农业传感器:研究进展、挑战与展望

[目的/意义]农业传感器是数字农业、信息农业、智慧农业等现代农业发展模式的源头技术,也是推动农业科技迭代升级和农业生产方式变革的重要驱动力。农业传感器应用环境(水、气及土壤)和监测对象(动植物)多样复杂、规模大,因此,高环境适应性、高可靠性和低成本的农业传感器是实现智慧农业的基础与核心。[进展]本文对农业传感器进行分类,并对农业传感器前沿研究趋势进行分析,综述农业传感器在不同应用场景下的研究现状,从农业环境传感器(水、大气和土壤等)、动植物生命信息传感器、农产品质量安全传感器和农机传感器四大类进行深入分析,总结现有农业传感器在研发和使用过程中的通用性和局限性。[结论/展望]在农业传感器面临的挑战与展望中,具体分析了现阶段农业传感器大规模应用严重不足的核心瓶颈,包括低成本化、专用化、高稳定性及自适应,归纳出“农业泛在感知”的概念,为农业传感器技术研发提供思路和参考。

农业传感器技术在我国的应用和市场:现状与未来展望

农业传感器技术是农业信息化的基础,是实现农业现代化的核心要素和关键支撑之一。首先,本文在总结农业传感器技术在智能农机装备、农用无人机遥感及农业物联网三方面的研究及应用现状的基础上,对我国农业传感器技术需求和市场发展进行了深入分析。其次,通过技术产业调研分析,对农业传感器产业化、市场化及未来的发展趋势进行了总结与展望。最后,凝练了农业传感器产业领域的16项关键技术,并在此基础上开展了德尔菲法专家问卷调查,阐明了农业传感器最重要的属性是通用性,明确了相关技术发展最大的制约因素是基础理论和研发投入,提出了农业传感器技术将朝着低成本化、高稳定性、高智能化、可移植性、可操作性方向发展。本文可为我国农业传感器技术研发和产业发展提供参考。

农业传感器国际竞争态势与研究前沿分析

农业传感器是农业全产业链体系中用于感知和传输相关信息的器件,是智慧农业发展的关键和基础,近年来受到国内外的广泛关注,成为农业科技研究热点之一。本研究以农业传感器相关SCI论文为研究对象,综合运用文献计量法、内容分析法和专家咨询法等,对农业传感器的国际研究态势与研究前沿进行了分析,旨在把握该领域的国家竞争态势、研究前沿方向和未来科技发展趋势。

农业传感器发展态势研究

介绍了农业传感器发展现状及常用产品,分析了传感器技术应用于智慧农业存在的问题,并就我国传感器发展前景提出展望。

智慧农业背景下农业智能传感器应用现状分析

农业智能传感器是一种智能感知农业环境参数的设备。在智慧农业发展背景下,现代农业的信息化、智能化发展离不开农业智能传感器的广泛应用。农业智能传感器的应用与普及可以帮助农民精确地制定种植策略,提高作物的产量和质量,减少资源浪费和环境污染。本文阐述了智慧农业背景下农业智能传感器的应用现状,剖析了农业智能传感器自身、数据传输通信和数据处理方面存在的问题,并提出了解决措施和建议,为推广应用农业智能传感器提供参考。

浅析农业气象信息传感器的发展和应用

近年来,电子传感器在农业气象信息采集中的应用越来越广泛,对精准预测农业生产各类气象和环境条件起到了积极的作用.本文阐述了农业气象信息传感器的概念,重点分析了光照强度传感器、风速风向传感器和降雨量传感器三种常见农业气象信息传感器的研究现状和应用案例,展望了农业气象信息传感器的研发方向.

无线传感器网络在农业中的应用

无线传感器网络是近些年来兴起的新兴技术。无论是生产和生活，都离不开无线传感网络的支持与推动。本文综述了无线传感器网络的构成和特点，以及当前在农业领域的应用，并提出了在农业领域应用的新型思路。

中国农业智能传感器的应用、问题与发展

农业智能传感器是智慧农业的关键核心技术之一。本文首先阐述了智能传感器的概念、特征和实现方法,从而引入了农业智能传感器的构成、发展与应用。根据检测对象的不同,将农业智能传感器分为生命信息、环境信息和品质安全三大类,其中,生命信息智能传感器分为植物和动物生命信息,环境信息智能传感器分为水体、土壤、畜禽和气象环境信息。从目前农业智能传感器的构成与应用现状可以发现,当前我国农业智能传感器存在集成化程度较低(模块化方式实现)、农业智能传感器的核心元件(传感器元器件和微控制器)严重依赖进口、智能化程度不高等问题,应用范围有限。针对上述问题,分别从农业智能传感器技术中的核心控制器、农业传感器、无线通信网络和配套算法四个方面进行了深入剖析,其根源在于我国缺乏农业专用的核心控制器、自主研发的高端农业传感器少、缺乏农业适用的无线通信网络协议及高精度的智能传感器算法。针对以上问题,分别从研发中国“农业芯”和高性能MEMS传感器、构建农业专用无线网络和开发高性能智能算法方面提出可行对策,将有助于推进农业智能传感器的中国智造进程。在智慧农业快速发展的当下,农业智能传感器的中国智造之举至关重要。

