農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測對產(chǎn)品分級、溯源和維護(hù)食品安全有重要意義。模擬人類感官的電子鼻、電子舌、光譜、聲波等技術(shù)可有效檢測農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和安全，尤其在食品安全愈發(fā)重視的當(dāng)下，相比于以上傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)智能傳感器，這類新興智能傳感器技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
有研究人員使用PEN3電子鼻（Airsense，德國）和SA402B電子舌傳感器（Insent，日本），對191株不同乳酸乳球菌制備的發(fā)酵乳進(jìn)行感官研究，分析不同產(chǎn)酸和蛋白水解程度的菌株對發(fā)酵乳風(fēng)味品質(zhì)的影響，為開發(fā)不同風(fēng)味的發(fā)酵乳提供了新方向。華中科技大學(xué)學(xué)者采用FOX4000電子鼻（AlphaMOS，法國）采集不同品種和產(chǎn)地雞蛋揮發(fā)性物質(zhì)響應(yīng)數(shù)據(jù)，并建立鑒別模型來實現(xiàn)雞蛋產(chǎn)地和品種判別，準(zhǔn)確率分別達(dá)98.36%和97.65%；而采用USB2000+光纖光譜儀傳感器采集數(shù)據(jù)所鑒別的產(chǎn)地和品種預(yù)測準(zhǔn)確率97%和97.78%，這表明低成本的電子鼻產(chǎn)品相比于傳統(tǒng)昂貴大體積光譜設(shè)備，具有更好的檢測效果。通過以上不同應(yīng)用場景中的農(nóng)業(yè)智能傳感器，相比于傳統(tǒng)檢測技術(shù)，具有節(jié)約人力、降低成本和提高效率等優(yōu)勢，部分傳感器還具有實時動態(tài)監(jiān)測的性能，這為數(shù)字農(nóng)業(yè)的大數(shù)據(jù)分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)智能傳感器也成為目前智慧農(nóng)業(yè)感知層技術(shù)研究的熱門方向。中國農(nóng)業(yè)智能傳感器技術(shù)問題與措施
我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展起步晚于西方農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家，中國農(nóng)業(yè)智能傳感器技術(shù)在農(nóng)業(yè)專用芯片、硬件集成度、傳感器算法、制造成本、技術(shù)生態(tài)、數(shù)據(jù)通信安全、無線網(wǎng)絡(luò)功耗、應(yīng)用推廣、高端農(nóng)業(yè)傳感器、技術(shù)創(chuàng)新、使用壽命、抗干擾等多個方面存在問題。具體如下：農(nóng)業(yè)智能傳感器中，核心微控制器負(fù)責(zé)傳感器信號轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及存儲。近兩年受國外發(fā)達(dá)國家對中國高端科技的封鎖與新冠疫情的影響，芯片價格暴漲。以國外ST公司STM32F103RCT6微控制器為例，2021年6月相比于2020年1月價格增幅達(dá)479%。微控制器價格巨幅上漲，不僅增加農(nóng)業(yè)智能傳感器生產(chǎn)成本，同時還間接增大了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，對于中國農(nóng)業(yè)信息安全也是隱患。國產(chǎn)芯片研發(fā)起步較晚，目前國產(chǎn)芯片企業(yè)聚焦于消費、桌面級、手機終端、汽車等領(lǐng)域，尚無專門研發(fā)“農(nóng)業(yè)芯”的芯片企業(yè)。農(nóng)業(yè)智能傳感器一般需要集成多種類型傳感器，這就要求“農(nóng)業(yè)芯”具有較多的通信資源和計算資源，從而滿足終端農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)處理需求。
積極推動研發(fā)“農(nóng)業(yè)芯”
鼓勵具有高端核心農(nóng)業(yè)芯片制造技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)的高科技企業(yè)和半導(dǎo)體芯片企業(yè)，面向市場需求結(jié)合自身技術(shù)積累，積極自主研發(fā)低成本、高可靠性、高穩(wěn)定性的農(nóng)業(yè)芯片；引導(dǎo)農(nóng)業(yè)科技人員使用國產(chǎn)芯片，并輔以適當(dāng)獎勵和支持；鼓勵高校、研究所和企業(yè)的IT從業(yè)人員研發(fā)“農(nóng)業(yè)芯”的軟件、算法、驅(qū)動程序等配套技術(shù)，促進(jìn)形成良好技術(shù)生態(tài)環(huán)境；完善農(nóng)業(yè)芯片科研成果轉(zhuǎn)化機制，從而減少對國外產(chǎn)品的依賴。
目前，我國使用的中、高質(zhì)量傳感元器件幾乎100%進(jìn)口國外產(chǎn)品，90%傳感器芯片來自于國外品牌。國產(chǎn)傳感器企業(yè)以仿制或組裝國外同類產(chǎn)品居多、自主研發(fā)創(chuàng)新少，導(dǎo)致核心技術(shù)積累不足，落后于發(fā)達(dá)國家。小型國產(chǎn)傳感器企業(yè)難以投入如此大的時間、人力成本來研發(fā)。國內(nèi)高端傳感器生產(chǎn)制造設(shè)備主要靠進(jìn)口，不具有高端核心制造技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)。中低端國產(chǎn)傳感器器件在使用壽命、可靠性、性能指標(biāo)上遠(yuǎn)低于國外成熟產(chǎn)品。
