国外农业物联网技术发展及对我国的启示

林契于宸
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随着信息技术和计算机网络技术的发展,物联网已经走进了农业生产的各个领域。国际电信联盟认为,物联网是通过智能传感器、射频识别(RFID)设备、全球卫星定位系统(GPS)等信息传感设备按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。近年来,随着现代农业自动化需求的不断增长和信息技术的发展,农业物联网在物理感知、数据传输、智能处理、应用服务等领域取得了重要进展。

近年来,世界农业物联网技术不断发展,在农业物联网感知技术、数据传输技术、智能处理技术等方面取得了很大的进展

一、农业物联网感知技术取得重要进展

随着传感技术、数字技术、互联网技术的快速发展,采用新材料、新机理、新工艺的新型传感器不断涌现,实现了高灵敏度、高适应性、高可靠性并向嵌人式、微型化、模块化、智能化、集成化、网络化方向发展。美、德、日等工业发达国家在传感器技术与制造工艺方面处于国际领先地位。从近两年国际工业展览会展出产品和国际知名厂商技术发展状况分析可以看出,传感器技术的发展趋势是:数字补偿技术、网络化技术、智能化技术、多功能复合技术。同时技术参数指标更加严格,制造工艺更加精细,补偿工艺更加完善外观质量更加精美。

从国际整体发展状况来看传感器技术主要有以下几方面的发展趋势:

一是本身变革的个方向:微型化、智能化和可移动性;

二是运用新原理、新结构、新材料,以实现微功耗、低成本、高可靠性等参数指标的提升;

三是研发更高技术和创新类产品,并重视产业化技术,如地震、飓风等自然灾害预报与监测类传感器产品。

(一)农业传感器微型化取得成效

纳米传感器有望为粮食问题做贡献。英国环境、食品和农村事务大臣希拉里本表示,纳米技术将具有真正的潜力,帮助满足人口快速增长的对世界粮食的需求,它不仅将使包装食品的保存时间大大延长,还能促使作物的生长。在美国还有多项试验考察研制纳米传感器,这种可植入牲畜体内的传感器能够在疾病感染整群牲畜之前将其检测出来。纳米技术在纳米水平上取得的新突破有助于研制出用于防止食品和饮料受到致命细菌污染或阻止氧气进人容器内的塑料包装。该技术还将用于丰富食品的营养并保持食品中通常会随时间流失的维生素含量。农民还可利用该项技术确保在恰当的时间为作物缓慢地释放化肥,积极探査来自病虫害或污染物的威胁。

美国制成新型生物传感器。美国普渡大学等机构的研究人员制成了新型生物传感器,能够探测出人体唾液和眼泪中极低的葡萄糖浓度。该项技术无需过于繁复的生产步骤,从而可降低传感器的制造成本,并可能帮助消除或降低利用针刺进行糖尿病测试的几率。相关研究论文发表在《先进功能材料》杂志上。新型生物传感器包括3个主要部分:石墨烯制成的纳米片层、铂纳米粒子和葡萄糖氧化酶。其中的纳米片仿效微小的玫瑰花瓣每片花瓣上均包含着多个堆叠的石墨烯层。花瓣的边缘也悬挂着不完整的化学键使铂纳米粒子可以附着在这里。纳米片和铂纳米粒子相结合能够形成电极,随后葡萄糖氧化酶也可附着在铂纳米粒子上。酶能将葡萄糖转化为过氧化物,并且在电极上产生一个信号。通常情况下在获得具有纳米结构的生物传感器成品前需要经历复杂的处理步骤,其中包括光刻、化学处理、蚀刻等。而这些纳米片花瓣的好处就是,它们能够在任一表面上生长,也无需经历这些步骤因此可称得上是商业化的理想选择。这种探测器能探测到浓度为0.3微摩尔的葡萄糖,比其他基于石墨烯、碳纳米管或金属纳米粒子等材质的电气化学生物传感器更为敏感。这项技术有望在农产品葡萄糖含量精确检测中推广应用。

(二)农业传感器智能化获得突破

德国开发出可闻出水果成熟度的仪器。德国弗劳恩霍夫分子生物学和应用生态学研究所日前发表公报说,该所研制了一种特殊的仪器其核心技术是用金属氧化物气敏传感器去检测水果释放出的特殊气味,最后分析判断出水果的成熟度。这种仪器的具体工作过程是,先用高分子分离柱将待测水果的气味提纯再让带有这一气味的气体通过温度达300-400°C的传感器,使其内的金属氧化物与气味进行反应最后仪器根据反映状态自动分析出水果的成熟度。初步试验显示,这种仪器与食品实验室中专用测量仪的检测效果一样精确。利用这种仪器,大宗水果批发商将可以直接在仓库中高效监测计划出售水果的成熟度。

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