智慧農(nóng)業(yè)中傳感器的應(yīng)用研究

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摘要：本文介紹了國內(nèi)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了傳感器在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，具體包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、監(jiān)測管理和加工儲存等方面，最后對傳感器的未來發(fā)展進行了分析和展望，以期為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：傳感器；智慧農(nóng)業(yè)；發(fā)展現(xiàn)狀；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

自古以來，糧食生產(chǎn)在人口密度大、耕地面積少的中國占有重要地位。隨著社會的發(fā)展，農(nóng)業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。近幾年，隨著人工智能時代的到來，“智慧農(nóng)業(yè)”一詞逐漸發(fā)展并且成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進程中的重要組成部分。在現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的大環(huán)境下，傳感器作為現(xiàn)代智能化的重要工具，為推進實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)揮了重要作用。

1國內(nèi)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

智慧農(nóng)業(yè)是運用傳感器網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)通過移動平臺實現(xiàn)信息采集、生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集等功能并達到對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能控制的效果。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院分析，開展智慧農(nóng)業(yè)項目，不僅能有效改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，還能夠顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營效率，徹底改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、消費者的觀念和組織體系結(jié)構(gòu)[1]。智慧農(nóng)業(yè)是推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑。為了促進我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高和加快實現(xiàn)現(xiàn)代化，國家為此多個政策并給予諸多的扶持。從2012年中央一號文件中提到“加快推動農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新”到2019年2月國家的《關(guān)于堅持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展做好“三農(nóng)”工作的若干意見》中提到“夯實農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)，保障重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給：提出加快突破農(nóng)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)，培育一批農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略科技創(chuàng)新力量，推動生物種業(yè)、重型農(nóng)機、智慧農(nóng)業(yè)、綠色投入品等領(lǐng)域自主創(chuàng)新”[2]。無一不顯示出智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展實施的必然性。我國智慧農(nóng)業(yè)起步雖晚，但發(fā)展速度非?？臁?018—2019年，在國家相關(guān)政策的響應(yīng)下，諸多國內(nèi)企業(yè)紛紛投資布局智慧農(nóng)業(yè)，加快我國智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)，比如美團“未來食物農(nóng)場”、騰訊“智慧農(nóng)業(yè)平臺”、京東“京東農(nóng)場”和阿里巴巴“AI養(yǎng)豬”等。但是與國外相比，智慧農(nóng)業(yè)起步晚的劣勢仍然存在，技術(shù)含量、生產(chǎn)水平等方面普遍存在不足。因此，加大科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新、提高農(nóng)業(yè)技術(shù)水平勢在必行。

2傳感器的概念

傳感器是一種可以將被測量的物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號或者其他形式信息輸出的檢測裝置，具有微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點[3]。農(nóng)業(yè)傳感器主要包括生命信息傳感器和環(huán)境傳感器。生命信息傳感器是通過檢測植物生長過程中植物信息元素和農(nóng)藥化肥等元素含量，并對植物生長體征進行數(shù)字化處理，進而分析植物生長狀況。環(huán)境傳感器主要是對水分、土壤、空氣等植物所生長的環(huán)境進行監(jiān)控分析，及時了解環(huán)境變化，保證植物成長和農(nóng)作物質(zhì)量達到最優(yōu)水平。目前，常用的農(nóng)業(yè)傳感器主要包括溫度傳感器、濕度傳感器、pH值傳感器、氣敏傳感器、生物傳感器、光電傳感器和壓力傳感器等[4]?，F(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展離不開傳感器。目前，市場所生產(chǎn)的傳感器質(zhì)量參差不齊，傳感器的性能選擇也影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高。低功耗、材質(zhì)耐腐蝕、抗低溫性能好的傳感器可在戶外田間的環(huán)境中使用。受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)限制和大多數(shù)農(nóng)民對傳感器知識缺乏的影響，應(yīng)選擇安裝方式簡單、方便攜帶、穩(wěn)定性好和校正周期短的傳感器。

3傳感器在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

3.1在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

由于國內(nèi)傳感器技術(shù)具有局限性，傳感器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用大多存在于育種育苗過程中。例如，通過使用生物傳感器操縱種子的遺傳基因以達到培育優(yōu)良品種的目的。另外，在作物生長過程中進行生理生態(tài)監(jiān)測，配合相應(yīng)的智能化系統(tǒng)，對作物的各項參數(shù)進行準(zhǔn)確有效記錄，能夠?qū)崟r了解作物生長狀況，針對監(jiān)測情況及時做出調(diào)整，進而提高收成率。比如，可以利用顏色傳感器、水分傳感器檢測作物的顏色和水分含量來判斷作物的成熟程度以便于在適當(dāng)?shù)臅r間進行采摘。除了育種育苗，農(nóng)業(yè)機械在作物種植以及生長過程中也占有很大的比重。帶有傳感器裝備的農(nóng)機不僅會大幅提高工作效率，還可以減輕一定量的人力勞動。傳感器在農(nóng)業(yè)機械方面的應(yīng)用可以體現(xiàn)在近幾年來非常普遍的智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)和未來可期的農(nóng)業(yè)機器人等。在智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)中，利用傳感器進行土壤濕度的檢測是最必需和基本的操作。當(dāng)濕度傳感器反饋結(jié)果為土壤干燥的情況下，配合智能平臺及時啟動灌溉系統(tǒng)進行相應(yīng)的灌溉調(diào)度；相反，當(dāng)濕度傳感器檢測到水分已達到合適的標(biāo)準(zhǔn)時，關(guān)閉灌溉系統(tǒng)以達到精準(zhǔn)灌溉的效果。對于期待值最高的未來農(nóng)業(yè)智能機器人，它是一個集視覺、力覺（壓力）、避障（超聲波&紅外）、觸覺等多種傳感器于一身并且由平臺控制，從而實現(xiàn)各種作業(yè)的機器設(shè)備。通過融合多個傳感器的感知，獲得更加精確的信息，完成信息交融[5]。

