农业类传感器，农业传感器发展态势研究论文

农业传感器技术应用广泛，涵盖农业物联网、温室智能控制、农业机器人、农业收获机械、水产养殖、灌溉、畜牧养殖、农产品追溯等领域。目前，利用深度学**和机器学**的植物分类、害虫识别、水肥管理技术等专利陆续被授予，农业传感器技术的应用潜力巨大。

1 农业传感器的发展现状1.1 技术研究世界范围内农业传感器领域的专利研究始于1917年。从1917年到2006年，世界各国逐渐增强了对农业传感器技术的专利保护意识，共申请了247项传感器技术专利。 2006年以来，随着信息农业的快速发展，农业传感器技术无论是硬件模块设计还是软件功能设计都取得了质的飞跃，农业传感器技术领域的投资模式也转变为政府支持下的纯科研投入。另外，具有一定利润价值的商业投资申请，吸引了众多具有丰富市场经验的风险投资公司进入该领域，这在一定程度上提高了投资者的专利保护意识。 2006年至今，全球农业传感器专利申请总数为9372件。日本农业传感器技术研究起步较晚，虽然申请专利较多，但总体质量和影响力较低，且多数专利是在其他国家现有产品的基础上进行技术创新和升级，并非以核心技术为基础. 缺乏研究。 1.2 技术应用目前，荷兰、日本等农业先进国家在农业传感器领域的专利申请、转让、实际生产、销售以及研究机构与企业之间良好的合作等方面都已形成了较为成熟的盈利模式。我们还建立了双赢的关系。但日本农业传感器领域的研究大多依赖政府财政支持，专利申请者以单一科研单位为主，研究机构与企业之间的协作薄弱。我国国情和农业生产特点还处于发展和积极探索阶段。

2 常用农业传感器2.1 能量型传感器能量型传感器通过硬件电路装置将环境信息和作物生长信息转化为电能信号，并通过预测模型计算出相应的参数，可实现反演计算。能量传感器的种类很多，包括环境温湿度传感器、光强度传感器、土壤温湿度传感器、地物光谱仪以及各种气体浓度传感器等。 1）环境温湿度传感器。产品包括博特瑞TEM-300X、Sensirion SHT3X数字温湿度传感器、VAISALA HMT330。 2) 光强度传感器。产品包括虹彩光学彩色OHSP350I、远方光电SPIC-300、Asentek ALP-01。 3）土壤温湿度传感器。产品包括ESM101-01T、JD-W485。 4) 地基物体光谱仪。产品包括ASD Fieldspec、Greenseeker、Crop Circle 和Rapidscan。 5）气体传感器。产品包括Sensepoint XCD各种气体传感器、Alphasense PID光电离子传感器PID-1A、Honeywell MIDAS-E-PH3气体传感器。 2.2 图像传感器图像传感器可以获取植物的图像信息、光谱信息和三维结构信息，可视化程度高，包含的信息更加丰富。除了基于植被指数反演表型信息外，基于图像传感器的传感方法和数据处理方法的差异，还可以从图像数据中直观地获得叶色、开花时间、株高、冠层覆盖度、作物等信息。被提取。表型参数，例如水合状态。根据成像方式的不同，图像传感器可分为光谱成像传感器和非光谱成像传感器。前者主要依靠目标物体的不同反射光谱进行成像，而后者则通过光谱成像以外的手段实现目标结构的获取。现有市售产品包括： 1）多光谱相机。包括Micasense Altum 多光谱/热成像/RGB 相机、sequoia 多光谱相机和Micasense RedEdge 多光谱相机。 2）高光谱相机。其中包括Resonon高光谱相机、QuantumDesgin Spectral Camera FX系列工业高光谱相机、Rainbow-VN无人机安装高光谱相机和GaiaSky-mini无人机安装高光谱相机。 3）热红外摄像机。 FLIR系列热红外相机，包括WIRIS pro热红外相机、Fotric615C。 2.3仿生传感器仿生传感器主要是基于生物材料识别电子元件，将待测物质产生的物理或化学信号转换为电子信号，并将计算结果反演，从而识别相应的生物量，获取信息，实现产品质量。检测。常用的生物传感器有电子鼻、电子眼、电子舌头等。检测方法多种多样，包括反射光谱检测、气体检测、图像检测等。利用仿生传感器，可以在农产品交易和流通过程中快速检测产品质量，及时报告有质量问题的农产品，防止大量有问题的农产品流向市场。现有市售产品如下。 1）电子舌。包括日本INSENT味觉分析系统、BosinTech C-Tougue、ISENSO SuperTongue、Alpha MOS ASTREE电子舌。 2）电子鼻。包括德国AIRSENSE电子鼻笔3、Alpha MOS电子鼻FOX 3000、ISENSO iN-ose。 3）电子眼。配备各种RGB摄像头。

