農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課件 第2章 物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)信息感知

物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)信息感知第2章2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用2.2拉曼光譜技術(shù) 2.3射頻識(shí)別技術(shù)（RFID） 2.4二維碼技術(shù) 2.5無(wú)線視頻監(jiān)控 2.6北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)2.7遙感技術(shù)（RS） 2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用2.1.1傳感器概述1.傳感器的概念傳感器是一種裝置，主要功能是將信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以便進(jìn)行處理和分析。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路。敏感元件直接獲取物體信息，轉(zhuǎn)換元件將這些信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路則對(duì)電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，輸出可供后續(xù)應(yīng)用的信號(hào)。同時(shí)，轉(zhuǎn)換元件和信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路需要電量供給，通常由輔助電源提供。傳感器的組成如圖2-1所示。圖2-1傳感器的組成2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用傳感器的分類(lèi)方法眾多，用途、工作原理、輸出信號(hào)、制造工藝等都可以作為其分類(lèi)方式，較常用的分類(lèi)方式如表2-1所示。表2-1傳感器分類(lèi)2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用2.傳感器的數(shù)據(jù)處理和傳感器校準(zhǔn)1）傳感器數(shù)據(jù)處理傳感器感知到信息后，會(huì)依照設(shè)定的規(guī)則，把這些信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再進(jìn)行輸出。主控設(shè)備接收到信號(hào)后對(duì)其進(jìn)行處理分析，提取有價(jià)值的數(shù)據(jù)，再通過(guò)其他方式傳送這些數(shù)據(jù)。2）傳感器校準(zhǔn)傳感器校準(zhǔn)指的是在明確傳感器輸入與輸出關(guān)系的基礎(chǔ)上，使用標(biāo)準(zhǔn)儀器標(biāo)定傳感器，其內(nèi)容包括傳感器的工作特性、環(huán)境特性、物理與幾何參數(shù)等。將標(biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)生的已知量作為被標(biāo)定傳感器的輸入，將所得輸出量與輸入量作比較，即可了解傳感器的性能。傳感器的校準(zhǔn)流程如圖2-2所示。圖2-2傳感器校準(zhǔn)流程2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用3.傳感器選擇傳感器性能受到多方面因素的影響，包括精度誤差、穩(wěn)定性、可靠性、參數(shù)一致性、量程范圍等。環(huán)境檢測(cè)對(duì)傳感器性能有高要求，不同區(qū)域的影響也不同。此外，環(huán)境因素如溫濕度變化、雷雨降水、鹽霧腐蝕、雷擊靜電以及其他干擾因素都會(huì)影響傳感器的監(jiān)測(cè)結(jié)果。傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)還與數(shù)據(jù)處理電路和傳輸電路相關(guān)。若不經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)處理，萬(wàn)元傳感器與幾百元傳感器性能相近。由于受外界因素影響，監(jiān)測(cè)性能不可靠，缺乏實(shí)用價(jià)值。當(dāng)前我國(guó)市場(chǎng)上大多數(shù)傳感器存在這類(lèi)問(wèn)題，屬于三無(wú)器件：無(wú)計(jì)量校準(zhǔn)測(cè)試、無(wú)第三方性能測(cè)試報(bào)告、無(wú)認(rèn)證報(bào)告和數(shù)據(jù)。因此，這類(lèi)傳感器難以滿(mǎn)足應(yīng)用需求。2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用2.1.2傳感器產(chǎn)業(yè)1.傳感器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)傳感器的需求巨大，市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)數(shù)百億元。然而，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的傳感器普遍存在靈敏度、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性等問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)法滿(mǎn)足需求。