農產品品質檢測對產品分級、溯源和維護食品安全有重要意義。模擬人類感官的電子鼻、電子舌、光譜、聲波等技術可有效檢測農產品品質和安全，尤其在食品安全愈發(fā)重視的當下，相比于以上傳統農業(yè)智能傳感器，這類新興智能傳感器技術發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
有研究人員使用PEN3電子鼻（Airsense，德國）和SA402B電子舌傳感器（Insent，日本），對191株不同乳酸乳球菌制備的發(fā)酵乳進行感官研究，分析不同產酸和蛋白水解程度的菌株對發(fā)酵乳風味品質的影響，為開發(fā)不同風味的發(fā)酵乳提供了新方向。華中科技大學學者采用FOX4000電子鼻（AlphaMOS，法國）采集不同品種和產地雞蛋揮發(fā)性物質響應數據，并建立鑒別模型來實現雞蛋產地和品種判別，準確率分別達98.36%和97.65%；而采用USB2000+光纖光譜儀傳感器采集數據所鑒別的產地和品種預測準確率97%和97.78%，這表明低成本的電子鼻產品相比于傳統昂貴大體積光譜設備，具有更好的檢測效果。通過以上不同應用場景中的農業(yè)智能傳感器，相比于傳統檢測技術，具有節(jié)約人力、降低成本和提高效率等優(yōu)勢，部分傳感器還具有實時動態(tài)監(jiān)測的性能，這為數字農業(yè)的大數據分析提供了基礎數據。農業(yè)智能傳感器也成為目前智慧農業(yè)感知層技術研究的熱門方向。我國智慧農業(yè)發(fā)展起步晚于西方農業(yè)發(fā)達國家，中國農業(yè)智能傳感器技術在農業(yè)專用芯片、硬件集成度、傳感器算法、制造成本、技術生態(tài)、數據通信安全、無線網絡功耗、應用推廣、高端農業(yè)傳感器、技術創(chuàng)新、使用壽命、抗干擾等多個方面存在問題。具體如下：農業(yè)智能傳感器中，核心微控制器負責傳感器信號轉換、數據處理及存儲。近兩年受國外發(fā)達國家對中國高端科技的封鎖與新冠疫情的影響，芯片價格暴漲。以國外ST公司STM32F103RCT6微控制器為例，2021年6月相比于2020年1月價格增幅達479%。微控制器價格巨幅上漲，不僅增加農業(yè)智能傳感器生產成本，同時還間接增大了農業(yè)生產成本，對于中國農業(yè)信息安全也是隱患。國產芯片研發(fā)起步較晚，目前國產芯片企業(yè)聚焦于消費、桌面級、手機終端、汽車等領域，尚無專門研發(fā)“農業(yè)芯”的芯片企業(yè)。農業(yè)智能傳感器一般需要集成多種類型傳感器，這就要求“農業(yè)芯”具有較多的通信資源和計算資源，從而滿足終端農業(yè)大數據處理需求。
鼓勵具有高端核心農業(yè)芯片制造技術知識產權的高科技企業(yè)和半導體芯片企業(yè)，面向市場需求結合自身技術積累，積極自主研發(fā)低成本、高可靠性、高穩(wěn)定性的農業(yè)芯片；引導農業(yè)科技人員使用國產芯片，并輔以適當獎勵和支持；鼓勵高校、研究所和企業(yè)的IT從業(yè)人員研發(fā)“農業(yè)芯”的軟件、算法、驅動程序等配套技術，促進形成良好技術生態(tài)環(huán)境；完善農業(yè)芯片科研成果轉化機制，從而減少對國外產品的依賴。
目前，我國使用的中、高質量傳感元器件幾乎100%進口國外產品，90%傳感器芯片來自于國外品牌。國產傳感器企業(yè)以仿制或組裝國外同類產品居多、自主研發(fā)創(chuàng)新少，導致核心技術積累不足，落后于發(fā)達國家。小型國產傳感器企業(yè)難以投入如此大的時間、人力成本來研發(fā)。國內高端傳感器生產制造設備主要靠進口，不具有高端核心制造技術的知識產權。中低端國產傳感器器件在使用壽命、可靠性、性能指標上遠低于國外成熟產品。
