傳感器在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用*

李海英 ，何高明 ，蔣琳瓊

（梧州學(xué)院，廣西 梧州 543002）

我國(guó)國(guó)土面積廣闊，但耕地面積比較有限。為此，我國(guó)在農(nóng)業(yè)發(fā)展方面，要想利用有限的耕地，提升糧食產(chǎn)量，需要重視科技對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)作用。近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能時(shí)代的到來(lái)，智慧農(nóng)業(yè)成為了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的新焦點(diǎn)和新熱點(diǎn)。大量的實(shí)踐證明，在智慧農(nóng)業(yè)布局中，引入傳感器，能夠?qū)r(nóng)業(yè)種植、生長(zhǎng)及加工存儲(chǔ)的全環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，不僅有助于優(yōu)化農(nóng)作物的種植效益，提升農(nóng)作物的種植產(chǎn)量，還可以對(duì)農(nóng)作物加工存儲(chǔ)的全環(huán)節(jié)進(jìn)行追蹤，滿足智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。

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

智慧農(nóng)業(yè)是指在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，通過(guò)引入傳感器及網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的移動(dòng)信息技術(shù)平臺(tái)構(gòu)建，并借助平臺(tái)發(fā)揮作用，全面收集農(nóng)業(yè)發(fā)展相關(guān)的數(shù)據(jù)。基于此，達(dá)成農(nóng)業(yè)智能控制和生產(chǎn)的目標(biāo)。通過(guò)深入開(kāi)發(fā)智慧農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，能夠推動(dòng)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化變革，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效果，在促使傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及消費(fèi)觀念變革的同時(shí)，改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)組織體系架構(gòu)。但是，相較于國(guó)外的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，我國(guó)在智慧農(nóng)業(yè)布局上仍處于起步階段，整體技術(shù)有待提升[1]。

隨著我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，要加大對(duì)智慧農(nóng)業(yè)的投資力度，重視科技創(chuàng)新，促使我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)能夠取得較為突出的綜合發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

2 傳感器的概念及智慧農(nóng)業(yè)中傳感器的類(lèi)別解讀

要想明確智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中傳感器的應(yīng)用價(jià)值，需要了解傳感器的概念，同時(shí)明確在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中使用的傳感器主要類(lèi)別。

2.1 傳感器的概念

傳感器的誕生與我國(guó)科技的飛速發(fā)展密不可分。所謂傳感器是指通過(guò)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，研發(fā)出的一種可以按照相應(yīng)規(guī)律完成從被測(cè)量物理量到相應(yīng)電信號(hào)或其他形式信號(hào)輸出的檢驗(yàn)檢測(cè)裝置。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，在傳感器研發(fā)上，呈現(xiàn)出突出的網(wǎng)絡(luò)化及系統(tǒng)化特點(diǎn)，而且傳感器的功能日益豐富，也呈現(xiàn)出數(shù)字化、智能化及微型化的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

2.2 智慧農(nóng)業(yè)中傳感器的類(lèi)別

在智慧農(nóng)業(yè)中，實(shí)現(xiàn)傳感器的引入，能夠減輕人工作業(yè)的壓力，可結(jié)合農(nóng)作物生長(zhǎng)需求，營(yíng)造良好的農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境，提高農(nóng)業(yè)種植的效益。當(dāng)前，在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，使用的傳感器主要有兩類(lèi)，分別是環(huán)境傳感器及生命信息傳感器。

2.2.1 環(huán)境傳感器

常見(jiàn)的環(huán)境傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、生物傳感器、氣敏傳感器、光電傳感器、pH值傳感器、壓力傳感器等。比如溫度傳感器，主要是對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，濕度傳感器可以監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的濕度信息，光照傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)過(guò)程中的光照情況，生物傳感器可以用來(lái)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)過(guò)程，pH值傳感器可以對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中土壤的酸堿度進(jìn)行監(jiān)測(cè)[2]。