基于GA的农业无线传感器网络与水肥一体化技术

由于传统大水漫灌的灌溉方式和过度施肥的施肥技术造成了水和肥料的过度使用,增大了农民的生产负担,所以,采用了一种引入遗传算法的农业无线传感器网络进行监测,并利用水肥一体化进行作物灌溉施肥的技术。该技术保障了生产过程中的水资源和肥料的高效利用,大大延长了传感器节点的使用寿命。该技术为传统农业生产中作物增产和减少生产负担提供了一种方式,具有很好的应用前景。

基于遗传算法的农业无线传感器节点部署算法设计

农业无线传感器网络是物联网技术在农业领域的重要应用,农业无线传感器节点的部署是限制其生命周期的重要因素。为了提高农业无线传感器网络节点的检测范围利用率,减少传输数据冗余,延长无线传感器网络的生命周期,在随机部署的基础上提出了一种迭代求解的无线传感器节点部署算法。该算法使用遗传算法优化求解,以覆盖率作为适应函数,利用离散的图形计算实现功能,该算法可以在传感器数量一定的情况下,求得覆盖率较高的部署方案。

数字传感器技术在农业机械中的的应用进展

综述传感器技术构成等方面的特点,重点介绍传感器的发展现状。传感器技术与农业机械自动化技术等相结合,有助于优化农业,发现和处理农业机械存在的潜在问题,促进农业机械的自动化发展进程,降低能耗,节省人力资源。并分析了传感器技术在未来农业机械中的发展趋势。

智能传感器与智慧农业的应用分析

智能传感器是指能够感知环境信息,并将信息转化为数字信号或其它形式的传感器。智能传感器具有多种优点,例如高精度、实时性、可靠性等,因此被广泛应用于农业领域,本文将针对智能传感器与智慧农业的应用展开详细分析。

智能农机传感器和机器人专利分析

近些年,智慧农业的发展越来越快,在提高工作效率和作业精准方面的要求也越来越高。从全球智能农机传感器和机器人专利申请层面对专利全球分布、申请人及技术领域的聚焦状况进行了综合分析,了解掌握了当前全球在智能农机领域的发展状况、技术情况以及重点企业情况。当前全球农业传感器专利申请总量为8. 4万余件,国外在农业传感器部件领域申请量较多,国内在物联网系统方面的专利较多。农业机器人全球专利申请超过1万件,我国在该领域的专利申请量较高。

基于3G和Wi-Fi的高分辨率视觉传感器传输控制方案（英文）

智能视觉传感器技术因其低成本和图像高效采集优势成为当今无线视觉传感器网络(wireless vision sensor network,WVSN)的研究热点。该文在之前基于ARM平台S3C6410设计的低成本高分辨率农业视觉传感器(agricultural high resolution vision sensor,HRAVS)设计基础上,进行了网络和远程控制扩展,设计了一种基于WCDMA和Wi-Fi的高分辨率视觉传感器远程传输控制方案(vision sensor remote transmission control schema for the HRAVS,VSRTC)。使新型HRAVS节点可以利用有线、Wi-Fi、3G和4G等支持WVSN和农业物联网的应用。该文详细设计了VSRTC的应用体系结构、传输控制协议、应用软件。利用扩展的网络化视觉感知传感器,在华南农业农业大学试验农场部署了10个图像采集节点构成的WVSN,并开展了25d的运行测试,测试了新型节点的稳定性、图像采集与编码的性能,采集图像的平均耗时,以及在不同分辨率下的视频帧速率等。结果表明,该节点能够有效地支持命令响应式、周期响应式、视频流3种采集模式;在重传方案支持下所有节点指令丢失率在1%以内;在非联网状态下节点本地工作模式下,节点在1.3、2.0和3.2 Mpixel下采集图像的最短节点平均耗时分别约为6.2、8.2和11.1 s,最大视频帧速率分别为58.7、34.6、16.4帧/s;在全网络环境中,节点在1.3、2.0和3.2 Mpixel下采集图像的最短节点平均耗时分别约为17.6、26.9和49.6 s,最大视频帧速率分别为20.2、16.1、9.3帧/s。该方案对实时性要求不太高的农业领域来说,基本能满足其高分辨率图像和视频传输的需要。

