部品質(zhì)缺陷、水果硬度等監(jiān)測(cè)。

二、

生命信息智能傳感器

1.

植物生理信息智能傳感器

植物的含水率、葉綠素、植物徑流、植物葉片厚度、植物莖稈直徑等代表植物生長(zhǎng)和生理信息，其檢測(cè)/監(jiān)測(cè)有助于獲取植物的生長(zhǎng)和生理狀態(tài)，對(duì)植物的生長(zhǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)建議。

目前對(duì)植物生長(zhǎng)和生理信息采集主要采用的是基于光學(xué)的智能傳感器技術(shù)。中國(guó)有研究人員采用光學(xué)傳感器配合STC12C5A60S2單片機(jī)，研發(fā)出植物葉片葉綠素含量檢測(cè)儀，具有便攜、無損測(cè)量、可視化、測(cè)量誤差小的優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量響應(yīng)時(shí)間小于2s。有學(xué)者以近紅外光譜分析技術(shù)為基礎(chǔ)，采用AT89C52作為控制核心，使用TCL7135實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，設(shè)計(jì)出便攜式的玉米葉片含水率檢測(cè)儀，測(cè)量誤差小于0.2%，裝置體積小、測(cè)量精度高和穩(wěn)定性好。

浙江大學(xué)智能生物產(chǎn)業(yè)裝備創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)采用自主研制可穿戴的柔性植物徑流傳感器，結(jié)合無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)植物徑流的無損在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。智能傳感器技術(shù)更是實(shí)現(xiàn)無土栽培監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵，溫、濕度、光強(qiáng)、PH值、營(yíng)養(yǎng)液濃度、二氧化碳傳感器等集成，加載無線傳感器網(wǎng)路和智能算法便可實(shí)現(xiàn)，便于使研究者獲取無土栽培關(guān)鍵參數(shù)。

2.

動(dòng)物生命信息智能傳感器

對(duì)動(dòng)物的體溫、行為、呼吸、血壓等動(dòng)物生長(zhǎng)和生理信息的監(jiān)測(cè)，有助于對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)做出客觀評(píng)價(jià)，尤其是識(shí)別動(dòng)物的特殊狀態(tài)（如患病癥狀），可及時(shí)采取有效應(yīng)對(duì)措施來降低損失?，F(xiàn)代智能傳感器具有高效率和低成本的優(yōu)勢(shì)，相較于傳統(tǒng)的人工觀察，對(duì)現(xiàn)代大規(guī)模養(yǎng)殖工廠更具有應(yīng)用價(jià)值。

加拿大Shayan Sharif等智慧畜禽管理的關(guān)鍵在于智能傳感器、農(nóng)場(chǎng)管理自動(dòng)化進(jìn)程和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策平臺(tái)，其中，智能傳感器實(shí)時(shí)收集多目標(biāo)畜禽操作參數(shù)，也是智慧畜禽管理的核心環(huán)節(jié),智慧畜禽管理系統(tǒng)的使用有助于有效預(yù)防畜禽疾病，同時(shí)為消費(fèi)者提供透明的肉類產(chǎn)品生產(chǎn)過程。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)研究人員利用微控制器、無線通信模塊和振動(dòng)、姿態(tài)、溫度傳感器設(shè)計(jì)出一套監(jiān)測(cè)奶牛發(fā)情行為的智能傳感器，用來監(jiān)測(cè)奶牛行走步數(shù)、靜臥時(shí)間、行走時(shí)間和體表溫度，建立上述四個(gè)參數(shù)與奶牛發(fā)情概率的學(xué)習(xí)向量量化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可以準(zhǔn)確快速的判斷出奶牛是否處于發(fā)情狀態(tài)和預(yù)測(cè)奶牛發(fā)情日期。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)采用紅外線、水流量、射頻識(shí)別傳感器，STM32微控制器和ZigBee無線通信模塊設(shè)計(jì)出監(jiān)測(cè)母豬飲水行為的智能傳感器及管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)群養(yǎng)母豬飲水頻率監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率100%，還具有實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。浦雪峰等人采用圖像傳感器、三星S3C2410、通用無線分組業(yè)務(wù)無線通信模塊設(shè)計(jì)出監(jiān)控群養(yǎng)豬行為的智能傳感器，實(shí)現(xiàn)疑似患病病豬的自動(dòng)識(shí)別。