環(huán)境傳感器在應(yīng)用上主要是對(duì)農(nóng)業(yè)從育苗育種、生長(zhǎng)乃至最終的加工存儲(chǔ)環(huán)節(jié)進(jìn)行全流程的環(huán)境監(jiān)控，比如在育苗育種階段借助傳感器進(jìn)行環(huán)境溫濕度監(jiān)控，在農(nóng)作物生長(zhǎng)階段進(jìn)行土壤水分、肥力的監(jiān)控，在農(nóng)作物加工存儲(chǔ)階段借助傳感器監(jiān)控農(nóng)作物中農(nóng)藥含量，監(jiān)控存儲(chǔ)環(huán)境條件等。傳感器的應(yīng)用，促使工作人員通過(guò)傳感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境情況，并結(jié)合環(huán)境參數(shù)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，確保在農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中，始終有完善的環(huán)境因素作為支撐，提升農(nóng)作物的綜合種植效率。

2.2.2 生命信息傳感器

生命信息傳感器，在應(yīng)用上主要是對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)該傳感器可以了解植物當(dāng)前的生長(zhǎng)情況，明確植物在生長(zhǎng)過(guò)程中化肥使用是否符合植物生長(zhǎng)要求，以及相應(yīng)植物信息元素是否保持在正常水平等。農(nóng)業(yè)種植者可以借助傳感器的數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)有清晰、全面的認(rèn)知，并適當(dāng)進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植對(duì)策的調(diào)整，提升植物生長(zhǎng)速度，優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植效果[3]。

3 智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中對(duì)傳感器類(lèi)別的篩選

現(xiàn)階段，需要引入更多先進(jìn)科技和先進(jìn)設(shè)備，助力智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。為此，立足智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展背景，在傳感器的選擇上，依然會(huì)有一定的選擇難度。

首先，目前市場(chǎng)中在售的傳感器類(lèi)別眾多，如何科學(xué)合理地進(jìn)行傳感器類(lèi)別的篩選很關(guān)鍵。要明確購(gòu)買(mǎi)傳感器的目的，若是進(jìn)行溫濕度監(jiān)測(cè)，則可以選擇溫度或濕度傳感器，也可以選擇溫濕度傳感器；若是進(jìn)行光照情況監(jiān)測(cè)，則需要選擇光照傳感器[4]。

其次，在市場(chǎng)中銷(xiāo)售的傳感器產(chǎn)品中，不同產(chǎn)品的質(zhì)量差異較大。若所購(gòu)買(mǎi)的傳感器不具備較高的使用品質(zhì)，會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)效果產(chǎn)生較大干擾，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的綜合優(yōu)化和提升。為了保證傳感器在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值，盡可能選擇符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)的傳感器。一般來(lái)說(shuō)，要求其具備較低的功耗，且傳感器的材質(zhì)具備較強(qiáng)的耐腐蝕特性，有較好的抗低溫性能表現(xiàn)。由于不同地區(qū)農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)情況的差異，以及多數(shù)農(nóng)業(yè)種植者對(duì)傳感器的認(rèn)知不足，所以在傳感器的選擇上，要盡可能選擇一些安裝和使用簡(jiǎn)單、有較高的使用便捷性和穩(wěn)定性的傳感器[5]。

4 智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中傳感器的應(yīng)用

隨著智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，將傳感器引入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著突出的應(yīng)用價(jià)值。結(jié)合我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，傳感器的應(yīng)用已經(jīng)普及，且通過(guò)傳感器的引入，推動(dòng)了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

4.1 農(nóng)作物育苗育種階段傳感器的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域中引入傳感器，可以對(duì)農(nóng)作物種植的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，助力工作人員選擇最佳的氣候條件種植農(nóng)作物。育苗育種是農(nóng)作物種植的首要環(huán)節(jié)，也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)引入傳感器，能夠優(yōu)化育苗育種的效果，提升優(yōu)苗率[6]。