主要原因包括國(guó)產(chǎn)傳感器在可靠性和穩(wěn)定性方面與國(guó)外產(chǎn)品差距較大，缺乏電子產(chǎn)品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)積累。此外，我國(guó)在校準(zhǔn)和處理傳感器誤差方面的技術(shù)水平較低，導(dǎo)致傳感器性能差，不能準(zhǔn)確感知外部信息。國(guó)內(nèi)制造傳感器所使用的材料和工藝相對(duì)滯后，缺乏MEMS技術(shù)、納米技術(shù)等應(yīng)用。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在通信技術(shù)研究方面較為滯后，例如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，發(fā)達(dá)國(guó)家具有明顯優(yōu)勢(shì)。2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用2.傳感器產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題及解決策略（1）科技成果轉(zhuǎn)化率較低，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)薄弱。農(nóng)業(yè)傳感器市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)檻高，技術(shù)水平和開(kāi)發(fā)程度滯后，資源配置不足，導(dǎo)致企業(yè)難以支撐長(zhǎng)時(shí)段和高失敗率的傳感器研發(fā)，從科技成果轉(zhuǎn)入產(chǎn)業(yè)應(yīng)用困難。（2）對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴(lài)程度高。傳感器企業(yè)研發(fā)不足，高度依賴(lài)進(jìn)口芯片，多模仿引進(jìn)其他相關(guān)技術(shù)，尤其在農(nóng)業(yè)級(jí)傳感器方面。國(guó)內(nèi)傳感器整體技術(shù)水平、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性等待提升。（3）市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不足。我國(guó)傳感器市場(chǎng)需求大，但國(guó)產(chǎn)傳感器只滿(mǎn)足一小部分需求。約有2000家從事傳感器研究的企業(yè)，僅少數(shù)在特定領(lǐng)域占優(yōu)勢(shì)，專(zhuān)業(yè)化企業(yè)不足3%。缺乏引領(lǐng)企業(yè)和國(guó)際品牌，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域主要依賴(lài)國(guó)外傳感器產(chǎn)品。（4）成本優(yōu)勢(shì)不明顯。國(guó)內(nèi)傳感器生產(chǎn)成本高，多數(shù)產(chǎn)品低端。提升技術(shù)水平需要進(jìn)行工藝研發(fā)，資金需求大；在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)，收益稀缺，甚至虧損。傳感器生產(chǎn)成本供給不足，許多廠家未實(shí)現(xiàn)傳感器的機(jī)械化裝配，產(chǎn)能低，規(guī)模效益有限。（5）行業(yè)不被重視。傳感器是智能感知的前端，對(duì)智能化建設(shè)至關(guān)重要，應(yīng)受到充分重視。然而，實(shí)際情況與此相反。在20世紀(jì)80年代初，國(guó)家科委曾就是否將傳感器技術(shù)納入信息技術(shù)范圍組織專(zhuān)家討論，但最終因體量太小而否決。目前傳感器產(chǎn)業(yè)有所改善，但未能根本釋放其發(fā)展?jié)摿?，效果甚微。?）融資困難。傳感器在智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領(lǐng)域不可或缺，但傳感器產(chǎn)業(yè)未隨著智能制造、人工智能產(chǎn)業(yè)的崛起而發(fā)展，主要因?qū)ζ淙狈ψ銐虻闹匾?，投資界反應(yīng)平平。國(guó)家對(duì)傳感器產(chǎn)業(yè)扶持政策有限，也影響了投資的判斷與選擇。2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用為了改變國(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)相對(duì)落后的局面，可從以下幾方面入手：（1）政策與管理方面。政府強(qiáng)化傳感器產(chǎn)業(yè)支持，鼓勵(lì)增加研發(fā)投入，構(gòu)建完善的產(chǎn)業(yè)鏈和上下游機(jī)制，促使研發(fā)成果實(shí)際應(yīng)用。建立全面的傳感器產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度，打擊侵權(quán)，保護(hù)研發(fā)人員權(quán)益。加強(qiáng)整體管理，確定主要管理部門(mén)，避免多頭管理弊端。（2）資金方面。國(guó)家設(shè)專(zhuān)項(xiàng)資金支持傳感器產(chǎn)業(yè)化，重點(diǎn)支持特定工藝和技術(shù)研究與轉(zhuǎn)化，并可適度減免稅收。（3）行業(yè)方面。