三、

環(huán)境信息智能傳感器

01

3.2.1 水體環(huán)境類智能傳感器

監(jiān)測(cè)溶解氧、溫度、酸堿度、鹽度、電導(dǎo)率、氨氮等水體環(huán)境重要因子，有利于對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖提供科學(xué)指導(dǎo)和提升水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)，從而降低水產(chǎn)養(yǎng)殖成本、提高水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量，增加水產(chǎn)養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益。水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化是農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要一環(huán)。

大連海洋大學(xué)研究人員采用溫度、酸堿度、溶解氧、電導(dǎo)率以及濁度傳感器、STM32C8T6微控制器、ZigBee和ESP8266無線通信模塊構(gòu)建低功耗的水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能傳感器，并建立水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高了養(yǎng)殖效率同時(shí)節(jié)約了人力，促使科學(xué)水產(chǎn)養(yǎng)殖進(jìn)一步智能化。

上海海洋大學(xué)研究人員集合水體鹽度、酸堿度、氨氮、溫度和溶解氧傳感器，MSP430F149單片機(jī)和LoRa無線通信模塊，研發(fā)出一款可視化水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)智能傳感器，其所測(cè)水體溶解氧含量絕對(duì)誤差小于0.12mg/L,溫度絕對(duì)誤差小于0.05℃，PH值絕對(duì)誤差小于0.017，鹽度絕對(duì)誤差小于0.001%。

2.

土壤環(huán)境類智能傳感器

農(nóng)田土壤環(huán)境數(shù)據(jù)采集和研究是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重點(diǎn)研究方向?？咳斯さ膫鹘y(tǒng)農(nóng)田土壤數(shù)據(jù)采集方法耗時(shí)耗力，大規(guī)模種植的現(xiàn)代化農(nóng)場(chǎng)，更需要發(fā)展多功能的土壤環(huán)境數(shù)據(jù)的智能傳感器，可有助于提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改善土壤品質(zhì)、防控農(nóng)業(yè)面源污染具有重要的研究意義，同時(shí)也可助力于建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田。

南京信息工程大學(xué)研究人員采用溫濕度、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)位置傳感器、STM32F103ZET6微控制器和華為MG323 GPRS無線通信模塊，實(shí)時(shí)采集土壤的位置信息和溫濕度信息，通過GPRS將采集的土壤信息傳送到上位機(jī)中解析，并在MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員采用土壤水分、霍爾、超聲波傳感器，STM32微控制器，SIM900A GPRS無線通信模塊，研發(fā)出移動(dòng)式智能傳感器，采用自走式循環(huán)輪檢對(duì)西瓜土壤信息進(jìn)行檢測(cè)，提高了土壤信息采集效率。而西安科技大學(xué)學(xué)者則采用溫、濕度和PH值傳感器，土壤養(yǎng)分速測(cè)儀，Android和STM32F103微控制器，LoRa和ZigBee無線通信模塊，針對(duì)耕地面積大小采用不同智能傳感器對(duì)土壤參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，分析測(cè)量結(jié)果后配置土壤營(yíng)養(yǎng)配方，實(shí)現(xiàn)對(duì)耕地土壤科學(xué)施肥和精準(zhǔn)施肥。

3.

畜禽環(huán)境類智能傳感器

對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境中溫度、濕度、氨氣、硫化氫、二氧化碳、二氧化硫、光照等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)與調(diào)控，有助于為畜禽提供適宜的生產(chǎn)環(huán)境，保證畜禽安全、畜牧環(huán)保和畜禽產(chǎn)品質(zhì)量安全等問題，是現(xiàn)代規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖的重要技術(shù)支撐。同時(shí)，畜禽生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生的甲烷、甲醇和二氧化碳等，對(duì)生態(tài)環(huán)境也具有一定威脅。