育苗育種對(duì)促進(jìn)農(nóng)作物生產(chǎn)有著突出作用。當(dāng)前一些專(zhuān)家和學(xué)者利用生物傳感器來(lái)進(jìn)行優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物遺傳基因的監(jiān)測(cè)，培養(yǎng)有優(yōu)秀基因的農(nóng)作物種子。在農(nóng)作物的育苗育種上，也有一些農(nóng)業(yè)種植專(zhuān)家通過(guò)溫室提前育苗的方式，成功完成反季蔬菜種植，滿足消費(fèi)者在不同季節(jié)對(duì)蔬菜產(chǎn)品的需求。另外，在農(nóng)作物的育苗育種環(huán)節(jié)，其對(duì)環(huán)境的溫濕度、空氣中二氧化碳含量及光照、土壤酸堿度等參數(shù)有較高的要求。在這種情況下，引入傳感器應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)測(cè)量相關(guān)參數(shù)信息，并將傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鳎煽刂破骺刂葡鄳?yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)自動(dòng)做好育苗育種階段環(huán)境參數(shù)的科學(xué)調(diào)節(jié)[7]。

4.2 農(nóng)作物生長(zhǎng)階段傳感器的應(yīng)用

在農(nóng)作物的生長(zhǎng)過(guò)程中，也可以引入傳感器，通過(guò)傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)進(jìn)程。通過(guò)相應(yīng)智能化系統(tǒng)的引入，配合傳感器的使用，可以精準(zhǔn)記錄農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的相應(yīng)參數(shù)，使工作人員對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)情況有全面、清晰的了解，并科學(xué)合理地進(jìn)行農(nóng)作物生長(zhǎng)情況的監(jiān)測(cè)。結(jié)合監(jiān)測(cè)獲取的結(jié)果，及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的種植策略，可以提升農(nóng)作物的綜合種植效果。比如在農(nóng)作物生長(zhǎng)的過(guò)程中，借助顏色及水分傳感器發(fā)揮的作用，可以對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的色彩及水分情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)估農(nóng)作物的成熟情況，從而選擇最佳時(shí)間完成農(nóng)作物的采摘[8]。

以大棚作物的生長(zhǎng)為例。在農(nóng)作物生長(zhǎng)階段，可以通過(guò)溫度、濕度及水分、光感等傳感器的綜合應(yīng)用，對(duì)大棚種植環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果和農(nóng)作物生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境的要求做好大棚環(huán)境的調(diào)整，為農(nóng)作物生長(zhǎng)營(yíng)造最優(yōu)的農(nóng)業(yè)種植環(huán)境。此外，在農(nóng)作物種植過(guò)程中，通過(guò)引入土壤傳感器，可以對(duì)農(nóng)作物種植的土壤水分、土層溫度、土壤酸堿度及土壤肥力等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解土壤情況是否符合農(nóng)作物種植要求。再比如通過(guò)二氧化碳傳感器發(fā)揮的作用，可以監(jiān)測(cè)空氣中二氧化碳的含量，并了解植物光合作用開(kāi)展情況。隨著技術(shù)的不斷提升，當(dāng)前也有專(zhuān)門(mén)針對(duì)雜草進(jìn)行監(jiān)測(cè)的雜草傳感器推出，其可以精準(zhǔn)識(shí)別雜草，并通過(guò)信息系統(tǒng)的配合達(dá)成自動(dòng)除草的效果。