制定行業(yè)戰(zhàn)略和規(guī)范是傳感器產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。支持龍頭企業(yè)，建立示范區(qū)，促進(jìn)集聚與效應(yīng)。樹(shù)立國(guó)際化意識(shí)，建設(shè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，研發(fā)具競(jìng)爭(zhēng)力的中國(guó)傳感器。提升產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與鏈條，全面提高傳感器行業(yè)整體能力。（4）技術(shù)與人才方面。培養(yǎng)傳感器人才，增加技術(shù)研發(fā)投入，創(chuàng)造良好研發(fā)環(huán)境。通過(guò)人才培養(yǎng)計(jì)劃，在高校設(shè)立傳感器相關(guān)課程。強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)服務(wù)，提供市場(chǎng)推廣、技術(shù)信息。促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，建立國(guó)家級(jí)傳感器實(shí)驗(yàn)室推動(dòng)自主創(chuàng)新。建立產(chǎn)業(yè)化基地，形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟推動(dòng)技術(shù)轉(zhuǎn)化與推廣。2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用2.1.3農(nóng)業(yè)傳感器農(nóng)業(yè)傳感器是發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)完整信息鏈必不可少的設(shè)備。1.農(nóng)業(yè)傳感器類(lèi)型農(nóng)業(yè)傳感器主要有環(huán)境監(jiān)測(cè)類(lèi)傳感器和生命信息感知傳感器兩類(lèi)。環(huán)境監(jiān)測(cè)類(lèi)傳感器主要用于感知與水體（如溶解氧、氨氮、pH、水溫、電導(dǎo)率、濁度）、土壤（如水分、電導(dǎo)率、肥力）、氣象（如太陽(yáng)輻射、空氣溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、降水量）等相關(guān)的信息；生命信息感知傳感器檢測(cè)植物元素信息、畜禽生長(zhǎng)體征信息（如體溫、血壓、脈搏）等，為分析生物生長(zhǎng)狀況提供數(shù)據(jù)。2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用2.農(nóng)業(yè)傳感器現(xiàn)狀水產(chǎn)養(yǎng)殖中的農(nóng)業(yè)傳感器應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)興起，水產(chǎn)養(yǎng)殖引入了農(nóng)業(yè)傳感器，特別是水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備。這些漁業(yè)傳感器監(jiān)測(cè)生物生長(zhǎng)關(guān)鍵指標(biāo)，如溶解氧、水溫、pH等。然而，它們?cè)谒a(chǎn)養(yǎng)殖中的實(shí)際應(yīng)用存在問(wèn)題。首先是成本價(jià)格。這些傳感器是高精密儀器，大多從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，尤其在成本敏感的水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，限制了其使用。以養(yǎng)殖最需的溶氧探頭為例，權(quán)威品牌一支1萬(wàn)元以上，全套2～3萬(wàn)元，對(duì)畝產(chǎn)純收入不足3千元、年純收入數(shù)萬(wàn)元的養(yǎng)殖戶(hù)來(lái)說(shuō)，傳感器價(jià)格較高，難以推廣使用。其次是行業(yè)性。當(dāng)前的農(nóng)業(yè)傳感器沒(méi)有專(zhuān)為水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)設(shè)計(jì)，因而在使用時(shí)存在差異。例如，哈希溶氧采用熒光法檢測(cè)，適用于自來(lái)水廠和污水處理廠，但在水產(chǎn)養(yǎng)殖中容易受到藻類(lèi)和青苔的影響，影響水質(zhì)檢測(cè)效果。2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用另外是穩(wěn)定性。養(yǎng)殖行業(yè)傳感器供需矛盾。一些國(guó)內(nèi)廠家為養(yǎng)殖研發(fā)專(zhuān)用傳感器，國(guó)產(chǎn)高端水質(zhì)傳感器價(jià)格下降。然而，許多傳感器在初期相對(duì)準(zhǔn)確，但后期數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差。最后是維護(hù)問(wèn)題。傳感器需要定期維護(hù)，不慎會(huì)導(dǎo)致探頭損壞，增加額外維修費(fèi)用。不維護(hù)則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。因此，需要縮短維護(hù)周期，降低難度，以減少維護(hù)成本。