各種家禽生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于精準(zhǔn)畜牧師非常有價(jià)值的，低成本、輕重量、模塊化和可移植性好的傳感器研究意義重大。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)研究人員等采用模塊化方法構(gòu)建了畜禽養(yǎng)殖遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用了SHT30溫濕度傳感器（瑞士Sensirion）、MH-Z19B型二氧化碳傳感器（鄭州煒盛）、電化學(xué)氨氣和硫化氫傳感器（日本Nemoto）、以及激光SDS011PM2.5/PM10激光傳感器來獲取畜禽環(huán)境，并選用了STM32L0微控制器、LoRa通信模塊（AI-thinker Ra-02射頻模塊和SX127通信模塊）、GPRS模塊等共同構(gòu)建實(shí)現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)雞舍環(huán)境的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，有助于為雞舍生產(chǎn)管理提供技術(shù)支撐。

重慶師范團(tuán)隊(duì)則選擇STC89C單片機(jī)、溫度傳感器（美國(guó)SALLAS）、MQ-2煙霧傳感器（鄭州煒盛）和ADC0809轉(zhuǎn)換器來獲取畜禽環(huán)境的溫度和煙霧濃度，當(dāng)溫度和煙霧濃度參數(shù)超出預(yù)設(shè)范圍，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別并報(bào)警。也有學(xué)者以STM32F103為主控制器，配置了MQ135空氣污染傳感器（鄭州煒盛）監(jiān)測(cè)二氧化硫和氨氣、以及濕度傳感器DHT11（廣州奧松）和溫度傳感器DS18B20（美國(guó)SALLAS）來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)牛舍環(huán)境情況，同時(shí)還研發(fā)了空氣提純盒（氣泵、壓縮機(jī)、加熱板和風(fēng)扇）來調(diào)控牛舍環(huán)境來保證牛的健康生長(zhǎng)、繁殖和育肥。

4.

氣象環(huán)境類智能傳感器

對(duì)二氧化碳濃度、氧氣濃度、氨氣濃度、光照、溫度、濕度等氣象環(huán)境信息的監(jiān)測(cè)，有助于調(diào)控改善農(nóng)作物和動(dòng)物生長(zhǎng)環(huán)境，而氨氣、二氧化碳、氧化亞氮、甲烷等農(nóng)業(yè)污染氣體的監(jiān)測(cè)，有助于促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。設(shè)施農(nóng)業(yè)更需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室大棚內(nèi)氣象環(huán)境信息，來維持最適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境。

例如吉林大學(xué)研究人員采用S300紅外二氧化碳、光照度和溫、濕度傳感器，STM32F103R微控制器，NR24L0無線通信模塊，研發(fā)出溫室環(huán)境信息智能傳感器，智能傳感器將數(shù)據(jù)上傳至基于 LabVIEW設(shè)計(jì)的上位機(jī)終端，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室大棚內(nèi)的環(huán)境信息。

西南石油大學(xué)研究人員采用土壤溫濕度、光照、土壤電導(dǎo)率、PH值和空氣溫室度傳感器，EFM32G222F128微控制器和LoRa無線通信模塊，也設(shè)計(jì)出監(jiān)測(cè)農(nóng)田環(huán)境信息的智能傳感器。也有學(xué)者采用酸堿度、電化學(xué)傳感器、光照度、濕度、二氧化碳、水位、定時(shí)器傳感器，Arduino微控制器及WRTnode無線通信模塊，研發(fā)出監(jiān)測(cè)氣霧栽培環(huán)境信息的智能傳感器，減少了氣霧栽培中人工監(jiān)視和控制過程的復(fù)雜度，提高了氣霧栽培的可靠性和可用性，為植物學(xué)家提供植物生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)參數(shù)和生長(zhǎng)環(huán)境相關(guān)聯(lián)的信息。

四、

農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全監(jiān)測(cè)智能傳感器

農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)對(duì)產(chǎn)品分級(jí)、溯源和維護(hù)食品安全有重要意義。模擬人類感官的電子鼻、電子舌、光譜、聲波等技術(shù)可有效檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和安全，尤其在食品安全愈發(fā)重視的當(dāng)下，相比于以上傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)智能傳感器，這類新興智能傳感器技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