3 传感器技术应用于智慧农业面临的挑战3.1 传感器种类少，缺乏核心技术我国目前使用的农业传感器设备种类还不够丰富，传感器测试原理、外形、功能设计尚不成熟。这是模仿国外设备的阶段。在顶尖光谱技术、自动化控制技术、人工智能技术研究方面，难以打破农业先进国家的技术垄断，农业传感器推广应用整体进展滞后。 3.2 农业传感器测试稳定性较低由于农业传感器大部分工作环境都在室外农田中，因此农业传感器极易受到外界环境的干扰。以野外物联网设备为例，农田物联网传感器节点长期无人值守，导致传感器设备遭受严重的风蚀、水蚀，缩短其使用寿命，降低测试精度。 3.3 缺乏适合日本的盈利模式目前，日本农业传感器技术领域的投资模式和盈利模式还处于探索阶段，部分传感器设备的高售价也让农民感到困难。对于农民来说也很困难。这将导致小规模农户难以接受，间接增加农业传感器技术的成本，使其难以在我国推广。因此，寻找适合日本农业国情的农业传感器投资回报模式是当前需要解决的问题之一。 3.4农业传感器集成化程度低现有农业传感器设备仅提供农作物生长的基本信息（株高、叶面积指数、叶片干重等）和田间环境信息（温度、湿度、光照强度、气体）。分析。但传感器功能相对简单，缺乏高度集成的农业传感器，往往需要在同一测试点安装大量传感器设备。此外，现场传感器节点主要采用单点和静态测量方式，覆盖面积和测试速度也有待提高。 3.5传感器实时传输水平低由于种植、养殖环境复杂，农业传感器设备之间相互通讯和数据传输存在问题。例如，如果农作物冠层太高、太密，就会阻碍传感器信号的传输和接收。因此，传感器节点的放置和传感器网络架构的构建往往需要更加系统的科学研究，而目前这方面的研究还很少。此外，通过将传感器数据实时传输到云端，农业管理者和科研人员可以更准确地确定田间的环境条件和作物生长，而挑战之一是如何高效地实现这一点。有件事需要立即解决。 3.6 农业传感器应用的标准体系尚未完善农业传感器包括很多测试结果，即使使用同一个传感器，根据研究人员制定的标准不同，得到的结果也可能有很大差异，而这些差异是还体现在数据组合研究上。因此，统一农业传感器数据传输和接口标准可以使农业传感器设计更加快捷方便。

4 日本农业传感器发展展望：《数字乡村发展战略纲要》 于2019年5月出版。农村数字经济是十大关键挑战之一。该简报提出“加速云计算、大数据和物联网的进步”。新一代信息技术的应用，将促进新一代信息技术与林业、种业、畜牧业、渔业、农业全面深入的融合应用。打造农产品加工业，打造科学农业、智慧农业、品牌农业。目前，我国农业生产仍缺乏具有核心技术的多功能一体化国产传感设备。从农业生产信息实时、无损、准确、高通量传感的角度来看，现有传感器的采集精度和抗干扰性能也有待提高。在实际应用过程中，没有很好的方法将不同的能量型传感设备和图像传感设备结合（或组合），并且不同传感器数据的分析和处理依赖于不同的硬件设备、软件系统和分析。这种复杂的操作过程肯定会减慢数据采集速度并造成信息延迟。此外，即使使用相同的传感器设备，不同的安装平台也使得难以整合和分析所获得的数据结果。 5G甚至6G时代的到来意味着万物互联将成为可能，不再需要在存储设备上存储高吞吐量的数据，并可以直接与云平台进行实时通信。突破这一技术瓶颈将直接简化数据采集、传输、存储的操作流程，而新的数据互操作平台的创建将让来自世界各地的农业传感器数据在同一个公共平台上共享，让您组合不同的传感器数据。预计分析技术将进一步发展。只有建立统一的数据传输标准、传感器硬件开发标准、数据测试结果标准，进一步规范农业传感器技术的研发，才能保证农业传感器数据的稳定性和安全性。作者：彭汉根、倪军、陈科来源：江苏农机化（内容版权归原作者所有，如有侵权，请立即联系我们，我们会及时回复）