以上問(wèn)題未解決，難以推動(dòng)養(yǎng)殖戶(hù)大規(guī)模使用傳感器，更無(wú)產(chǎn)業(yè)化。但值得注意：（1）潛在用戶(hù)需求大，隨物聯(lián)網(wǎng)興起，智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)迅速發(fā)展。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵，對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)需求巨大，是推動(dòng)漁業(yè)用傳感器發(fā)展的前提。（2）研發(fā)時(shí)間成本和資源整合是挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)起步晚，創(chuàng)新能力弱，但整合資源可快速推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。（3）剛開(kāi)始起步，水產(chǎn)養(yǎng)殖適用高性?xún)r(jià)比傳感器空白，吸引更多企業(yè)和資源參與研發(fā)。（4）打通產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)行業(yè)良性循環(huán)。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)核心，瓶頸，突破將帶來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)，2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用3.國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)傳感器對(duì)比國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的傳感器在性能水平及產(chǎn)業(yè)化程度方面存在不足，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：（1）與進(jìn)口傳感器相比，我國(guó)傳感器的監(jiān)測(cè)精度較低，通常僅有一種功能，易發(fā)生故障，性?xún)r(jià)比較低。（2）缺乏完善的通信技術(shù)支持，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)未能滿(mǎn)足通信需求，限制了傳感器覆蓋范圍和監(jiān)測(cè)精度的提升。（3）傳感器監(jiān)測(cè)參數(shù)有限，無(wú)法滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)多樣化數(shù)據(jù)的需求，僅能完成簡(jiǎn)單監(jiān)測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化監(jiān)測(cè)。（4）傳感器校準(zhǔn)技術(shù)不成熟，未能有效確定、分析誤差并消除，需要解決這一問(wèn)題。（5）缺乏電磁兼容、環(huán)境可靠性測(cè)試應(yīng)用，未建立統(tǒng)一的傳感器安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。（6）傳感器制造工藝基礎(chǔ)薄弱，需要開(kāi)發(fā)基于納米技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)（MEMS）的傳感器，優(yōu)化體積、功耗和可靠性等。2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用4.農(nóng)業(yè)傳感器應(yīng)用（1）育苗育種。為提高作物種苗培育成功率，通常使用傳感器監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、光照強(qiáng)度等，以實(shí)現(xiàn)科學(xué)調(diào)控培育環(huán)境。同時(shí)，還可以應(yīng)用生物傳感器和基因工程技術(shù)培育優(yōu)良品種。（2）種植養(yǎng)殖。在農(nóng)作物種植中，傳感器用于采集環(huán)境和生長(zhǎng)相關(guān)信息，如離子敏傳感器測(cè)量土壤成分，傳感器獲取農(nóng)作物信息判斷成熟度，養(yǎng)殖中監(jiān)測(cè)環(huán)境、生物生長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量等。（3）農(nóng)業(yè)機(jī)械。農(nóng)機(jī)配備傳感器，如智能收割機(jī)可自動(dòng)調(diào)節(jié)高度、去除雜質(zhì)，智能節(jié)水灌溉設(shè)備可自動(dòng)調(diào)控灌溉，智能機(jī)器人可獨(dú)立完成農(nóng)業(yè)作業(yè)，提高工作效率。（4）農(nóng)產(chǎn)品分類(lèi)與儲(chǔ)藏。農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分級(jí)也需要用到傳感器，通過(guò)傳感器測(cè)定產(chǎn)品中某些成分的含量，依據(jù)所得數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分類(lèi)。儲(chǔ)藏農(nóng)產(chǎn)品時(shí)利用傳感器監(jiān)測(cè)儲(chǔ)藏環(huán)境、識(shí)別變質(zhì)產(chǎn)品。