有研究人員使用PEN3電子鼻（Airsense，德國(guó)）和SA402B電子舌傳感器（Insent，日本），對(duì)191株不同乳酸乳球菌制備的發(fā)酵乳進(jìn)行感官研究，分析不同產(chǎn)酸和蛋白水解程度的菌株對(duì)發(fā)酵乳風(fēng)味品質(zhì)的影響，為開發(fā)不同風(fēng)味的發(fā)酵乳提供了新方向。華中科技大學(xué)學(xué)者采用FOX4000電子鼻（AlphaMOS，法國(guó)）采集不同品種和產(chǎn)地雞蛋揮發(fā)性物質(zhì)響應(yīng)數(shù)據(jù)，并建立鑒別模型來實(shí)現(xiàn)雞蛋產(chǎn)地和品種判別，準(zhǔn)確率分別達(dá)98.36%和97.65%；而采用USB2000+光纖光譜儀傳感器采集數(shù)據(jù)所鑒別的產(chǎn)地和品種預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率97%和97.78%，這表明低成本的電子鼻產(chǎn)品相比于傳統(tǒng)昂貴大體積光譜設(shè)備，具有更好的檢測(cè)效果。

通過以上不同應(yīng)用場(chǎng)景中的農(nóng)業(yè)智能傳感器，相比于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，具有節(jié)約人力、降低成本和提高效率等優(yōu)勢(shì)，部分傳感器還具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的性能，這為數(shù)字農(nóng)業(yè)的大數(shù)據(jù)分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)智能傳感器也成為目前智慧農(nóng)業(yè)感知層技術(shù)研究的熱門方向。

五、

中國(guó)農(nóng)業(yè)智能傳感器技術(shù)問題與措施

我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展起步晚于西方農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，中國(guó)農(nóng)業(yè)智能傳感器技術(shù)在農(nóng)業(yè)專用芯片、硬件集成度、傳感器算法、制造成本、技術(shù)生態(tài)、數(shù)據(jù)通信安全、無線網(wǎng)絡(luò)功耗、應(yīng)用推廣、高端農(nóng)業(yè)傳感器、技術(shù)創(chuàng)新、使用壽命、抗干擾等多個(gè)方面存在問題。具體如下：

1.

核心微控制器方面

農(nóng)業(yè)智能傳感器中，核心微控制器負(fù)責(zé)傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)。近兩年受國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)中國(guó)高端科技的封鎖與新冠疫情的影響，芯片價(jià)格暴漲。以國(guó)外ST公司STM32F103RCT6微控制器為例，2021年6月相比于2020年1月價(jià)格增幅達(dá)479%。微控制器價(jià)格巨幅上漲，不僅增加農(nóng)業(yè)智能傳感器生產(chǎn)成本，同時(shí)還間接增大了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，對(duì)于中國(guó)農(nóng)業(yè)信息安全也是隱患。

國(guó)產(chǎn)芯片研發(fā)起步較晚，目前國(guó)產(chǎn)芯片企業(yè)聚焦于消費(fèi)、桌面級(jí)、手機(jī)終端、汽車等領(lǐng)域，尚無專門研發(fā)“農(nóng)業(yè)芯”的芯片企業(yè)。農(nóng)業(yè)智能傳感器一般需要集成多種類型傳感器，這就要求“農(nóng)業(yè)芯”具有較多的通信資源和計(jì)算資源，從而滿足終端農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)處理需求。

措施

積極推動(dòng)研發(fā)“農(nóng)業(yè)芯”

鼓勵(lì)具有高端核心農(nóng)業(yè)芯片制造技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高科技企業(yè)和半導(dǎo)體芯片企業(yè)，面向市場(chǎng)需求結(jié)合自身技術(shù)積累，積極自主研發(fā)低成本、高可靠性、高穩(wěn)定性的農(nóng)業(yè)芯片；引導(dǎo)農(nóng)業(yè)科技人員使用國(guó)產(chǎn)芯片，并輔以適當(dāng)獎(jiǎng)勵(lì)和支持；鼓勵(lì)高校、研究所和企業(yè)的IT從業(yè)人員研發(fā)“農(nóng)業(yè)芯”的軟件、算法、驅(qū)動(dòng)程序等配套技術(shù)，促進(jìn)形成良好技術(shù)生態(tài)環(huán)境；完善農(nóng)業(yè)芯片科研成果轉(zhuǎn)化機(jī)制，從而減少對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的依賴。

2.