4.3 農(nóng)作物加工存儲(chǔ)階段傳感器的應(yīng)用

在農(nóng)作物的加工存儲(chǔ)方面，傳感器也有很好的應(yīng)用。當(dāng)前，由于人們對(duì)食品質(zhì)量安全重視度的提升，在農(nóng)作物的加工生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)引入傳感器，可以對(duì)農(nóng)作物的加工存儲(chǔ)過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)控。比如在玉米的加工上，需要將玉米和玉米棒分離，故在進(jìn)行玉米加工時(shí)，為確保分離的效果，可以引入傳感器來(lái)對(duì)完成加工的玉米進(jìn)行監(jiān)測(cè)，評(píng)估完成剝離的玉米粒是否完整。通過(guò)傳感器和相應(yīng)篩選機(jī)械設(shè)備的配合，能夠?qū)⑼暾麆冸x的玉米準(zhǔn)確分離出來(lái)，提升玉米加工的品質(zhì)[9-10]。

在農(nóng)作物存儲(chǔ)的過(guò)程中，可以引入傳感器來(lái)進(jìn)行農(nóng)作物存儲(chǔ)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。比如啤酒的制造離不開(kāi)啤酒花，啤酒花是一種揮發(fā)性作物，須在產(chǎn)出后12 h內(nèi)送進(jìn)啤酒缸，否則會(huì)開(kāi)始變質(zhì)。太熱的溫度，啤酒花必然腐敗。但在傳感器技術(shù)的幫助下，在啤酒花場(chǎng)和啤酒廠之間的每個(gè)階段，現(xiàn)在可以收集其貨物的溫度和濕度數(shù)據(jù)。這些傳感器通過(guò)GPS跟蹤每個(gè)貨物的位置，并注意溫度或濕度是否超出或低于可接受的范圍。再比如在進(jìn)行小麥、玉米等農(nóng)作物存儲(chǔ)的過(guò)程中，若是存儲(chǔ)環(huán)境中溫濕度較大，可能會(huì)導(dǎo)致小麥或玉米發(fā)芽，不利于小麥、玉米的存儲(chǔ)。所以在這種情況下，通過(guò)引入溫濕度傳感器，能夠?qū)π←溁蛴衩椎绒r(nóng)作物存儲(chǔ)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解溫濕度變化。一旦溫濕度出現(xiàn)變化，及時(shí)通過(guò)傳感器反饋數(shù)據(jù)到電腦，對(duì)小麥及玉米存儲(chǔ)的環(huán)境進(jìn)行溫濕度的調(diào)控，確保小麥、玉米等農(nóng)作物的存儲(chǔ)品質(zhì)。

5 我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中傳感器的應(yīng)用趨勢(shì)

隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，傳感器在智慧農(nóng)業(yè)中的價(jià)值會(huì)越來(lái)越突出?！秶?guó)家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022年）》明確提到我國(guó)應(yīng)該重視數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展，并推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)工程的規(guī)劃建設(shè)，大力開(kāi)展“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)行動(dòng)。在此情況下，引入傳感器，能夠符合智慧農(nóng)業(yè)布局的要求，同時(shí)也可以借助傳感器發(fā)揮的作用，推動(dòng)農(nóng)業(yè)遙感及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷升級(jí)，智慧農(nóng)業(yè)將成為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然趨勢(shì)[11]。

隨著我國(guó)科技水平的提升，未來(lái)在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，傳感器的作用不可小覷。而且在技術(shù)不斷升級(jí)的背景下，我國(guó)在農(nóng)業(yè)傳感器研發(fā)上，也會(huì)實(shí)現(xiàn)傳感器類(lèi)別的進(jìn)一步細(xì)分，在傳感器單品研發(fā)上，逐步向著微型化、集成化和智能化等方向發(fā)展。同時(shí)，在技術(shù)不斷升級(jí)的背景下，未來(lái)我國(guó)的農(nóng)業(yè)傳感器也會(huì)有更低的使用成本和更低的能耗。隨著智慧農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)布局的日益完善，農(nóng)業(yè)傳感器也成為智慧農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)布局關(guān)鍵的構(gòu)成部分。通過(guò)傳感器技術(shù)的引入，可以全面滿足智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，促使我國(guó)在智慧農(nóng)業(yè)布局方面步入全新的歷史發(fā)展階段。

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)發(fā)展。