促進農學、納米材料、微電子、通信等學科的交叉融合，加強農業(yè)傳感器的研發(fā)力量。在高性能傳感器研發(fā)上，推動基于MEMs工藝的高集成度農業(yè)智能傳感器的自主研發(fā)，降低價格成本的同時推動農業(yè)智能傳感器的大范圍推廣應用，形成從研發(fā)到生產的完善產業(yè)鏈。加快應用于農產品品質監(jiān)測的新型高端傳感器技術研發(fā)，為食品安全助力護航。
利用無線通信技術進行數據傳輸，實現實時在線監(jiān)控、大數據分析、存儲和共享功能，是智能傳感器的特點之一。面對農業(yè)復雜環(huán)境和農業(yè)生產管理監(jiān)測需求，單一農業(yè)智能傳感器需借助無線傳感網絡才能凸顯其優(yōu)越性。無線傳感網絡受限于無線信道的物理特性，高山、樹木、建筑物、障礙物等地形地勢以及自然界風雨雷電均對其產生影響。
同時，受傳感器能耗影響和無線通信距離要求限制，傳輸數據有限。目前，尚沒有針對農業(yè)領域的無線通信協議標準，不同的農業(yè)智能傳感器由于通信問題可能無法實現在同一無線網絡下共同工作，傳感節(jié)點的自組織能力不足，無線通信技術的通用性待提高。此外，無線傳感網絡相比有線傳輸更容易被監(jiān)聽、入侵、破壞，安全性、抗干擾能力較差。面對農業(yè)大規(guī)模應用及無人值守工作條件，傳感節(jié)點的通信維護是個難題。加快偏遠地區(qū)5G基站等通信基礎設施建設，盡早完成全國各地區(qū)通信網絡全覆蓋。鼓勵企業(yè)研發(fā)具有自主知識產權的無線傳感網絡操作系統，開發(fā)具有低成本、低功耗、高精度優(yōu)勢的無線傳感網絡時間同步算法。自主研發(fā)構建具有低能耗、低成本、通用性、信息安全，實時性、智能性等功能的農業(yè)專用無線傳感網絡。
建立統一的農業(yè)無線傳感網絡通信協議標準，使不同農業(yè)智能傳感器具備在同一無線通信網絡下共同工作的能力。積極探索區(qū)塊鏈技術在農業(yè)通信安全領域的大規(guī)模運用。針對信息安全問題出臺相應政策維護國家農業(yè)信息安全，完善農業(yè)信息安全相關法律。
農業(yè)智能傳感器一般需要實現多對象檢測，還包括農業(yè)生產的環(huán)境因子監(jiān)測。農業(yè)溫濕度環(huán)境復雜多變，引發(fā)傳感器采集數據誤差和精度低，往往導致傳感器測得的數據不可用。數據處理受限于農業(yè)智能傳感器節(jié)點功耗和芯片資源限制，所采用的多傳感器融合算法較簡單，對數據精度的提高范圍有限。針對大規(guī)模、多組分農業(yè)智能傳感器節(jié)點的海量數據處理算法，目前發(fā)展還不成熟。同時，農業(yè)數據的共享和交易服務相比于國外發(fā)達國家缺失，實現農業(yè)大數據的最大化利用。
基于不同應用情境，傳感器算法的實現可采取兩種應用形式：一是內嵌于農業(yè)智能傳感器微控制器中的數據處理算法，近處理該農業(yè)智能傳感器所采集的數據。二是布置在后臺服務器的傳感器算法，該算法可處理智慧農業(yè)物聯網中多農業(yè)智能傳感器節(jié)點上傳的大量數據。
因此，研發(fā)高性能傳感器數據算法也有兩種途徑：
1.研發(fā)針對單一傳感器節(jié)點的資源需求少、能耗低的多數據融合高精度處理算法。
2.探索人工智能算法、區(qū)塊鏈技術、大數據技術、機器學習技術在海量農業(yè)智能傳感器數據處理領域的運用。