石墨烯材料在农业领域的应用研究进展

石墨烯材料及其衍生物由于其电子效应迁移率高、导热性能良好、比表面积大、优良的生物相容性等特点,近年来成为材料领域的研究热点。随着石墨烯产业的快速发展,其产品已逐步扩展到农业领域。纵观中国农业的发展史,生产技术的革新始终与科技创新息息相关,利用石墨烯材料自身优良的生物相容性和比表面积等特点,可实现对农业传感器及农药肥料的改良,探索其在农业环境中对农作物的生长发育进程所带来的影响,可以为现代农业的发展指明新的道路。本文综述了国内外学者通过应用石墨烯材料制作新型农业传感器,实现了对农业气体、湿度、胁迫环境的检测,阐明了在农业环境上的新型控温方式,并针对石墨烯对农作物生长发育的影响,探索石墨烯对农作物安全、高效利用的合适浓度与使用方法。最后讲述石墨烯作为载体对农药肥料的改良,以及作为吸附剂净化废弃物的作用。石墨烯材料可促进农业生产方式转变和资源高效利用,为农业双碳革命提供研究基础。

石墨烯材料在农业领域的研究进展

石墨烯材料因其独特的结构特点和优异的物理化学性质被广泛应用于电子、生物医学及环境保护等领域。随着石墨烯基础研究的不断突破,其产业化应用也在不断拓展,已逐渐延伸到农业领域。文章综述了石墨烯材料在提高农用化学品利用率、促进作物生长和农业传感器等方面的研究进展。分析了石墨烯增效复合肥和纳米农药的应用情况和作用机理,归纳了石墨烯材料通过刺激农作物分泌生长素、提高作物抗逆能力和改善土壤环境等途径影响作物生长。在农业领域,石墨烯材料的应用展示出巨大潜力,但尚处于探索阶段。应进一步探明石墨烯材料对作物的作用机制及影响因素,全面评估其生物安全性,并建立完善的应用数据库以实现石墨烯和农业融合后的可持续发展。

智慧农业的发展现状与未来展望

为探究我国智慧农业未来发展的目标、任务与政策,本文基于系统工程学视角,阐释了智慧农业的概念与内涵,介绍了国外智慧农业相关战略布局与行动计划,分析了我国智慧农业发展现状、特点以及与国际上的差距,提出了我国智慧农业未来发展目标、重点任务与政策建议。美、德、英、日等国在农业传感器、农业大数据智能、农业智能装备等智慧农业科技领域占据国际前沿;中国在政策引领与规模经营趋势下,常用环境类农业传感器、农业遥感技术、农业无人机、农机北斗导航、农业大数据与智能算法等智慧农业技术研发应用取得了长足进步,部分产品基本实现国产替代。发展智慧农业是“十四五”时期乃至2035年我国农业高质量发展的重要内容,针对我国农田地块细碎化、农业机械化水平不高、农村基础设施薄弱、智慧农业技术有效供给不足、政策体系与市场机制不健全等问题,未来智慧农业的发展亟需在技术攻关、应用示范、政策试验和社会试验等方面共同发力。

作物长势信息获取技术发展现状分析

随着我国农业现代化、机械化及自动化水平的提高,智慧农业逐渐替代了传统的粗犷式农事管理方法,成为了农业生产的新主题。地物光谱特征识别技术的发展及无人机、无人车等智能平台在农业生产中的应用,进一步丰富了作物长势信息的高效感知手段。本文基于作物长势信息获取的重要性,综述了传统作物长势信息获取方法及存在问题,介绍了作物长势信息获取传感器的研究现状以及用于传感器搭载的各类农业智慧平台的研究现状,分析了各类传感器与不同测试平台结合的优势及存在问题,并对相关技术的未来发展进行了展望。

我国精确农业技术产业化问题研究

精确农业技术自成体系,产业化是精确农业技术的唯一出路。在我国,精确农业技术产业化是一个漫长、渐进的过程,需要全社会相关部门的通力合作。应有所侧重地实现一部分精确农业技术的产业化,如电子传感器、节水和节肥等精确农业技术。

基于自适应萤火虫的农业传感网络均衡分簇算法

为了减少在非均匀分簇情形下容易出现网络负载不均衡、通信不可靠以及工作不稳定等问题,将群智能萤火虫算法与农业无线传感器网络分簇路由算法相结合,提出一种自适应萤火虫算法农业WSNs负载均衡分簇方法。该算法综合考虑负载均衡和能量消耗2个优化目标,搜索过程充分考虑了网络分簇的负载均衡性、簇内数据传输距离、跳数、时延和带宽等因素,最后选出合适的分簇数,完成源目的节点间的信息传输。仿真试验表明,提出的算法在感知范围内自适应地调整搜索步长,降低振荡现象,提高求解精度。与低功耗自适应集簇分簇型协议(LEACH,low energy adaptive clustering hierarchy)、ACO算法和PSO算法的分簇协议能耗相比,分别节省了32.5%、22.3%和12.8%,有效延长了农业无线传感器网络寿命。