傳感器在農業領域的應用現狀及發展趨勢

□姚金霞 王 利 郭 鵬 陳 進 陳燕英/四川省農業機械研究設計院

傳感器對絕大多數人來說并不陌生，日常生活中的手機、數字電視等都在使用傳感器。農業作為我國經濟發展賴以生存的基本物質供給，作為支撐社會發展的基礎，提升種植技術是社會發展的必然要求。隨著農業科技的不斷發展，信息化技術逐漸使用到農業生產過程中，提升了農業產量，促進了精細化操作。進入到信息化時代，作為5大農業新興技術之一的農業傳感器技術在農業生產中得到了廣泛的應用和推廣；同時，作為農業信息化技術的核心，傳感器成為了現代農業必不可少的設備之一，伴隨著農業產業結構的整體優化，促進了農業科技水平的進步。

1 農業傳感器簡述

傳感器是指能感受規定的被測量，并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。

農業傳感器包括生命信息傳感器和環境傳感器。生命信息傳感器主要是通過對植物生長過程中氮元素、植物信息指標和農藥化肥等含量的分析，判斷植物的生長情況，展示植物的生長信息和生理信息，并對植物的生長體征進行數字化處理。環境傳感器則是對植物生長所需要的水、土壤、空氣等進行監控，及時了解外部環境的變化，重點對作物土壤環境進行檢測，并對環境因素進行綜合檢測和評估，以便為農作物的健康成長創造更好的條件，促進農作物管理質量的提升。

目前，農業中所用的傳感器種類主要有溫度傳感器、濕度傳感器、氣敏傳感器、pH值傳感器、光電傳感器、壓力傳感器、生物傳感器等。

2 農業傳感器的應用現狀

2.1 應用領域

1）育種育苗中的應用。采用生物傳感器培育優良品種。例如，用溫室育苗法培育蔬菜，不僅能使應季蔬菜提前上市，而且可提高蔬菜的品質和產量，最終提高蔬菜附加值，增加種植者收入。

2）農產品分類中的應用。成熟的農產品一般都需要進行分類加工或儲存，在分類過程中，要依據溫濕度傳感器、壓力傳感器、光電傳感器等農業傳感器的檢測數據來進行加工和儲存。

3）農產品儲藏中的應用。在農產品儲藏入庫前，要采用稱重傳感器稱重，采用濕度傳感器測試農產品含水率，依靠料位傳感器進行農產品料位的監測。入庫后，要依靠溫度傳感器、濕度傳感器對儲存倉庫內外具有代表性的數據采集點進行溫濕度的監測和跟蹤，以確保保持或調整到良好的儲存狀態。

4）農機化中的應用?，F代農業的發展和鄉村振興戰略的實施都離不開農機的支撐。而在農機的設計試驗環節和其工作環節中，都離不開傳感器的作用。例如，農業機器人作為農機中的尖端裝備，其所用傳感器種類及技術水平均較高，要使農業機器人按照既定要求工作，就要多種壓力傳感器、壓電傳感器、光電傳感器、溫度傳感器等協同工作才能達成。

5）禽畜飼養領域的應用。禽畜飼養過程中也用到了很多傳感器。例如，在育種過程中采用生物傳感器；在飲食方面，采用溫度傳感器、氣敏傳感器等；在環境監測方面，采用濕度傳感器、溫度傳感器、光電傳感器等，快速及時地滿足飼養要求，提高飼養質量和收益。

6）農業氣象及環境監測方面的應用。在農業生產中，需要對農業氣象和環境進行按需監測，這就需要用到如氣壓傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、風向傳感器、pH值傳感器、光電傳感器等多種功能的傳感器。

7）遙感領域的應用。遙感傳感器是獲取目標電磁輻射信息的探測儀器。在遙感技術中，主要采用攝影類傳感器、掃描成像類傳感器、雷達成像類傳感器、非圖像類型的傳感器等。遙感傳感器在農業領域的應用很多，如地形分析、農業災害研究、農作物病蟲害監測、植保無人機等方面。

2.2 需要提升的方面

1）傳感器技術。受導體芯片技術的制約，光刻和光敏材料的生產技術難以達到使用要求，使傳感器難以實現監控的實時、動態和連續性。面對農業環境的復雜多變，由于受核心技術發展的限制，導致監測數據時常不精確、不完整，制約了農業傳感器的發展和應用推廣。

