纳米银柔性农用温度传感芯片设计与试验

柔性传感技术可拓展生态无人农场"机-物"感知与信息交互的应用场景。该研究利用喷墨打印技术制备了基于导电纳米银材料的柔性温度传感芯片,解析了聚二甲基硅烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)保护层对传感芯片灵敏度、重复性、稳定性及寿命的改进作用,并通过动植物体表、根际及极端温度动态监测验证了该传感器农用测温可行性。结果表明:PDMS保护层实现了对纳米银温敏层的防水保护,提升了传感器环境适应性及寿命;在零下18～100℃范围内的自制柔性温度传感芯片的测温灵敏度为0.330℃~(-1),测定误差小于0.6℃,稳定性达到0.02℃/min;典型农用测温场景下,柔性温敏芯片与高精度铂电阻测温结果的一致性较好,测温误差明显小于商用红外测温仪,均方根误差仅为0.108℃。纳米银柔性温度传感芯片可快速准确地获取待测对象的温度变化,具有良好的农业应用前景。     

改进AOA模式的大田农机无人驾驶导航参数检测系统设计

卫星导航、视觉导航和雷达导航的成本昂贵、系统构成复杂和适用作业场景有限,在生产特征呈现区域化、适度小规模和分布零散的国内南方水田难以实现便捷跨区域作业和无法适用多农业场景。针对上述问题,该研究以大田环境下无人驾驶农机的牛耕式往复作业路径模式为背景,提出了改进AOA(信号到达角度,Angle-of-Arrival)模式的农业机械无人驾驶导航参数检测系统。该系统采用UWB(超宽带通信,Ultra Wide Band)基站-标签作为检测传感器,设计了TBZ(田边双基站-车身纵向双标签)和TBH(田边双基站-车身横向双标签)2种传感器布置方式,实现农业机械无人驾驶过程中导航参数的快速精准检测。静态试验结果表明:对于2种传感器布置方式,在固定的基站间距和标签间距下,随着标签间距或基站间距的增大导航参数检测精度均有所提高,横向偏差检测误差≤8 cm,航向偏差趋近于0,但不大于1°,并通过正交组合试验方差分析明确了2种传感器布置方式的关键参数对横向偏差和航向偏差检测精度影响的显著性,确定了主次因素和较优参数组合。动态试验结果表明:随着车速增大,横向偏差和航向偏差的检测精度有所降低,横向偏差误差均不超过10 cm,航向偏差的检测误差均小于3°,变异系数均小于10%,说明动态环境下自主导航参数检测系统仍具有较高的检测精度,可满足农机大田自主导航作业需求。研究结果可为研制低成本、高精度和便捷的无人驾驶系统提供参考。     

碳点合成及用于检测汞离子的碳点荧光传感器研究进展

汞离子（Hg2+）是出现频率最高、毒性最强的重金属污染物之一,由于具有持久性、易迁移性、易富集性等特点,会严重破坏农作物的生长环境,影响农作物的发育,进一步威胁农产品的质量安全和人类身体健康。传统的Hg2+检测方法存在仪器耗资昂贵、操作要求高等局限。而荧光法操作简便,灵敏度高。其中,荧光探针是影响荧光分析性能的关键因素。碳点（CDs）具有制备简单、荧光效率高、生物相容性好等优点,基于CDs构建的荧光传感器在农业信息感知领域引起了广泛的关注。该研究主要综述了合成CDs的生物质来源及其构建的传感器在农业传感领域的应用,以及基于CDs构建的荧光猝灭型、荧光增强型、比率型荧光传感器在Hg2+检测方面的应用。分析了基于CDs构建的荧光传感器在农业传感领域的瓶颈问题及发展趋势,指出开发便携式设备实现Hg2+或多组分的同时、快速、可视化检测是本领域的发展方向之一。     

