物联网传感器与农业融合，汇总十项科研新进展

　　一、农产品质量安全纳米传感应用研究分析与展望

　　在智慧农业发展中，农产品质量安全作为农业生产的重要组成部分。纳米材料特殊的尺寸效应和光电性质，符合农业传感技术的灵敏度、稳定性和检测通量等指标要求。中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所和国家纳米科学中心，就农产品质量安全纳米传感应用研究分析与展望，阐述常用纳米材料的性质和特点，论述了基于纳米材料的化学传感、生物传感、电化学传感和光谱传感等常用传感分析技术和器件，以及纳米传感分析技术在农产品质量安全，在克伦特罗、三聚氰胺等危害物方面的应用。

　　纳米材料的制备和修饰技术仍需要进一步提升，多目标、高通量纳米传感器件在实际应用中的价值广受关注，在线传感分析在农产品质量安全智慧监控方面有迫切需求需要快速、实时、在线监测。

　　二、太阳能杀虫灯物联网故障诊断特征分析及潜在挑战

　　基于农业场景与物联网技术的新型物理农业虫害防治工具，太阳能杀虫灯物联网在应用中的故障诊断难、维护难等问题，南京农业大学工学院与英国林肯大学工学院联手展开了研究。

　　结合目前太阳能杀虫灯节点自身存在的故障，及其在无线传感网络上的应用，基于行为、基于时间、基于组件以及基于影响区域的故障四类，在故障诊断方法与策略的基础上，提出了适用WSNs故障诊断调试工具。

　　总之，太阳能杀虫灯物联网的特性对故障诊断带来的潜在挑战，指出了合理的研究方向，为农业物联网设备的故障诊断提供参考。

　　三、用于作物表型信息边缘计算采集的认知无线传感器网络分簇路由算法

　　针对农业物联网应用终端数量增加，及多媒体图像传输需求的增加，会出现无线频谱资源紧缺问题。华南农业大学电子工程学院与岭南现代农业科学与技术广东省实验室，预见地基于传统物联网的作物表型信息采集系统，存在法人频谱竞争、数据拥堵的现象，以及监测周期缩减等诸多问题，研究建立了一个认知无线传感器网络(CRSN)作物表型信息采集模型。

　　该算法模型，引入边缘计算机制的动态频谱和能耗均衡(DSEB)的事件驱动分簇路由算法，在网络生存期与能效等方面均具有一定的改进，在主用户节点数为定值时，所提算法比其它两种算法具有更高频谱利用率。

　　四、基于调制近红外反射光谱的土壤养分近场遥测方法研究

　　国家农业智能装备工程技术研究中心就快速、准确检测土壤养分技术开展研究，针对土壤养分过高过低的问题，基于调制近红外光谱的土壤养分主动式近场遥测方法。力图解决在传统取样检测过程中，取样及预处理过程繁琐、操作复杂、费时费力，不能实现土壤养分的原位快速检测的问题。

　　研究发现基于调制近红外反射光谱的土壤养分近场遥测方法，可有效避免土壤反射自然光的干扰，具有土壤养分现场快速检测的能力。

　　五、农机远程智能管理平台研发及其应用

　　金华职业技术学院、浙江大学联手商业机构，针对农机管理中存在的实时数据少、作业监管难、服务信息不对称等问题，提出了一项专业化远程管理平台的研究。

　　该管理平台具备专业化、标准化、云平台、模块化、开放性等五大原则，基于大田作业智能传感、物联网、定位、遥感、地理信息系统等技术下，可定制化的通用农机远程智能管理平台。平台采用分级管理策略，可供管理部门、合作社、农机手、农户，实现了的农机信息库及农机位置服务、农机作业实时监测与管理、农田基础信息管理、田间作物基本信息管理、农机调度管理、农机补贴管理、农机作业订单管理等实用功能，对同类型管理平台的研发工作，具有参考与借鉴作用。

　　六、水肥浓度智能感知与精准配比系统研制与试验

　　中国科学院、安徽省智慧农业工程实验室 、中国科学技术大学携手宁夏农业物联网工程技术研究中心，为解决农场当地当时的复合肥料精准化配料问题，开展了一项关于水肥浓度智能感知与精准配比系统的科研。

　　该研究将水肥一体化智能灌溉施肥系统作为研究对象，构建了水肥浓度智能感知与精准配比系统。研究消除了当地水体电导率对水肥配比准确性的干扰，实现复合肥精准化配比，该配比系统结构简单，配比精准，具备与现有水肥一体机、人工配肥系统结合使用的基础，可应用于设施农业栽培、果园栽培和大田经济作物栽培等环境下的精准施肥作业。

　　七、太阳能杀虫灯物联网节点的防盗防破坏设计及展望

　　国家信息农业工程技术中心、南京农业大学与英国林肯大学，针对太阳能杀虫灯在部署应用过程中存在的被盗被破坏问题，展开了跨专业的防盗防破坏设计及展望。

　　以太阳能杀虫灯物联网为应用场景，从内部硬件、软件算法和外形结构设计三个层面，对硬件进行改造设计，以获取更多的传感信息。同时提出了用以被盗被破坏出现后的部署、追踪和巡检等应急应用的辅助设备，对设备防盗防破坏技术，在太阳能杀虫灯物联网场景中的应用进行了展望。

　　八、面向果园多机器人通信的AODV路由协议改进设计与测试

　　针对多机器人在果园中作业时的通信需求，西北农林科技大学、农业农村部苹果全程机械化科研基地、 农业农村部北方农业装备科学观测实验站和黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，跨学科研究了基于Wi-Fi信号的改进无线自组网按需平面距离向量路由协议(AODV-SP)。

　　该协议在实验室环境中进行了静态丢包率和动态测试，为果园多机器人在实际环境中通信系统的搭建提供参考。

　　九、基于粒子群与模拟退火协同优化的农田物联网混合多跳路由算法

　　吉林农业大学的信息技术学院与智慧农业研究院，对农田土壤、环境和作物生长的多源异构信息获取的无线传感器网络，在农田中非均匀分布且受到能量制约等问题，研究提出了一种基于粒子群和模拟退火协同优化的农田物联网混合多跳路由算法(PSMR)。

　　该算法利用异构网络高效动态组网，通过粒子群与模拟退火协同优化方法，实现sink节点加速采集簇首中的聚合数据。该研究为实现大规模农田复杂环境的长时间、高效、稳定的数据采集监测提供了技术基础，可提高农业物联网的资源利用效率。

　　十、基于荧光法的溶解氧传感器研制及试验

　　江南大学携手江苏省互联网农业发展中心及商业机构，针对水产养殖监测作业中常用的溶解氧传感器，价格昂贵、不能持续在线测量、更新部件维护困难、不适合规模化应用等问题，研究了一种基于荧光法的溶解氧传感器。

　　该传感器基于荧光淬灭原理，针对性进行低成本、易维护方面的研发。经试验证实：该传感器的测量范围是0～20 mg/L，响应延迟小于2 s，溶氧敏感膜使用寿命约1年，可实时不间断地对溶解氧浓度进行测量。同时具备测量方便、制作成本低、体积小等特点，为实现低成本的溶解氧传感器研发与市场化，奠定了良好的基础。

审核编辑 黄昊宇