農(nóng)業(yè)傳感器方面

目前，我國(guó)使用的中、高質(zhì)量傳感元器件幾乎100%進(jìn)口國(guó)外產(chǎn)品，90%傳感器芯片來自于國(guó)外品牌。國(guó)產(chǎn)傳感器企業(yè)以仿制或組裝國(guó)外同類產(chǎn)品居多、自主研發(fā)創(chuàng)新少，導(dǎo)致核心技術(shù)積累不足，落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。

小型國(guó)產(chǎn)傳感器企業(yè)難以投入如此大的時(shí)間、人力成本來研發(fā)。國(guó)內(nèi)高端傳感器生產(chǎn)制造設(shè)備主要靠進(jìn)口，不具有高端核心制造技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。中低端國(guó)產(chǎn)傳感器器件在使用壽命、可靠性、性能指標(biāo)上遠(yuǎn)低于國(guó)外成熟產(chǎn)品。

措施

研發(fā)高性能農(nóng)業(yè)傳感器

促進(jìn)農(nóng)學(xué)、納米材料、微電子、通信等學(xué)科的交叉融合，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)傳感器的研發(fā)力量。在高性能傳感器研發(fā)上，推動(dòng)基于MEMs工藝的高集成度農(nóng)業(yè)智能傳感器的自主研發(fā)，降低價(jià)格成本的同時(shí)推動(dòng)農(nóng)業(yè)智能傳感器的大范圍推廣應(yīng)用，形成從研發(fā)到生產(chǎn)的完善產(chǎn)業(yè)鏈。加快應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)監(jiān)測(cè)的新型高端傳感器技術(shù)研發(fā)，為食品安全助力護(hù)航。

3.

無線通信技術(shù)方面

利用無線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、大數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)和共享功能，是智能傳感器的特點(diǎn)之一。面對(duì)農(nóng)業(yè)復(fù)雜環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理監(jiān)測(cè)需求，單一農(nóng)業(yè)智能傳感器需借助無線傳感網(wǎng)絡(luò)才能凸顯其優(yōu)越性。無線傳感網(wǎng)絡(luò)受限于無線信道的物理特性，高山、樹木、建筑物、障礙物等地形地勢(shì)以及自然界風(fēng)雨雷電均對(duì)其產(chǎn)生影響。

同時(shí)，受傳感器能耗影響和無線通信距離要求限制，傳輸數(shù)據(jù)有限。目前，尚沒有針對(duì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，不同的農(nóng)業(yè)智能傳感器由于通信問題可能無法實(shí)現(xiàn)在同一無線網(wǎng)絡(luò)下共同工作，傳感節(jié)點(diǎn)的自組織能力不足，無線通信技術(shù)的通用性待提高。此外，無線傳感網(wǎng)絡(luò)相比有線傳輸更容易被監(jiān)聽、入侵、破壞，安全性、抗干擾能力較差。面對(duì)農(nóng)業(yè)大規(guī)模應(yīng)用及無人值守工作條件，傳感節(jié)點(diǎn)的通信維護(hù)是個(gè)難題。

措施

構(gòu)建農(nóng)業(yè)專用無線傳感網(wǎng)絡(luò)

加快偏遠(yuǎn)地區(qū)5G基站等通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，盡早完成全國(guó)各地區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。鼓勵(lì)企業(yè)研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，開發(fā)具有低成本、低功耗、高精度優(yōu)勢(shì)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法。自主研發(fā)構(gòu)建具有低能耗、低成本、通用性、信息安全，實(shí)時(shí)性、智能性等功能的農(nóng)業(yè)專用無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

建立統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，使不同農(nóng)業(yè)智能傳感器具備在同一無線通信網(wǎng)絡(luò)下共同工作的能力。積極探索區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)通信安全領(lǐng)域的大規(guī)模運(yùn)用。針對(duì)信息安全問題出臺(tái)相應(yīng)政策維護(hù)國(guó)家農(nóng)業(yè)信息安全，完善農(nóng)業(yè)信息安全相關(guān)法律。

4.