柔性可穿戴传感技术在智慧渔业中的应用进展

随着智慧渔业的发展,现代渔业中运用的先进传感设备越来越多。近年来,柔性传感技术凭借出色的可拉伸性和生物相容性,既良好地实现了刚性和植入型传感器的传感功能,又弥补了传统传感器体积重量大、生物不相容的缺陷,拓宽了传感器在渔业应用的范围,显示出巨大的应用潜力。该文系统地阐述了柔性传感装置使用的柔性材料、制造工艺、供能和通信系统,总结并分析了柔性可穿戴传感技术在鱼类运动监测、水环境监测、水产品质量检测3个方面的应用及其优缺点。最后,讨论了可穿戴设备在渔业应用中的机遇和挑战,认为其在低成本制备、多功能集成、新材料开发、应用场景的挖掘等方面具有较大的发展潜力,有广阔的应用前景,同时指出提高复杂条件下可穿戴设备传感的稳定性和可靠性、设计多参数一体化检测的微型传感系统、开发可靠的可穿戴设备自供电模块和拓展应用场景是柔性可穿戴技术在智慧渔业领域的重要发展方向。     

比率电化学传感技术在农产品真菌毒素检测中的研究进展

真菌毒素广泛存在于霉变农产品中,具有致癌、致畸、致突变等危害,受其污染的农产品已被世界卫生组织列为食源性疾病的主要来源,但农产品中真菌毒素检测存在基质复杂、灵敏度要求高等难题。电化学传感技术操作简单、成本低、灵敏度高以及分析速度快,在农产品真菌毒素检测中应用广泛,而将比率策略与电化学传感结合发展的比率电化学传感技术可以进一步提高传感器在复杂环境中的分析准确度和可靠性。该研究主要从直接传感、免疫传感、DNA传感及适配体传感等4个方面综述了近3年来（2018－2021年）比率电化学传感技术的研究进展,系统讨论了它们的信号产生策略、传感机理及其在农产品真菌毒素检测方面的应用,总结了不同传感模式中所用识别元件、传感材料、实际样品及检测真菌毒素的分析性能,并讨论了不同传感模式的优缺点。最后,分析了比率电化学传感技术在农业传感领域的瓶颈问题,如识别元件的开发,多种真菌毒素的同时检测,农产品的现场、实时检测等,指出开发便携式设备实现不同真菌毒素的现场、同时、快速检测是本领域的重要发展方向,以期为农产品中真菌毒素高效检测技术提供参考。     

基于无源超高频RFID的农产品包装智能定位方法

射频识别（radio frequency identification,RFID）技术为工业物联网（industrial internet of things）带来了巨大的进步,作为实现智能仓储的关键技术之一,广泛应用于库存管理和智能定位等场景,然而现有的绝对/相对定位方法易受仓储环境、包装材料、货架材质等因素影响。为了进一步提升室内定位精度,该研究提出了一种基于接收信号强度指示器（receive signal strength indicator,RSSI）和测量相位融合的无源RFID定位方法（RFID positioning based on received signal strength indicator and phase measurement, RP-RaP）。首先,使用MATLAB 软件进行仿真模拟,在已知测量相位统计学分布的前提下,采用最大似然估计法对标签进行水平定位,同时基于双天线阅读器所测得的RSSI差值对标签进行垂直定位,实现了无源超高频RFID标签的水平和垂直定位仿真。其次,以农产品包装场景为例,在仓库中搭建射频定位测试系统,通过滑轨搭载射频阅读器及天线,对货架物品上的贴附标签进行水平和垂直定位分析,最后将无源标签分别贴附于金属盒、油桶、纸箱、面粉袋和大米袋,并以未贴附标签的测量结果作为对比。试验结果表明,与传统的室内定位算法LANDMARC相比,RP-RaP定位精度明显提升,平均水平和垂直定位精度分别达到94.6%和94.3%,基于接收信号强度指示器和测量相位融合的定位方法有效提升了农产品包装定位精度。研究结果可为大型农产品仓储智能化管理与应用提供参考。     

果树无线射频标签不同悬挂方式对读取率的影响

无线射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）可作为单株果树标识的合适选择,但其悬挂位置对读取率具有重要影响。该文通过在山东某苹果园搭建测试环境,分别测试了RFID标签与读写器天线不同距离（条件1）、标签悬挂于果树不同垂直高度（条件2）与水平距离（条件3）及果树遮挡（条件4）4个处理条件下的读取成功次数。结果表明随着标签与读写器天线之间的距离增大其读取成功次数降低,在2.0?m范围内其读取效果较好,但在3?、3.5?m时读取率下降显著,读取率不到50%;在垂直高度（条件2）和水平位置（条件3）下,标签离天线平面中心线越远其读取成功次数越低;而在不同遮挡（条件4）情况下,叶遮挡的读取成功次数＞枝遮挡的读取成功次数＞果遮挡的读取成功次数。基于应用测试结果,在对单株果树进行悬挂RFID标签时,应尽可能选择离行间近的侧枝上、离地距离约1.2～1.4?m、面向行间且无遮挡的地方。     

