傳感器在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用分析

呂桂英

摘要 ? ?本文介紹了國(guó)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(cè)管理和加工儲(chǔ)存等方面，最后對(duì)傳感器的未來(lái)發(fā)展進(jìn)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(shì)

中圖分類(lèi)號(hào) ? ?TP311.52 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）15-0171-01 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

自古以來(lái)，糧食生產(chǎn)在人口密度大、耕地面積少的中國(guó)占有重要地位。隨著社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。近幾年，隨著人工智能時(shí)代的到來(lái)，“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(jìn)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(jìn)實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)揮了重要作用。

1 ? ?國(guó)內(nèi)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

智慧農(nóng)業(yè)是運(yùn)用傳感器網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息采集、生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集等功能并達(dá)到對(duì)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(kāi)展智慧農(nóng)業(yè)項(xiàng)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(yíng)效率，徹底改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、消費(fèi)者的觀(guān)念和組織體系結(jié)構(gòu)[1]。

智慧農(nóng)業(yè)是推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑。為了促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高和加快實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，國(guó)家為此發(fā)布多個(gè)政策并給予諸多的扶持。從2012年中央一號(hào)文件中提到“加快推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新”到2019年2月國(guó)家發(fā)布的《關(guān)于堅(jiān)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(jiàn)》中提到“夯實(shí)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(dòng)生物種業(yè)、重型農(nóng)機(jī)、智慧農(nóng)業(yè)、綠色投入品等領(lǐng)域自主創(chuàng)新”[2]。無(wú)一不顯示出智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展實(shí)施的必然性。

我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)起步雖晚，但發(fā)展速度非?？?。2018—2019年，在國(guó)家相關(guān)政策的響應(yīng)下，諸多國(guó)內(nèi)企業(yè)紛紛投資布局智慧農(nóng)業(yè)，加快我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)，比如美團(tuán)“未來(lái)食物農(nóng)場(chǎng)”、騰訊“智慧農(nóng)業(yè)平臺(tái)”、京東“京東農(nóng)場(chǎng)”和阿里巴巴“AI養(yǎng)豬”等。但是與國(guó)外相比，智慧農(nóng)業(yè)起步晚的劣勢(shì)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(shì)在必行。

2 ? ?傳感器的概念

傳感器是一種可以將被測(cè)量的物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或者其他形式信息輸出的檢測(cè)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(diǎn)[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(guò)檢測(cè)植物生長(zhǎng)過(guò)程中植物信息元素和農(nóng)藥化肥等元素含量，并對(duì)植物生長(zhǎng)體征進(jìn)行數(shù)字化處理，進(jìn)而分析植物生長(zhǎng)狀況。環(huán)境傳感器主要是對(duì)水分、土壤、空氣等植物所生長(zhǎng)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控分析，及時(shí)了解環(huán)境變化，保證植物成長(zhǎng)和農(nóng)作物質(zhì)量達(dá)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]。

現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展離不開(kāi)傳感器。目前，市場(chǎng)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(hù)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(duì)傳感器知識(shí)缺乏的影響，應(yīng)選擇安裝方式簡(jiǎn)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(guó)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(guò)程中。例如，通過(guò)使用生物傳感器操縱種子的遺傳基因以達(dá)到培育優(yōu)良品種的目的。另外，在作物生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)行生理生態(tài)監(jiān)測(cè)，配合相應(yīng)的智能化系統(tǒng)，對(duì)作物的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確有效記錄，能夠?qū)崟r(shí)了解作物生長(zhǎng)狀況，針對(duì)監(jiān)測(cè)情況及時(shí)做出調(diào)整，進(jìn)而提高收成率。比如，可以利用顏色傳感器、水分傳感器檢測(cè)作物的顏色和水分含量來(lái)判斷作物的成熟程度以便于在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行采摘。

