传感器在智慧农业中的应用分析.pdf

自古以来 粮食生产在人口密度大 耕地面积少的中国 占有重要地位 随着社会的发展 农业在国民经济发展中发 挥了重要作用 近几年 随着人工智能时代的到来 智慧农 业 一词逐渐发展并且成为现代农业进程中的重要组成部 分 在现代科技飞速发展的大环境下 传感器作为现代智能 化的重要工具 为推进实现智慧农业发挥了重要作用 1 国内智慧农业的发展现状 智慧农业是运用传感器网络等多种技术通过移动平台 实现信息采集 生产数据收集等功能并达到对农业生产智 能控制的效果 据中商产业研究院分析 开展智慧农业项 目 不仅能有效改善农业生态环境 还能够显著提高农业生 产经营效率 彻底改变了农业生产者 消费者的观念和组织 体系结构 1 智慧农业是推动现代农业发展的重要途径 为了促进我 国农业生产力的提高和加快实现现代化 国家为此发布多 个政策并给予诸多的扶持 从 2012 年中央一号文件中提到 加快推动农业科技创新 到 2019 年 2 月国家发布的 关于 坚持农业农村优先发展做好 三农 工作的若干意见 中提 到 夯实农业基础 保障重要农产品有效供给 提出加快突 破农业关键核心技术 培育一批农业战略科技创新力量 推 动生物种业 重型农机 智慧农业 绿色投入品等领域自主 创新 2 无一不显示出智慧农业发展实施的必然性 我国智慧农业起步虽晚 但发展速度非常快 2018 2019年 在国家相关政策的响应下 诸多国内企业纷纷投资 布局智慧农业 加快我国智慧农业建设 比如美团 未来食 物农场 腾讯 智慧农业平台 京东 京东农场 和阿里巴 巴 AI养猪 等 但是与国外相比 智慧农业起步晚的劣势仍 然存在 技术含量 生产水平等方面普遍存在不足 因此 加 大科学技术创新 提高农业技术水平势在必行 2 传感器的概念 传感器是一种可以将被测量的物理量按一定规律转换 成电信号或者其他形式信息输出的检测装置 具有微型化 数字化 智能化 多功能化 系统化 网络化等优点 3 农业传感器主要包括生命信息传感器和环境传感器 生命信息传感器是通过检测植物生长过程中植物信息元素 和农药化肥等元素含量 并对植物生长体征进行数字化处 理 进而分析植物生长状况 环境传感器主要是对水分 土 壤 空气等植物所生长的环境进行监控分析 及时了解环境 变化 保证植物成长和农作物质量达到最优水平 目前 常 用的农业传感器主要包括温度传感器 湿度传感器 pH 值 传感器 气敏传感器 生物传感器 光电传感器和压力传感 器等 4 现代智慧农业技术发展离不开传感器 目前 市场所生 产的传感器质量参差不齐 传感器的性能选择也影响着农 业生产力的提高 低功耗 材质耐腐蚀 抗低温性能好的传 感器可在户外田间的环境中使用 受农业生产地区限制和 大多数农民对传感器知识缺乏的影响 应选择安装方式简 单 方便携带 稳定性好和校正周期短的传感器 3 传感器在智慧农业中的应用 3 1 在农业生产中的应用 由于国内传感器技术具有局限性 传感器在农业生产中 的应用大多存在于育种育苗过程中 例如 通过使用生物 传感器操纵种子的遗传基因以达到培育优良品种的目的 另外 在作物生长过程中进行生理生态监测 配合相应的智 能化系统 对作物的各项参数进行准确有效记录 能够实时 了解作物生长状况 针对监测情况及时做出调整 进而提高 收成率 比如 可以利用颜色传感器 水分传感器检测作物 的颜色和水分含量来判断作物的成熟程度以便于在适当的 时间进行采摘 除了育种育苗 农业机械在作物种植以及生长过程中也 占有很大的比重 带有传感器装备的农机不仅会大幅提高 工作效率 还可以减轻一定量的人力劳动 传感器在农业机 械方面的应用可以体现在近几年来非常普遍的智能节水灌 溉系统和未来可期的农业机器人等 在智能节水灌溉系统 中 