基于拉力传感监测的富营养化水体释放气体速率的测定方法

该文提出了一种采用拉力传感设备监测富营养化水体释放气体速率的测定方法,通过拉力传感设备全天候实时标定富营养水体释放气体质量数据,并采用服务器通过无线传感网络采集气体质量数据并标定每条气体质量数据的时间坐标。试验结果表明,该测定方法能够检测出高温光照充足环境下水体近光层气体释放速率范围为57~539 g/(m2·h),低温无光照环境下气体释放范围为49~280 g/(m2·h),从而测定了富营养水体近光层释放气体量随时间的变化特性和气体释放速率与环境光照及温度的相关性。同时,分时段气体释放速率为富营养化水体N2O、N2通量的测定提供了准确有效的数据基础。     

电子鼻与电子舌在食品检测中的应用研究进展

随着嗅觉与味觉传感器技术的发展，电子鼻与电子舌技术在食品检测中得到了不断研究与应用。电子鼻由气敏传感器、信号处理和模式识别系统等功能器件组成。电子舌是用类脂膜作为味觉传感器，以类似人的味觉感受方式检测味觉物质。着重阐述了电子鼻与电子舌技术的结构组成，重点介绍了其在食品新鲜度检测、果蔬成熟度评价及饮料、酒类识别等轻工业中的应用现状与发展趋势，并指出了这些信息新技术实现过程中所需要解决的问题。     

多传感器信息融合技术及在农业工程中的应用前景

多传感器信息融合技术是20世纪80年代形成和发展起来的一种自动化信息综合处理技术，具有改善系统性能的巨大潜力。该文介绍了近年来多传感器信息技术在智能检测、智能制造、工业控制、工业机器人、智能交通、遥感以及农业工程等方面的应用研究与进展。特别指出了在农业工程领域中的应用前景广阔，目前可逐步应用于智能检测与控制系统、生产过程监视、精确农业技术、农业资源和农业环境的观测及监控方面，其将为农业生产的信息化和知识化提供技术上的支持。     

边缘计算在智慧农业中的应用现状与展望

互联网技术快速发展使得数据量剧增,云计算的数据集中处理模式存在实时性不足、能耗过高以及数据安全等一系列问题。边缘计算是在靠近数据源端执行计算的分散处理模式,与云计算相比具有低延迟、低成本、安全性高、个性化设计等优势。随着智慧农业迅速发展,结合深度学习的农业应用屡见不鲜,如作物病害检测、生长环境监测、作物自动采摘、无人农场管理等,边缘计算可以为农业多场景、复杂任务提供高效、可靠的新型数据处理方案。该研究概述了边缘计算的发展,计算架构及主要优势;介绍了边缘计算在农业中的应用背景,结合文献量分析,归纳了边缘计算在农业上的主要应用场景及相关智能农业装备,调研了现有常用边缘计算设备及性能参数,总结了适合边缘计算的主流深度学习算法及模型压缩方法。研究表明边缘计算在智慧农业中的应用有效促进了农业的数字化、智能化,未来在多场景、多功能边缘计算智能农业装备开发等领域将面临重大挑战和机遇。     

生态无人农场模式探索及发展展望

中国的农业生产建立在过量农药化肥投入的基础上,导致农田生态环境失衡,不利于农业的可持续发展,同时,农业劳动力短缺问题日益凸显,寻求一种生态化、高效化、智慧化的农业模式势在必行。基于多年的实践与探索,该文作者团队在山东淄博落地建成了中国首个生态无人农场,提出了"生态无人农场"的模式与发展理念。文章总结出农药、化肥和土壤耕作制度对农田生态系统造成的不利影响最为明显,提出通过一系列无人化作业手段与模式对农田生态系统进行生态化管理与改造,来实现农业生产的可持续发展。在此基础上,通过天空地一体化农情信息获取、地空一体化无人机群协同作业以及构建能够完全自主决策的智慧云大脑的技术集成创新模式,来实现农田信息的自动采集和处理、科学决策以及无人农机的远程控制等功能。文章对生态无人农场关键技术与模式进行了总结论述,提出了生态无人农场模式的实施内涵,以期为未来农业、智慧农业的发展以及推进农业农村现代化高质量发展提供借鉴。     