促進(jìn)農(nóng)學(xué)、納米材料、微電子、通信等學(xué)科的交叉融合，加強農(nóng)業(yè)傳感器的研發(fā)力量。在高性能傳感器研發(fā)上，推動基于MEMs工藝的高集成度農(nóng)業(yè)智能傳感器的自主研發(fā)，降低價格成本的同時推動農(nóng)業(yè)智能傳感器的大范圍推廣應(yīng)用，形成從研發(fā)到生產(chǎn)的完善產(chǎn)業(yè)鏈。加快應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)監(jiān)測的新型高端傳感器技術(shù)研發(fā)，為食品安全助力護(hù)航。
利用無線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)實時在線監(jiān)控、大數(shù)據(jù)分析、存儲和共享功能，是智能傳感器的特點之一。面對農(nóng)業(yè)復(fù)雜環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理監(jiān)測需求，單一農(nóng)業(yè)智能傳感器需借助無線傳感網(wǎng)絡(luò)才能凸顯其優(yōu)越性。無線傳感網(wǎng)絡(luò)受限于無線信道的物理特性，高山、樹木、建筑物、障礙物等地形地勢以及自然界風(fēng)雨雷電均對其產(chǎn)生影響。
同時，受傳感器能耗影響和無線通信距離要求限制，傳輸數(shù)據(jù)有限。目前，尚沒有針對農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，不同的農(nóng)業(yè)智能傳感器由于通信問題可能無法實現(xiàn)在同一無線網(wǎng)絡(luò)下共同工作，傳感節(jié)點的自組織能力不足，無線通信技術(shù)的通用性待提高。此外，無線傳感網(wǎng)絡(luò)相比有線傳輸更容易被監(jiān)聽、入侵、破壞，安全性、抗干擾能力較差。面對農(nóng)業(yè)大規(guī)模應(yīng)用及無人值守工作條件，傳感節(jié)點的通信維護(hù)是個難題。構(gòu)建農(nóng)業(yè)專用無線傳感網(wǎng)絡(luò)
加快偏遠(yuǎn)地區(qū)5G基站等通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，盡早完成全國各地區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。鼓勵企業(yè)研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，開發(fā)具有低成本、低功耗、高精度優(yōu)勢的無線傳感網(wǎng)絡(luò)時間同步算法。自主研發(fā)構(gòu)建具有低能耗、低成本、通用性、信息安全，實時性、智能性等功能的農(nóng)業(yè)專用無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
建立統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，使不同農(nóng)業(yè)智能傳感器具備在同一無線通信網(wǎng)絡(luò)下共同工作的能力。積極探索區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)通信安全領(lǐng)域的大規(guī)模運用。針對信息安全問題出臺相應(yīng)政策維護(hù)國家農(nóng)業(yè)信息安全，完善農(nóng)業(yè)信息安全相關(guān)法律。
傳感器數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用方面
農(nóng)業(yè)智能傳感器一般需要實現(xiàn)多對象檢測，還包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境因子監(jiān)測。農(nóng)業(yè)溫濕度環(huán)境復(fù)雜多變，引發(fā)傳感器采集數(shù)據(jù)誤差和精度低，往往導(dǎo)致傳感器測得的數(shù)據(jù)不可用。數(shù)據(jù)處理受限于農(nóng)業(yè)智能傳感器節(jié)點功耗和芯片資源限制，所采用的多傳感器融合算法較簡單，對數(shù)據(jù)精度的提高范圍有限。針對大規(guī)模、多組分農(nóng)業(yè)智能傳感器節(jié)點的海量數(shù)據(jù)處理算法，目前發(fā)展還不成熟。同時，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的共享和交易服務(wù)相比于國外發(fā)達(dá)國家缺失，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的最大化利用。
基于不同應(yīng)用情境，傳感器算法的實現(xiàn)可采取兩種應(yīng)用形式：一是內(nèi)嵌于農(nóng)業(yè)智能傳感器微控制器中的數(shù)據(jù)處理算法，近處理該農(nóng)業(yè)智能傳感器所采集的數(shù)據(jù)。二是布置在后臺服務(wù)器的傳感器算法，該算法可處理智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中多農(nóng)業(yè)智能傳感器節(jié)點上傳的大量數(shù)據(jù)。
因此，研發(fā)高性能傳感器數(shù)據(jù)算法也有兩種途徑：
1.研發(fā)針對單一傳感器節(jié)點的資源需求少、能耗低的多數(shù)據(jù)融合高精度處理算法。
2.探索人工智能算法、區(qū)塊鏈技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、機器學(xué)習(xí)技術(shù)在海量農(nóng)業(yè)智能傳感器數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的運用。