利用传感器进行土壤湿度的检测是最必需和基本的操 作 当湿度传感器反馈结果为土壤干燥的情况下 配合智能 平台及时启动灌溉系统进行相应的灌溉调度 相反 当湿度 传感器检测到水分已达到合适的标准时 关闭灌溉系统以达 到精准灌溉的效果 对于期待值最高的未来农业智能机器 人 它是一个集视觉 力觉 压力 避障 超声波 红外 触 觉等多种传感器于一身并且由平台控制 从而实现各种作 业的机器设备 通过融合多个传感器的感知 获得更加精确 的信息 完成信息交融 5 3 2 在监测管理中的应用 传感器在监测管理中的应用大多体现在对作物生长周 下转第 175页 传感器在智慧农业中的应用分析 吕桂英 山东省济南市莱芜区羊里镇农业技术推广站 山东济南 271118 摘要 本文介绍了国内智慧农业的发展现状 分析了传感器在智慧农业中的应用 具体包括农业生产 监测管理和加工储存等方面 最后对传感器的未来发展进行了分析和展望 以期为智慧农业的发展提供参考 关键词 传感器 智慧农业 发展现状 应用 发展趋势 中图分类号 TP311 52 文献标识码 A 文章编号 1007 5739 2020 15 0171 01 开放科学 资源服务 标识码 OSID 作者简介 吕桂英 1970 女 山东济南人 高级农艺师 研究方向 农 业技术推广 收稿日期 2020 04 08 农业工程学现代农业科技 2020年第 15期 171 上接第 171页 围环境的监测 比如土壤 大气 水环境 杂草等的监测 目 前 传感器在大棚种植中有显著效果 例如技术较为成熟的 大棚智能监测系统 在此系统中 温度传感器 湿度传感器 光传感器等实时监测育种环境使其作物达到最优生长的条 件 土壤传感器实时监测土壤水分 不同土层温度 土壤 pH 值 氮 磷 钾等农药化肥元素等 进而精准传递土壤水分和 土壤颗粒组成的信息 二氧化碳传感器可以实时监控植物 生长环境中二氧化碳的含量以保障植物光合作用 新兴的杂 草检测传感器技术可以进行杂草识别达到除草自动化等 相应地 在禽畜饲养领域的动物育种繁殖 生存环境等 环节也需要应用传感器 例如 育种使用生物传感器 生存 环境采用气敏传感器 温度传感器 湿度传感器 光电传感 器等 及时调整饲养方案 提高饲养质量 3 3 在加工储存中的应用 传感器在加工储存上的应用主要是监督农产品质量安 全 在分类加工成熟的农作物过程中 根据农作物特有的性 质进行相应的传感器检测 例如 根据水分传感器来判断 蔬菜新鲜程度 同样地 在储存过程中 温湿度传感器实时 监测仓库存储环境 确保农产品保持良好的存储状态 4 传感器在智慧农业上的未来发展趋势 国家乡村振兴战略规划 2018 2022 年 指出大力发 展数字农业 实施智慧农业工程和 互联网 现代农业行 动 鼓励对农业生产进行数字化改造 加强农业遥感 物联 网应用 提高农业精准化水平 发展智慧气象 提升气象为 农服务能力 6 在此情形下 实现智慧农业数字智能化和加 强与其他现代科学技术相融合是大势所趋 对于智慧农业来说 传感器是实现智慧农业的最基础 也是最必不可少的 探头 工具 随着物联网和人工智能技 术的逐渐成熟和传感器行业的飞速发展 传感器也向更加 微型化 集成化和智能化等方向发展 成本低 功耗小 使用简单的无线传感器网络就是实现 传感器集成化的一种技术 也是精准农业体系中至关重要的 一部分 无线传感器网络是一种集成传感器并通过无线通 信进行感知 采集 处理传输网覆盖区域内被感知对象的信 息的分布式传感网络 在农业生产中 该技术主要用来获取 环境信息 也是目前使用最广泛的一项技术 无线传感器网络为智慧农业发展和真正实现农业精准 化水平发挥了重要的促进作用 比如 未来需要发展的智 能农业机器人 一个集多种传感器于一身且可以智能操纵 的机器人 不仅可以代替人工实现更加精确的信息数据获 