3.2在監(jiān)測管理中的應(yīng)用

傳感器在監(jiān)測管理中的應(yīng)用大多體現(xiàn)在對作物生長周圍環(huán)境的監(jiān)測，比如土壤、大氣、水環(huán)境、雜草等的監(jiān)測。目前，傳感器在大棚種植中有顯著效果，例如技術(shù)較為成熟的大棚智能監(jiān)測系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，溫度傳感器、濕度傳感器、光傳感器等實時監(jiān)測育種環(huán)境使其作物達到最優(yōu)生長的條件；土壤傳感器實時監(jiān)測土壤水分、不同土層溫度、土壤pH值、氮、磷、鉀等農(nóng)藥化肥元素等，進而精準(zhǔn)傳遞土壤水分和土壤顆粒組成的信息；二氧化碳傳感器可以實時監(jiān)控植物生長環(huán)境中二氧化碳的含量以保障植物光合作用；新興的雜草檢測傳感器技術(shù)可以進行雜草識別達到除草自動化等。相應(yīng)地，在禽畜飼養(yǎng)領(lǐng)域的動物育種繁殖、生存環(huán)境等環(huán)節(jié)也需要應(yīng)用傳感器。例如，育種使用生物傳感器；生存環(huán)境采用氣敏傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光電傳感器等，及時調(diào)整飼養(yǎng)方案，提高飼養(yǎng)質(zhì)量。3.3在加工儲存中的應(yīng)用傳感器在加工儲存上的應(yīng)用主要是監(jiān)督農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。在分類加工成熟的農(nóng)作物過程中，根據(jù)農(nóng)作物特有的性質(zhì)進行相應(yīng)的傳感器檢測。例如，根據(jù)水分傳感器來判斷蔬菜新鮮程度。同樣地，在儲存過程中，溫濕度傳感器實時監(jiān)測倉庫存儲環(huán)境，確保農(nóng)產(chǎn)品保持良好的存儲狀態(tài)。

4傳感器在智慧農(nóng)業(yè)上的未來發(fā)展趨勢

《國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022年）》指出大力發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)，實施智慧農(nóng)業(yè)工程和“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)行動，鼓勵對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行數(shù)字化改造，加強農(nóng)業(yè)遙感、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，提高農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化水平。發(fā)展智慧氣象，提升氣象為農(nóng)服務(wù)能力[6]。在此情形下，實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)數(shù)字智能化和加強與其他現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相融合是大勢所趨。對于智慧農(nóng)業(yè)來說，傳感器是實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)的最基礎(chǔ)，也是最必不可少的“探頭”工具。隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的逐漸成熟和傳感器行業(yè)的飛速發(fā)展，傳感器也向更加微型化、集成化和智能化等方向發(fā)展。成本低、功耗小、使用簡單的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是實現(xiàn)傳感器集成化的一種技術(shù)，也是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)體系中至關(guān)重要的一部分。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種集成傳感器并通過無線通信進行感知、采集、處理傳輸網(wǎng)覆蓋區(qū)域內(nèi)被感知對象的信息的分布式傳感網(wǎng)絡(luò)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，該技術(shù)主要用來獲取環(huán)境信息，也是目前使用最廣泛的一項技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展和真正實現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化水平發(fā)揮了重要的促進作用。比如，未來需要發(fā)展的智能農(nóng)業(yè)機器人。一個集多種傳感器于一身且可以智能操縱的機器人，不僅可以代替人工實現(xiàn)更加精確的信息數(shù)據(jù)獲取和田間勞作，還可以配合大數(shù)據(jù)平臺得到更合適的治理方案。同樣，在遙感領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實現(xiàn)地形分析、災(zāi)害研究、病蟲害監(jiān)控和植保無人機等占有主導(dǎo)地位。此外，傳感器和物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)的結(jié)合可以打造一個智能化、數(shù)字化的多功能智慧農(nóng)業(yè)平臺，也是實現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)過渡的重要節(jié)點。一方面，可以對傳感器所測的數(shù)據(jù)進行信息整理，整個過程的數(shù)據(jù)分析、決策支持、遠程控制、災(zāi)變預(yù)警等也同樣需要平臺處理；另一方面，通過與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，不僅能夠完善農(nóng)產(chǎn)品電商平臺的構(gòu)建，還可以打破農(nóng)業(yè)市場時間和地理的限制性因素，促進農(nóng)村經(jīng)濟新業(yè)態(tài)。

5參考文獻

[1]王輝，湯文亮，王永祥.江西省智慧農(nóng)業(yè)PPP模式發(fā)展歷程及現(xiàn)狀分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018（2）：174-176.

[2]新華社.2019年中央一號文件擷要[J].新農(nóng)業(yè)，2019（6）：7-10.

[3]張建召.論傳感器技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展[J].黑龍江科技信息，2010（11）：30.

[4]姚金霞，王利，郭鵬，等.傳感器在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].四川農(nóng)業(yè)與農(nóng)機，2019（1）：26-27.

[5]馬雪麗，王宏陽.農(nóng)業(yè)機器人中的傳感器技術(shù)[J].智庫時代，2019（37）：291-291.

[6]中共中央政治局召開會議審議《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018-2022年）》和《關(guān)于打贏脫貧攻堅戰(zhàn)三年行動的指導(dǎo)意見》[J].實踐（思想理論版），2018（6）：12-13.

作者：呂桂英 單位：山東省濟南市萊蕪區(qū)羊里鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站