除了育種育苗，農(nóng)業(yè)機(jī)械在作物種植以及生長(zhǎng)過(guò)程中也占有很大的比重。帶有傳感器裝備的農(nóng)機(jī)不僅會(huì)大幅提高工作效率，還可以減輕一定量的人力勞動(dòng)。傳感器在農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的應(yīng)用可以體現(xiàn)在近幾年來(lái)非常普遍的智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)和未來(lái)可期的農(nóng)業(yè)機(jī)器人等。在智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)中，利用傳感器進(jìn)行土壤濕度的檢測(cè)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(tái)及時(shí)啟動(dòng)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的灌溉調(diào)度;相反，當(dāng)濕度傳感器檢測(cè)到水分已達(dá)到合適的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，關(guān)閉灌溉系統(tǒng)以達(dá)到精準(zhǔn)灌溉的效果。對(duì)于期待值最高的未來(lái)農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人，它是一個(gè)集視覺(jué)、力覺(jué)（壓力）、避障（超聲波&紅外）、觸覺(jué)等多種傳感器于一身并且由平臺(tái)控制，從而實(shí)現(xiàn)各種作業(yè)的機(jī)器設(shè)備。通過(guò)融合多個(gè)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(cè)管理中的應(yīng)用

傳感器在監(jiān)測(cè)管理中的應(yīng)用大多體現(xiàn)在對(duì)作物生長(zhǎng)周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)，比如土壤、大氣、水環(huán)境、雜草等的監(jiān)測(cè)。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(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)育種環(huán)境使其作物達(dá)到最優(yōu)生長(zhǎng)的條件;土壤傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jìn)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(shí)時(shí)監(jiān)控植物生長(zhǎng)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(cè)傳感器技術(shù)可以進(jìn)行雜草識(shí)別達(dá)到除草自動(dòng)化等。

相應(yīng)地，在禽畜飼養(yǎng)領(lǐng)域的動(dòng)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(shí)調(diào)整飼養(yǎng)方案，提高飼養(yǎng)質(zhì)量。

3.3 ? ?在加工儲(chǔ)存中的應(yīng)用

傳感器在加工儲(chǔ)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(lèi)加工成熟的農(nóng)作物過(guò)程中，根據(jù)農(nóng)作物特有的性質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的傳感器檢測(cè)。例如，根據(jù)水分傳感器來(lái)判斷蔬菜新鮮程度。同樣地，在儲(chǔ)存過(guò)程中，溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)環(huán)境，確保農(nóng)產(chǎn)品保持良好的存儲(chǔ)狀態(tài)。

4 ? ?傳感器在智慧農(nóng)業(yè)上的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

《國(guó)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(shí)施智慧農(nóng)業(yè)工程和“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)行動(dòng)，鼓勵(lì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化改造，加強(qiáng)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(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)數(shù)字智能化和加強(qiáng)與其他現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相融合是大勢(shì)所趨。

對(duì)于智慧農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)，傳感器是實(shí)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(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)就是實(shí)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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種集成傳感器并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信進(jìn)行感知、采集、處理傳輸網(wǎng)覆蓋區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)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(lái)獲取環(huán)境信息，也是目前使用最廣泛的一項(xiàng)技術(shù)。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展和真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化水平發(fā)揮了重要的促進(jìn)作用。比如，未來(lái)需要發(fā)展的智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人。一個(gè)集多種傳感器于一身且可以智能操縱的機(jī)器人，不僅可以代替人工實(shí)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(tái)得到更合適的治理方案。同樣，在遙感領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)地形分析、災(zāi)害研究、病蟲(chóng)害監(jiān)控和植保無(wú)人機(jī)等占有主導(dǎo)地位。

此外，傳感器和物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的結(jié)合可以打造一個(gè)智能化、數(shù)字化的多功能智慧農(nóng)業(yè)平臺(tái)，也是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)過(guò)渡的重要節(jié)點(diǎn)。一方面，可以對(duì)傳感器所測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息整理，整個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)分析、決策支持、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)變預(yù)警等也同樣需要平臺(tái)處理;另一方面，通過(guò)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(tái)的構(gòu)建，還可以打破農(nóng)業(yè)市場(chǎng)時(shí)間和地理的限制性因素，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)。

5 ? ?參考文獻(xiàn)

[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.

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[5] 馬雪麗，王宏陽(yáng).農(nóng)業(yè)機(jī)器人中的傳感器技術(shù)[J].智庫(kù)時(shí)代，2019（37）：291-291.

[6] 中共中央政治局召開(kāi)會(huì)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(jiān)戰(zhàn)三年行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》[J].實(shí)踐（思想理論版），2018（6）：12-13.