农业物联网技术应用及创新发展策略

农业是物联网技术应用的重点领域之一,也是物联网技术应用需求最迫切、难度最大、集成性特征最明显的领域。该文对农业物联网国内外技术应用现状、存在的问题以及农业领域关键应用环节进行了深入分析,在此基础上提出了农业物联网未来技术发展重点以及对策措施。农业物联网未来技术发展重点:农业物联网信息感知与识别技术,农业物联网自组织网络部署与信息传输技术,农业物联网自组织网络部署与信息传输技术,农业物联网安全监管与服务质量保障技术。农业物联网对策措施:加强农业物联网技术规范研究,加强核心关键技术产品研发,加强农业物联网技术集成平台建设,加强农业物联网产品设备检测,加强农业物联网应用布局,进一步优化和完善政策环境。该研究为中国农业物联网可持续发展提供决策参考。     

日本以农协为主推进智慧农业发展经验及对中国的启示

日本农业面临严峻的农业人口老龄化与农业人口减少的问题,且以小型田块和山地耕地居多,农业劳作不便。为了解决上述问题,保障粮食供应,振兴地方经济,日本正大力发展智慧农业。日本农协协助制定了新的农业基本法以及农林水产信息化战略以支持农业的发展,并在农业机械自动化、农用信息系统、农村网络改造、农用航空、植物工厂等方面开展了大量的科技创新与应用,推动了日本现代农业的发展,日本以140.4万人且主体为老龄人口的核心农户实现了近1.3亿人口的主要粮食自给自足。日本农协多层级、多部门、全方位覆盖农业流程的服务,为智慧农业的落地助力。纵观日本智慧农业的发展历程与成效,借鉴其成功经验,对中国农业发展提出如下建议：应当创新农业体制机制,打通信息、人力、资源的流通渠道;优化农村营商环境,发挥好地方、高校、企业等不同主体的优势,立足乡村振兴角度对智慧农业技术进行长期的实证化研究;借鉴日本农协在农业生产、销售、推广、管理上的经验,因地制宜,积极探索,夯实根基,有助于推进中国乡村全面振兴,加快农业农村现代化和建设智慧农业强国。     

基于物联网的温室大棚环境监控系统设计方法

目前农业物联网通信协议尚不统一。为了更好地封装和传输农业信息,提出一种适用于农业物联网的通信协议AGCP(agricultural greenhouses communication protocol)。利用AGCP协议结合物联网架构完成了基于物联网架构的农业大棚监控系统的设计,重点完成了感知层中协调器和节点终端的信息采集以及设备控制的软硬件设计,并详细设计了光照控制模块、温度控制模块和灌溉控制模块,最后进行了系统测试和分析。试验表明,该系统能有效监测温室大棚的空气温度、湿度、二氧化碳以及土壤湿度等农业环境信息,并能进行相应设备的自动控制,验证了AGCP协议在农业物联网的有效性以及构建系统的可行性。     

氮肥高效施用在低碳农业中的关键作用

低碳农业是我国集约化农业发展的必然趋势。深入理解氮肥高效施用是实现低碳农业的关键,可以更加明确如何集成优化农业管理措施增加产量、减少农田生态系统碳排放、提高土壤固碳效应,综合实现固碳、减排、增产的低碳农业发展目标。本文概述了低碳农业评价指标的三个阶段性研究特点,从田间温室气体排放的综合温室效应拓展为涵盖固碳效应的净温室效应,再拓展为涵盖生命周期评价碳排放的综合净温室效应以及兼顾作物产量的温室气体强度。提出了如何利用当季作物试验来估算农田生态系统净碳收支、结合生命周期评价当季作物综合净温室效应和单位产品温室气体强度的方法。按照现阶段低碳农业的评价指标,以我国稻–麦轮作生态系统集约化生产的低碳农业模式为案例,解析氮肥施用在低碳农业各组成包括作物产量、固碳效应、CH₄和N₂O排放、农业措施碳排放中的重要作用,明确氮肥高效施用在农田生态系统综合净温室效应和温室气体强度中的关键作用,从而实现低碳农业可持续发展。     