2.2拉曼光譜技術(shù)1.拉曼光譜技術(shù)拉曼光譜技術(shù)是一種用來(lái)檢測(cè)物質(zhì)結(jié)構(gòu)成分的技術(shù)，它以拉曼光譜效應(yīng)為基本原理，通過(guò)檢測(cè)光譜特性來(lái)分析物質(zhì)特征，以比對(duì)拉曼光譜間的差異實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物質(zhì)的辨別。在激光技術(shù)、儀器學(xué)、光譜學(xué)等的研究不斷深化的同時(shí)，拉曼光譜技術(shù)的功能也變得更加多樣化，發(fā)展出了表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)(Surface-EnhancedRamanSpectroscopy，SERS)、共振拉曼光譜技術(shù)(ResonanceRamanSpectroscopy，RRS)、共焦顯微拉曼光譜技術(shù)（ConfocalRamanSpectroscopy，CRS）、傅里葉變換拉曼光譜技術(shù)（FourierTransformRamanSpectroscopy）等。現(xiàn)在拉曼光譜技術(shù)已廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)、石油化工、物證鑒定、污染檢測(cè)、農(nóng)業(yè)檢測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域，為各行業(yè)發(fā)展提供分子結(jié)構(gòu)方面的信息。2.2拉曼光譜技術(shù)2.拉曼光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用拉曼光譜技術(shù)可用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知，無(wú)需樣品預(yù)處理，快速檢測(cè)，廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和安全檢測(cè)。拉曼光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括：（1）農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測(cè)。拉曼光譜技術(shù)可高效、便捷識(shí)別各類(lèi)農(nóng)藥，提升檢測(cè)的細(xì)致性和準(zhǔn)確性，有助于防止不合格的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。在農(nóng)藥殘留檢測(cè)中，傅里葉拉曼光譜技術(shù)和表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)常被使用。（2）畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)。畜產(chǎn)品拉曼光譜檢測(cè)研究涵蓋多方面，如結(jié)合拉曼光譜與主成分分析技術(shù)，差異化鑒別香腸來(lái)源；應(yīng)用拉曼光譜技術(shù)檢測(cè)乳制品中的三聚氰胺，通過(guò)光譜強(qiáng)度分析判斷濃度，確保產(chǎn)品質(zhì)量。（3）糧食質(zhì)量安全檢測(cè)。使用拉曼光譜技術(shù)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)的糧食進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)變質(zhì)問(wèn)題。結(jié)合差示掃描量熱技術(shù)，詳細(xì)感知與分析糧食中的分子構(gòu)造和熱力學(xué)變化，與未變質(zhì)糧食指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，確保糧食安全。（4）農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)。使用拉曼光譜技術(shù)檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)元素含量，滿(mǎn)足消費(fèi)者需求，防止過(guò)量攝入。該技術(shù)操作簡(jiǎn)便、結(jié)果準(zhǔn)確，幫助生產(chǎn)者準(zhǔn)確掌握營(yíng)養(yǎng)信息，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的生產(chǎn)與銷(xiāo)售，提高經(jīng)濟(jì)效益。2.2拉曼光譜技術(shù)3.拉曼光譜技術(shù)農(nóng)業(yè)應(yīng)用存在的問(wèn)題拉曼光譜檢測(cè)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有高效率和強(qiáng)大的實(shí)用性，目前設(shè)備逐漸小型化、高精度化，使用也更為方便。然而，性能方面仍需優(yōu)化，包括對(duì)光譜信號(hào)的處理方法，光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，以及數(shù)據(jù)庫(kù)的補(bǔ)充和更新。此外，還需豐富檢測(cè)方式和指標(biāo)，提升其適應(yīng)不同環(huán)境的穩(wěn)定性，從而擴(kuò)展應(yīng)用范圍。在國(guó)內(nèi)，拉曼光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起步階段，需要加強(qiáng)設(shè)備研發(fā)，推動(dòng)技術(shù)應(yīng)用推廣。