取和田间劳作 还可以配合大数据平台得到更合适的治理 方案 同样 在遥感领域 无线传感器网络在实现地形分析 灾害研究 病虫害监控和植保无人机等占有主导地位 此外 传感器和物联网 云计算等技术的结合可以打造 一个智能化 数字化的多功能智慧农业平台 也是实现传统 农业向现代农业过渡的重要节点 一方面 可以对传感器所 测的数据进行信息整理 整个过程的数据分析 决策支持 远程控制 灾变预警等也同样需要平台处理 另一方面 通 过与物联网技术的融合 不仅能够完善农产品电商平台的 构建 还可以打破农业市场时间和地理的限制性因素 促进 农村经济新业态 5 参考文献 1 王辉 汤文亮 王永祥 江西省智慧农业 PPP 模式发展历程及现状分 析 J 安徽农业科学 2018 2 174 176 2 新华社 2019 年中央一号文件撷要 J 新农业 2019 6 7 10 3 张建召 论传感器技术的应用及其发展 J 黑龙江科技信息 2010 11 30 4 姚金霞 王利 郭鹏 等 传感器在农业领域的应用现状及发展趋势 J 四川农业与农机 2019 1 26 27 5 马雪丽 王宏阳 农业机器人中的传感器技术 J 智库时代 2019 37 291 291 6 中共中央政治局召开会议审议 乡村振兴战略规划 2018 2022年 和 关于打赢脱贫攻坚战三年行动的指导意见 J 实践 思想理论 版 2018 6 12 13 上接第 173页 行组合 缩小了土壤间隙 有助于减缓土壤水分蒸发 增加 土壤蓄水能力 3 5 合理使用降雨资源 与地区气象部门形成工作合力 促进地区农业高效利用 地区降雨资源 以政府部门牵头 加大降雨水资源储存设施 的修建 为农业提供灌溉用水 以防地区旱情出现时给农业 发展造成严重的影响 促进地区形成良好的水资源循环利 用系统 促进农业发展 4 参考文献 1 曹鸿鹏 李勇 张磊 等 旱作节水农业在吉林省西部半干旱地区应用 的重要性 J 吉林农业 2018 23 39 2 李杰林 集雨节灌推广综合配套的应用创新技术 C 中国农业资源 与区划学会 2014 年中国农业资源与区划学会学术年会论文集 福 州 中国农业资源与区划学会 2014 3 钟新才 李寿山 冯耀祖 等 农艺节水是干旱区水资源高效利用的重 要途径 J 新疆农业科学 2005 5 342 344 4 张盼盼 关于我国农业节水灌溉的几点思考 J 农技服务 2020 37 3 112 114 下移到根层以下 而土壤表层又不致因含水量过高而增加 土面蒸发 不仅灌水量小 还可使土壤温度降幅小 通气性 良好 为作物提供一个良好的生长环境 实践表明 该方法 比连续畦灌省水 34 5 而作物产量与连续畦灌几乎一样 与间歇灌类似的灌溉方法还有限额灌溉 低定额灌溉以及 通过种植结构调整扩大雨养农业等多种节水方式 3 结语 农田节水灌溉对我国农业发展意义重大 必须加强农田 水利建设 发展农田节水灌溉 要加大宣传力度 提高人们 的节水意识 同时各部门统筹兼顾 针对各地不同情况做到 具体问题具体分析 使我国农业节水灌溉事业获得可持续发 展 从而提高我国农业生产的经济效益 4 参考文献 1 马良霄 农业水利工程的节水技术和节水策略 J 江西农业 2020 6 54 2 赵金龙 浅谈加快农业节水灌溉技术的措施 J 门窗 2012 7 114 3 王田 齐泰辉 浅谈水利水环境及节水灌溉标准化的影响与思考 J 黑龙江科技信息 2008 21 132 4 高青春 肖雪梅 李雪松 加快农业结构调整推广节水灌溉技术 J 河 北水利 2005 10 30 5 周爱国 徐恒力 甘义群 等 西北地区水资源 生态可持续发展的若 干问题探讨 J 长江流域资源与环境 2001 5 419 425 赵云鹏等 农业节水灌溉技术措施 175