2）智能化水平。目前，我國農業傳感器雖然眾多，但智能化水平仍然較低。智能化不僅要求農業傳感器起到檢測獲取數據的作用，而且要求對采集到的數據信息進行分析，并做出相應的警告，對誤差數據進行校準和調節。目前，國外一些先進傳感器，如美國霍尼韋爾公司的ST-3000系列智能變送器和德國斯特曼公司的二維加速度傳感器等產品的智能化水平已經較高，而我國的農業傳感器智能化水平仍需提升。

3）便攜性。目前，農業傳感器普遍存在體積較大的問題，有的需要使用運輸工具進行搬運轉移。例如，應用比較廣泛的荷蘭ASTEC Global種子技術公司研發的氧傳感檢測儀，占地面積達到1.5 m2，不利于攜帶，給使用帶來不便。

4）多功能性。目前，我國市面上的農業傳感器，對數據的采集和監控僅集中在某一種或同一系列的參數上，功能比較單一。例如，在農業試驗中，往往需要測試同一典型樣本點土壤的堅實度和含水率，需要同時攜帶土壤堅實度儀和水分儀這兩種儀器到點進行檢測，技術集成化程度低。

5）其他因素。一是后續配套。目前，農業傳感器使用的后續配套設置還不完善，在使用中還存在許多問題，如數據采集后的處理與分析設備尚未配備或配備不齊。要指導農業生產實踐，信息數據采集的完整性和充足性非常重要，若沒有配備后續設備，就會影響數據的參考和使用價值。二是基層從業人員對傳感器技術的掌握?；鶎訌臉I人員和留守農民文化水平普遍不高，學習理解能力有限，對傳感器掌握不夠充分，限制了農業傳感器的應用。

3 發展趨勢

3.1 應用越來越廣泛

傳感器作為現代農業信息化發展過程中必不可少的組成部分，對于農業和農村的發展起著至關重要的作用。目前，國內傳感器行業正在飛速發展，伴隨著傳感器核心技術的突破、農業信息化技術的進一步發展、云技術的高速發展和大數據平臺的搭建、應用推廣程度的加強，未來，無論是在農作物的田間生產（育苗、播種、植保、收獲）、儲運、加工各環節，畜禽養殖的生產環節（育種、喂養、出欄、場所免疫消毒等），還是農業大數據的采集方面，傳感器的應用都會越來越廣泛；同時，也對傳感器技術提出了更高的要求。

3.2 微型化發展趨勢

傳感器本身體積是越小越好，如傳統的加速度傳感器是由彈簧和重力塊等制成的，不僅體積較大，而且測試不穩定、使用壽命短；而硅加速度傳感器利用激光等各種微細加工技術制成，不僅體積小，而且可靠性好、使用壽命長。而農業領域應用的傳感器，對便攜性要求更高。這就要求發展新的材料及加工技術制作微機電系統（MEMS）器件，實現傳感器尺寸的小型化。微型傳感器不只是可以不受尺寸制約而安放在狹小空間內，還有反應靈敏、響應快速、成本低、對被測對象干擾小等優點。以集成技術為基礎的微細加工技術能把電路加工到光波數量級，同時可批量生產、實用性強、價格便宜。

3.3 智能化發展趨勢

人工智能，不僅是取代人的工作，而且增加了人的能力，將人力解放出來。面對我國農業領域傳感器智能化水平不高的境況，行業人士紛紛建議國內傳感器行業高度重視技術層面的提升，著力研發核心技術；引進與培養專業人才，不斷向國際化靠近；同時，國家政策需與市場共同努力，鼓勵國產企業發展中高端產品。將傳感器的信號檢測、轉換與計算機的記憶、存儲、分析、統計處理、自診斷自適應等功能結合在同一個芯片上，開發高智能化傳感器，提高傳感器的人工智能性。未來，智能化發展會越來越快，農業傳感器市場也必然隨之發展，兩者互相促進，在面對智能化進步的同時，我國也需要不斷提升傳感器產業核心技術的自主研發能力，這也是農業傳感器發展道路上必不可少的一部分。

3.4 多功能化發展趨勢

伴隨著電介質、固體材料半導體和強磁體等材料的進一步開發，以及集成技術的不斷發展，農業傳感器的集成化有了廣闊的前景；納米、薄膜技術等新材料制備技術的成功應用，為傳感器實現新功能提供了條件。在核心技術提升的基礎上，傳感器的精密集成化是未來傳感器在農業領域應用的發展趨勢之一，以實現其多功能性，最終提高傳感器的使用效率和響應速度，降低傳感器的成本，提高農事生產采集數據的精密性、完整性，更好地指導農業生產，提高現代農業的管理水平，以適應農業現代化和信息化發展的需求。