2.3射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）使用射頻識(shí)別技術(shù)能夠在不與物體接觸的情況下識(shí)別物體，并以電磁耦合（Electromagneticcoupling）的方式獲取目標(biāo)對(duì)象的信息。1.RFID的特征RFID技術(shù)有以下特點(diǎn)：（1）操作方便，可在幾厘米至幾十米的距離實(shí)現(xiàn)高效信息傳遞，同時(shí)能夠同時(shí)識(shí)別多個(gè)物體，效率高；（2）標(biāo)簽容量大，存儲(chǔ)信息量可達(dá)幾兆字節(jié)，遠(yuǎn)超過(guò)條碼；（3）安全性高，可通過(guò)循環(huán)冗余檢查和數(shù)據(jù)加密保護(hù)信息，防止篡改；（4）受環(huán)境影響小，可穿透非金屬覆蓋物，適應(yīng)高溫等惡劣條件，且在無(wú)光環(huán)境下工作；（5）可重復(fù)利用，標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)可更改。2.RFID系統(tǒng)組成及其工作原理（1）系統(tǒng)組成。RFID系統(tǒng)由射頻識(shí)別標(biāo)簽、射頻讀寫(xiě)器和信息系統(tǒng)組成。每個(gè)射頻標(biāo)簽帶有EPC編碼，包括天線和芯片，用于存儲(chǔ)物體信息。射頻讀寫(xiě)器負(fù)責(zé)讀取或?qū)懭胄畔?，包括控制器和天線，其操作距離由發(fā)射功率確定。信息系統(tǒng)向讀寫(xiě)器發(fā)送指令，同時(shí)接收、分析和管理讀寫(xiě)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。2.3射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）（2）工作原理。RFID系統(tǒng)的工作原理如圖2-3所示。射頻讀寫(xiě)器通過(guò)天線發(fā)送射頻信號(hào)與射頻識(shí)別標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)非接觸耦合（NoncontactCoupling），驅(qū)動(dòng)射頻識(shí)別標(biāo)簽通過(guò)內(nèi)部天線發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，射頻讀寫(xiě)器依序接收信號(hào)并進(jìn)行解碼，校驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性后將其發(fā)送至信息系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理。圖2-3RFID系統(tǒng)工作原理2.3射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）3.RFID在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用（1）農(nóng)產(chǎn)品種植管理。使用RFID和傳感器監(jiān)測(cè)土壤、水質(zhì)、氣象、農(nóng)藥使用等信息，記錄在RFID標(biāo)簽內(nèi)，通過(guò)閱讀器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的精細(xì)管理。（2）畜禽養(yǎng)殖管理。為每頭豬佩戴唯一編號(hào)的RFID電子耳標(biāo)，記錄相關(guān)信息，形成完整的養(yǎng)殖檔案，與管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息關(guān)聯(lián)，提高養(yǎng)殖過(guò)程的追溯和管理效率。（3）農(nóng)產(chǎn)品溯源。運(yùn)用RFID、傳感器、GPS等技術(shù)獲取農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)信息，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)建立溯源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的追蹤和質(zhì)量鑒別。2.4二維碼技術(shù)二維碼是一種數(shù)字化編碼和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，由黑白兩色的幾何圖形按照規(guī)律排列形成。與一維碼相比，二維碼在信息存儲(chǔ)、容錯(cuò)能力等方面有所提升，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)支付、電子證照、產(chǎn)品溯源等場(chǎng)景。二維碼分為堆疊式和矩陣式，它們的編碼原理和結(jié)構(gòu)形狀有所不同。1.二維碼應(yīng)用系統(tǒng)二維碼應(yīng)用系統(tǒng)是以二維碼存儲(chǔ)和表示信息的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)，由二維碼生成設(shè)備、二維碼標(biāo)簽、二維碼識(shí)讀設(shè)備和信息處理系統(tǒng)構(gòu)成，如圖2-4所示。系統(tǒng)功能效果受條碼設(shè)計(jì)、條碼質(zhì)量、識(shí)讀設(shè)備質(zhì)量等因素的影響。