傳感器數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用方面

農(nóng)業(yè)智能傳感器一般需要實(shí)現(xiàn)多對(duì)象檢測(cè)，還包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境因子監(jiān)測(cè)。農(nóng)業(yè)溫濕度環(huán)境復(fù)雜多變，引發(fā)傳感器采集數(shù)據(jù)誤差和精度低，往往導(dǎo)致傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)不可用。數(shù)據(jù)處理受限于農(nóng)業(yè)智能傳感器節(jié)點(diǎn)功耗和芯片資源限制，所采用的多傳感器融合算法較簡(jiǎn)單，對(duì)數(shù)據(jù)精度的提高范圍有限。

針對(duì)大規(guī)模、多組分農(nóng)業(yè)智能傳感器節(jié)點(diǎn)的海量數(shù)據(jù)處理算法，目前發(fā)展還不成熟。同時(shí)，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的共享和交易服務(wù)相比于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家缺失，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的最大化利用。

措施

開發(fā)高精度傳感器智能算法

基于不同應(yīng)用情境，傳感器算法的實(shí)現(xiàn)可采取兩種應(yīng)用形式：一是內(nèi)嵌于農(nóng)業(yè)智能傳感器微控制器中的數(shù)據(jù)處理算法，近處理該農(nóng)業(yè)智能傳感器所采集的數(shù)據(jù)。二是布置在后臺(tái)服務(wù)器的傳感器算法，該算法可處理智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中多農(nóng)業(yè)智能傳感器節(jié)點(diǎn)上傳的大量數(shù)據(jù)。

因此，研發(fā)高性能傳感器數(shù)據(jù)算法也有兩種途徑：

1.研發(fā)針對(duì)單一傳感器節(jié)點(diǎn)的資源需求少、能耗低的多數(shù)據(jù)融合高精度處理算法。

2.探索人工智能算法、區(qū)塊鏈技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在海量農(nóng)業(yè)智能傳感器數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的運(yùn)用。

來源：知網(wǎng)《中國(guó)農(nóng)業(yè)智能傳感器的應(yīng)用、問題與發(fā)展》信息綜合

總結(jié)

展望

面向智慧農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)對(duì)農(nóng)業(yè)智能傳感器的緊迫需求，這文章在智能傳感器定義、特征及實(shí)現(xiàn)形式的基礎(chǔ)上分析了中國(guó)農(nóng)業(yè)智能傳感器的發(fā)展和應(yīng)用，分別從植物、動(dòng)物、環(huán)境、水體、食品品質(zhì)等不同方面對(duì)農(nóng)業(yè)智能傳感器的實(shí)現(xiàn)方式和效果進(jìn)行了介紹。

分析發(fā)現(xiàn)，我國(guó)目前農(nóng)業(yè)智能傳感器多采用模塊化（非集成化）方式實(shí)現(xiàn)，集成化程度偏低，尚不具備智能傳感器的四自特征和低成本高性能，進(jìn)口產(chǎn)品依賴嚴(yán)重，最后，分別從芯片、傳感器、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和智能算法方面對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)智能傳感器的發(fā)展提出了問題和措施。

未來，在推動(dòng)鄉(xiāng)村振興與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程中，以農(nóng)業(yè)智能傳感器及相關(guān)技術(shù)為支撐，一是有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的低成本快速檢測(cè)和連續(xù)監(jiān)測(cè)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)反饋能力；二是有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)與管控，從源頭上助力農(nóng)業(yè)面源污染治理，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的污染排放；三是有助于農(nóng)民增收，在智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展與推動(dòng)下，農(nóng)業(yè)智能傳感器技術(shù)有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提升，助力實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增效農(nóng)民增收。因此，在智慧農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的當(dāng)下，農(nóng)業(yè)智能傳感器的中國(guó)智造之舉至關(guān)重要。

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