唐珂:国外农业物联网技术发展及对我国的启示

  美国科罗拉多大学的科学家日前研制出智能微芯片,可置于植物叶片上,这种智能芯片类似夹式耳环,比邮票还要轻薄,贴在植物叶片上,当植物需要水时,会向农户的手机发送信息需求。采用此法可以省水省时省钱,可减少植物生长所需的10%-40%的水量,每年为农户节省几千美元。

  (三)农业传感器可移动化成为主流方向

  韩国研究人员日前宣布,他们发明了一种小型生物芯片传感器,可快速、准确地对食品和环境污染进行检测。韩国生命科学和生物技术研究所的研究人员研发的生物芯片传感器利用表面等离子共振技术,即通过接收被扫描物体表面反射的激光共振信号来辨别分子层的结构,从而检测被测对象的DNA和蛋白质是否受到污染。这种便携式新型装置可进行“即时检验”,大大提高了检测效率。

  美国专家研究RFID和传感器保障农业食品安全。美国几家大学组成的研究团队在美国农业部国家食品安全资金项目支持下,预计用3年时间研究采用感应器追踪供应链中多叶绿色蔬菜温湿度状况。研究人员将在运输卡车内的农产品货箱里安装感应器,监测温湿度水平,波动的发生时间以及它们如何对零售的农产品上的大肠杆菌或其他病原体的产生可能造成的影响。研究人员还希望利用研究结果为包装、配送专业人士提供培训,通过监测运输和配送过程中的新鲜食品,防止食源性致病菌的产生。

  从国外传感器产业化技术成熟性角度分析来看,主要呈现出以下主要发展特征:

  第一,重视基础技术、基础工艺和共性关键技术的研究,保证基础技术与基础工艺处于世界领先地位。

  第二,重视制造工艺技术和装备研究与应用。配置优良的工艺装备和检测仪器,特别是智能化工艺设备确保工艺装备的先进性。

  第三,重视新产品和自主知识产权产品的开发,增强核心竞争力。瞄准全球传感器技术和市场的发展潮流与战略前沿,确定研究课题和产品开发方向。

  第四,重视传感器的可靠性设计、控制与管理,严格设计符合性控制和工艺可靠性控制,有效地提高产品生产成品率。

  第五,重视市场竞争,加强市场调查与分析,快速响应市场。注重市场竞争中的个性化服务特色,响应及时,品质优良,性价比高。

  第六,重视产品技术标准熟悉系统信息采集过程中,上下游接口联接的各项标准的完整性、统一性、协调性。

  正因为如此,国外传感器产品品种繁多,规格齐全,集成化与模块化结构性能强,产品内在与外观质量并重。市场配套与服务能力较强,不断把新技术运用和市场竞争推向新的高度,使同类产品不仅具有在灵敏度、精度、稳定性和可靠性等指标上的竞争,在新材料应用、生产制造工艺与产业化技术水平上,也同样形成了明显的竞争优势。

  二、农业物联网数据传输技术快速提高

  无线传感网节点作为一种微型化的嵌入式系统,具有端节点和路由双重功能:一方面实现数据的采集和处理;另—方面将数据融合经多条路由传送到路由节点,最后经互联网或其他通信网络传送到观察者。

  (一)传感、计算、通讯集成的数据传输技术得到发展

  国际上,无线传感网节点经过COTS、weC、Rene、Dot、Mica、Spec几代的发展,目前Spec所有器件都集成在CMOS芯片中,实现了传感、计算和通讯功能。而Mica系列节点和Telo节点应用最为广泛,如大鸭岛海燕生活习性和栖息地环境的监测,红杉树微气候环境监测都采用了Mica系列节点,用于采集温度、湿度、大气压强、声音和光照等信息。目前许多研究机构在构建低带宽数据采集的应用中都采用了这两种节点作为硬件平台。

  美国加州大学伯克利分校将若干节点布置在一棵红松上用于观测红松的生长状况。因特尔在俄勒冈州建立了世界上第一个无线葡萄园,无线传感器网络分布在葡萄园中,每隔一分钟检测一次土壤温度,监测节点区域的温度或该地区的有害物质数量,确保葡萄健康成长。劳尔·莫赖斯(RaulMorais)等开发了一种ZigBee多电源供电的无线装置,用以在葡萄园中协助对葡萄白粉病的预测。该系统使用JN5121作为通信模块,为解决传感器节点的能量消耗问题,采用风能、水能、太阳能供电,但也因此造成节点体积过大,不便于安装。洛佩斯·里克尔梅(LopezRiquelme)等在西班牙南部半干旱地区穆尔西亚的生态园艺企业内进行了WSN部署试验,采用3种不同类型节点部署方案在生态园中用于监测土壤质量(含水量、温度)、作物生长环境(空气温湿度)、水质(盐度、温度)王宁(NingWang)等将无线传感器网络在精细农业中的应用概括成了4个方面:空间数据采集、精准灌溉、变量作业、提供数据给农民。