圖2-4二維碼應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成二維碼生成設(shè)備生成二維碼標(biāo)簽，二維碼標(biāo)簽承載信息，二維碼識(shí)讀設(shè)備進(jìn)行掃碼、譯碼，并將信息傳輸至信息處理系統(tǒng)，信息處理系統(tǒng)分析、管理所接收的信息。2.4二維碼技術(shù)2.二維碼技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，二維碼主要作為一種信息載體和信息傳輸接口，用于農(nóng)產(chǎn)品溯源，以保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，提高數(shù)據(jù)查詢(xún)和共享效率。在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通過(guò)程中，各環(huán)節(jié)依次將農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及流通的相關(guān)信息存儲(chǔ)至二維碼中，生成二維碼標(biāo)簽，隨農(nóng)產(chǎn)品流向市場(chǎng)。當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品最終到達(dá)消費(fèi)者手中時(shí)，消費(fèi)者通過(guò)條碼識(shí)讀器掃描二維碼，即可查看農(nóng)產(chǎn)品的原始生產(chǎn)流通信息。2.5無(wú)線視頻監(jiān)控?zé)o線視頻監(jiān)控是將監(jiān)控技術(shù)與無(wú)線傳輸技術(shù)結(jié)合，通過(guò)無(wú)線傳輸傳遞監(jiān)控信息，解決了傳統(tǒng)布線復(fù)雜的問(wèn)題。1.無(wú)線視頻監(jiān)控的特點(diǎn)（1）成本低。無(wú)線監(jiān)控?zé)o需電纜，減少了材料和施工成本。系統(tǒng)簡(jiǎn)單，故障率低，維護(hù)成本由網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商負(fù)責(zé)，因此維護(hù)成本低。（2）實(shí)用性強(qiáng)。廣泛應(yīng)用于安全監(jiān)控、交通監(jiān)控、家庭監(jiān)控等領(lǐng)域，不受地形、環(huán)境影響，減少監(jiān)控盲區(qū)，具有強(qiáng)大實(shí)用性。（3）擴(kuò)展、移動(dòng)方便。增加監(jiān)控點(diǎn)只需增加設(shè)備，無(wú)需新建傳輸網(wǎng)絡(luò)；改變監(jiān)控點(diǎn)只需移動(dòng)設(shè)備；用戶(hù)可通過(guò)移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)異地全天候監(jiān)控。（4）網(wǎng)絡(luò)信號(hào)易受影響。無(wú)線系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)顯著，但容易受天氣、建筑物遮擋等影響，信號(hào)強(qiáng)度降低，同時(shí)容易受其他無(wú)線信號(hào)干擾。2.無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)（WirelessVideoMonitoringSystem）由信息采集、無(wú)線傳輸和信息管理組成，其中攝像頭是基礎(chǔ)設(shè)備，無(wú)線傳輸系統(tǒng)采用Wi-Fi、4G、5G等技術(shù)，信息管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收、存儲(chǔ)、處理監(jiān)控信息。然而，無(wú)線視頻監(jiān)控也受到天氣和信號(hào)干擾等影響。2.5無(wú)線視頻監(jiān)控3.無(wú)線遠(yuǎn)程多節(jié)點(diǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)(PMP+WLAN)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)監(jiān)控模式存在鋪設(shè)電纜、高成本、難以維護(hù)的問(wèn)題。Wi-FiP2P模式依賴(lài)于光纖電纜，限制了農(nóng)業(yè)圖像和視頻數(shù)據(jù)的采集。為解決問(wèn)題，無(wú)線遠(yuǎn)程多節(jié)點(diǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用MeshWLAN組網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)無(wú)線通信和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)線遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。系統(tǒng)利用信號(hào)頻率調(diào)制解調(diào)技術(shù)減少設(shè)備之間的無(wú)線干擾，顯著降低了設(shè)備成本。用戶(hù)通過(guò)手機(jī)、平板、筆記本等設(shè)備實(shí)時(shí)查看監(jiān)控信息，系統(tǒng)管理員可通過(guò)平臺(tái)發(fā)送操作指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布在固定區(qū)域的節(jié)點(diǎn)的控制。