中国农业信息化技术发展现状及存在的问题

围绕农业传感器技术、精细农作技术、农业机器人技术、农业物联网技术和农业信息服务技术五大方面,对农业信息化前沿技术的发展态势进行了分析,同时探讨了中国农业信息化前沿技术发展存在的问题并提出了相应的建议。研究表明,农业传感器技术是农业信息获取与信息化的基础,精细农作技术代表了当今农业装备的先进水平,农业机器人技术是未来农业智能装备的重要方向,农业物联网技术是农业监管与质量监控的有效手段,农业信息服务技术则愈来愈聚焦农业信息服务中的云存储、云计算、云服务和移动互联的关键技术问题。     

设施农业能源互联网智能预警理论：评述与展望

农业信息化与电气化是现代农业发展的必由之路,建设能源驱动的现代设施农业成为防范农业气象灾害的一种有效途径。然而,农业环境监控系统与供能系统的运行和管理相互割裂,无法应对温室停电、农电负荷过载等连锁风险。因此,该文将农业科学、信息科学与电力科学相关理论融合,考虑设施农业环境、农作物和能源系统状态,从系统科学的角度出发研究人工智能在农业工程和电力工程交叉学科的应用,对基于多源数据融合的设施农业能源互联网智能预警理论进行评述与展望。该研究可为保障设施农业的安全生产,推动智慧农业技术与农业智能装备的升级和发展,实现农业园区的信息化和电气化提供参考。     

世界主要国家精准农业发展概况及对中国的发展建议

中国是一个农业生产和消费大国,同时也面临着投入产出比率相对较低、环境污染等一系列问题,尤其在国际形势变化、自然灾害频发的背景下,中国传统农业生产方式亟需转型升级。在人工智能、物联网、云平台等新兴技术的带动下,精准农业孕育而生,成为了全球农业实现绿色、高产的有效途径。该文瞄准世界精准农业发展较好的发达国家和地区,通过文献梳理和总结,凝练出政府引导、信息化建设、科技支撑、新型农民培育等发达国家和地区发展精准农业的成功经验。在此基础上,着眼于中国大田种植,分析中国发展精准农业的基础,从农田配套设施及信息化建设、农业信息获取、自动变量作业系统及装备等方面充分认识中国发展精准农业的薄弱环节。该文旨在厘清中国精准农业的发展方向,借鉴国际经验,提出中国精准农业今后的发展建议,如强化政府组织领导作用、加强基础设施和信息化建设、聚焦核心技术研发、培养新型农业人才、分区域试点示范。     

农业干旱遥感监测指标及其适应性评价方法研究进展

在利用遥感数据进行长时间、大范围农业干旱遥感监测过程中,如何针对不同区域、不同作物生长阶段选取最合适的监测指标,对于及时、准确地评估干旱对作物生长的影响,实现合理水资源调度和有效抗旱减灾决策都具有重要意义。该文以遥感监测农业干旱的适应性为论述主线,对常用的农业干旱遥感监测指标及其适应性评价方法,从4个方面进行了系统归纳总结:1)国内外农业干旱监测适用的遥感卫星数据源;2)监测农业干旱适用的光谱敏感波段;3)农业干旱遥感监测指标自身的适用性与局限性;4)农业干旱遥感监测指标适应性的评价方法。在此基础上,指出今后在农业干旱遥感监测指标及其区域适应性研究中,需综合考虑作物与其生长环境之间的关系;增加光谱信息,降低遥感数据获取过程中的信噪比;选择农业干旱遥感监测指标适宜的时空尺度;重点解决部分植被覆盖时,如何选择合适的监测指标;加强高光谱技术在精细农业干旱遥感监测指标反演中的研究;进一步在机理上发掘监测指标自身的敏感性和适应性等6个方面的问题及发展趋势。