智慧農業中傳感器的應用研究

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了智慧農業中傳感器的應用研究范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：本文介紹了國內智慧農業的發展現狀，分析了傳感器在智慧農業中的應用，具體包括農業生產、監測管理和加工儲存等方面，最后對傳感器的未來發展進行了分析和展望，以期為智慧農業的發展提供參考。

關鍵詞：傳感器；智慧農業；發展現狀；應用；發展趨勢

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

1國內智慧農業的發展現狀

智慧農業是運用傳感器網絡等多種技術通過移動平臺實現信息采集、生產數據收集等功能并達到對農業生產智能控制的效果。據中商產業研究院分析，開展智慧農業項目，不僅能有效改善農業生態環境，還能夠顯著提高農業生產經營效率，徹底改變了農業生產者、消費者的觀念和組織體系結構[1]。智慧農業是推動現代農業發展的重要途徑。為了促進我國農業生產力的提高和加快實現現代化，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“加快推動農業科技創新”到2019年2月國家的《關于堅持農業農村優先發展做好“三農”工作的若干意見》中提到“夯實農業基礎，保障重要農產品有效供給：提出加快突破農業關鍵核心技術，培育一批農業戰略科技創新力量，推動生物種業、重型農機、智慧農業、綠色投入品等領域自主創新”[2]。無一不顯示出智慧農業發展實施的必然性。我國智慧農業起步雖晚，但發展速度非常快。2018—2019年，在國家相關政策的響應下，諸多國內企業紛紛投資布局智慧農業，加快我國智慧農業建設，比如美團“未來食物農場”、騰訊“智慧農業平臺”、京東“京東農場”和阿里巴巴“AI養豬”等。但是與國外相比，智慧農業起步晚的劣勢仍然存在，技術含量、生產水平等方面普遍存在不足。因此，加大科學技術創新、提高農業技術水平勢在必行。

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律轉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、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化等優點[3]。農業傳感器主要包括生命信息傳感器和環境傳感器。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藥化肥等元素含量，并對植物生長體征進行數字化處理，進而分析植物生長狀況。環境傳感器主要是對水分、土壤、空氣等植物所生長的環境進行監控分析，及時了解環境變化，保證植物成長和農作物質量達到最優水平。目前，常用的農業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]。現代智慧農業技術發展離不開傳感器。目前，市場所生產的傳感器質量參差不齊，傳感器的性能選擇也影響著農業生產力的提高。低功耗、材質耐腐蝕、抗低溫性能好的傳感器可在戶外田間的環境中使用。受農業生產地區限制和大多數農民對傳感器知識缺乏的影響，應選擇安裝方式簡單、方便攜帶、穩定性好和校正周期短的傳感器。

3傳感器在智慧農業中的應用

3.1在農業生產中的應用

由于國內傳感器技術具有局限性，傳感器在農業生產中的應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良品種的目的。另外，在作物生長過程中進行生理生態監測，配合相應的智能化系統，對作物的各項參數進行準確有效記錄，能夠實時了解作物生長狀況，針對監測情況及時做出調整，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的時間進行采摘。除了育種育苗，農業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。傳感器在農業機械方面的應用可以體現在近幾年來非常普遍的智能節水灌溉系統和未來可期的農業機器人等。在智能節水灌溉系統中，利用傳感器進行土壤濕度的檢測是最必需和基本的操作。當濕度傳感器反饋結果為土壤干燥的情況下，配合智能平臺及時啟動灌溉系統進行相應的灌溉調度；相反，當濕度傳感器檢測到水分已達到合適的標準時，關閉灌溉系統以達到精準灌溉的效果。對于期待值最高的未來農業智能機器人，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，從而實現各種作業的機器設備。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在監測管理中的應用

傳感器在監測管理中的應用大多體現在對作物生長周圍環境的監測，比如土壤、大氣、水環境、雜草等的監測。目前，傳感器在大棚種植中有顯著效果，例如技術較為成熟的大棚智能監測系統。在此系統中，溫度傳感器、濕度傳感器、光傳感器等實時監測育種環境使其作物達到最優生長的條件；土壤傳感器實時監測土壤水分、不同土層溫度、土壤pH值、氮、磷、鉀等農藥化肥元素等，進而精準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控植物生長環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可以進行雜草識別達到除草自動化等。相應地，在禽畜飼養領域的動物育種繁殖、生存環境等環節也需要應用傳感器。例如，育種使用生物傳感器；生存環境采用氣敏傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光電傳感器等，及時調整飼養方案，提高飼養質量。3.3在加工儲存中的應用傳感器在加工儲存上的應用主要是監督農產品質量安全。在分類加工成熟的農作物過程中，根據農作物特有的性質進行相應的傳感器檢測。例如，根據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測倉庫存儲環境，確保農產品保持良好的存儲狀態。

4傳感器在智慧農業上的未來發展趨勢

《國家鄉村振興戰略規劃（2018—2022年）》指出大力發展數字農業，實施智慧農業工程和“互聯網+”現代農業行動，鼓勵對農業生產進行數字化改造，加強農業遙感、物聯網應用，提高農業精準化水平。發展智慧氣象，提升氣象為農服務能力[6]。在此情形下，實現智慧農業數字智能化和加強與其他現代科學技術相融合是大勢所趨。對于智慧農業來說，傳感器是實現智慧農業的最基礎，也是最必不可少的“探頭”工具。隨著物聯網和人工智能技術的逐漸成熟和傳感器行業的飛速發展，傳感器也向更加微型化、集成化和智能化等方向發展。成本低、功耗小、使用簡單的無線傳感器網絡就是實現傳感器集成化的一種技術，也是精準農業體系中至關重要的一部分。無線傳感器網絡是一種集成傳感器并通過無線通信進行感知、采集、處理傳輸網覆蓋區域內被感知對象的信息的分布式傳感網絡。在農業生產中，該技術主要用來獲取環境信息，也是目前使用最廣泛的一項技術。無線傳感器網絡為智慧農業發展和真正實現農業精準化水平發揮了重要的促進作用。比如，未來需要發展的智能農業機器人。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更加精確的信息數據獲取和田間勞作，還可以配合大數據平臺得到更合適的治理方案。同樣，在遙感領域，無線傳感器網絡在實現地形分析、災害研究、病蟲害監控和植保無人機等占有主導地位。此外，傳感器和物聯網、云計算等技術的結合可以打造一個智能化、數字化的多功能智慧農業平臺，也是實現傳統農業向現代農業過渡的重要節點。一方面，可以對傳感器所測的數據進行信息整理，整個過程的數據分析、決策支持、遠程控制、災變預警等也同樣需要平臺處理；另一方面，通過與物聯網技術的融合，不僅能夠完善農產品電商平臺的構建，還可以打破農業市場時間和地理的限制性因素，促進農村經濟新業態。

5參考文獻

[1]王輝，湯文亮，王永祥.江西省智慧農業PPP模式發展歷程及現狀分析[J].安徽農業科學，2018（2）：174-176.

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

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

[4]姚金霞，王利，郭鵬，等.傳感器在農業領域的應用現狀及發展趨勢[J].四川農業與農機，2019（1）：26-27.

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

[6]中共中央政治局召開會議審議《鄉村振興戰略規劃（2018-2022年）》和《關于打贏脫貧攻堅戰三年行動的指導意見》[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羊里鎮農業技術推廣站