系統(tǒng)的具體部署方式包括在MeshWLAN覆蓋區(qū)域內(nèi)布設(shè)能接入WLAN的監(jiān)控設(shè)備，采用多點(diǎn)組網(wǎng)方式進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過(guò)MeshWLAN網(wǎng)絡(luò)傳送監(jiān)控視頻信號(hào)至網(wǎng)絡(luò)中心。網(wǎng)絡(luò)中心配備多通道硬盤(pán)錄像機(jī)和大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控視頻的存儲(chǔ)和管理。網(wǎng)絡(luò)中心還使用無(wú)線控制器或集中式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對(duì)無(wú)線WLAN設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控設(shè)備的遠(yuǎn)程管理。2.5無(wú)線視頻監(jiān)控?zé)o線遠(yuǎn)程多節(jié)點(diǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、直觀、詳細(xì)地對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行記錄，方便相關(guān)人員進(jìn)行管理，該系統(tǒng)主要具有以下特點(diǎn)：（1）通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸監(jiān)控信息，擺脫了有線網(wǎng)絡(luò)的限制，構(gòu)建靈活高效的系統(tǒng)。（2）不需要實(shí)地布線，使得監(jiān)控材料、設(shè)備安裝、設(shè)備維護(hù)等成本均有所降低。（3）數(shù)字視頻監(jiān)控設(shè)備可通過(guò)IP基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)全球通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。（4）采用MeshWLAN自組網(wǎng)方式，具有高效統(tǒng)一管理和實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)的優(yōu)勢(shì)。（5）支持WLAN的IP攝像機(jī)采集和處理視頻信息，可以通過(guò)Wi-Fi或無(wú)線網(wǎng)橋傳輸數(shù)據(jù)。2.6北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是中國(guó)自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，與GPS、GLONASS同為成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗系統(tǒng)在全球提供服務(wù)，于2020年推出北斗三號(hào)系統(tǒng)，服務(wù)范圍逐步擴(kuò)大。系統(tǒng)構(gòu)成包括空間段、地面段和用戶(hù)段?？臻g段由GEO、IGSO、MEO三種衛(wèi)星組成，提供定位導(dǎo)航授時(shí)功能；地面段包括主控站、注入站、監(jiān)測(cè)站等地面設(shè)施；用戶(hù)段由基礎(chǔ)產(chǎn)品（芯片、模塊、天線等）、終端設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)組成。北斗系統(tǒng)采用“三球交匯”原理，通過(guò)衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)和導(dǎo)航電文，用戶(hù)接收設(shè)備同時(shí)獲取至少三顆衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量信號(hào)傳輸距離，通過(guò)星歷確定衛(wèi)星空間坐標(biāo)，最終解算用戶(hù)設(shè)備位置。系統(tǒng)可用于定位、測(cè)速、授時(shí)，全球范圍內(nèi)定位精度優(yōu)于10m，測(cè)速精度優(yōu)于0.2m/s、授時(shí)精度優(yōu)于20ns。此外，北斗系統(tǒng)還提供短報(bào)文通信、國(guó)際搜救、星基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位、地基增強(qiáng)等服務(wù)。短報(bào)文通信是北斗系統(tǒng)特有功能，包括亞太區(qū)域和全球短報(bào)文通信，通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)傳輸信息，即使通訊、供電條件受影響，仍能滿(mǎn)足通信、定位需求。2.6北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗定位導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用包括：（1）采集農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量分布信息。安裝北斗定位系統(tǒng)和農(nóng)產(chǎn)品流量傳感器，實(shí)時(shí)獲取經(jīng)緯度信息，自動(dòng)計(jì)算農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，建立產(chǎn)量分布圖。（2）采集農(nóng)田、