農業物聯網如何實現智慧感知、預測？未來發展路徑會怎樣？

2020年2月17日 星期一
來源：RFID世界网 作者：烽云物联

作為整合新一代資訊技術的策略性新興產業之一，物聯網備受各界關注。農業是物聯網技術的重點應用領域之一，也是物聯網技術應用需求最迫切、難度最大、整合性特徵最明顯的領域。

近幾年，物聯網技術已被應用到農業的諸多領域，包括農業環境監測、溫室大棚生產控制、節水灌溉、氣象監測、產品安全與溯源、設備智慧診斷管理等方方面面。

對於物聯網技術在農業中的應用，基礎技術是感測器網路的完善。感測系統的完善與否，直接影響著整個農業物聯網技術的運行。

農業物聯網由感知層、傳輸層和處理層構成。感知層的感測器技術、條碼技術、全球定位等技術採集的數據資訊，透過傳輸層的有線、無線感測器網路技術，和行動通信技術，傳輸到處理層的農業預測、診斷、控制、決策，以及預警等智慧化模組。

一、關鍵技術

1、農業物聯網感知技術

感知層主要包括各類感測器及節點技術、全球定位系統技術和條碼技術等，實現對土壤水分、環境溫濕度、家禽水產健康狀況等資訊的採集功能，是農業物聯網的關鍵技術。

目前，光溫水氣熱等環境感測器應用相對成熟，土壤感測器是研究的熱點，透過電磁波反射或吸收能量水平的大小，可判斷土壤結構，根據離子選擇性膜電極，與被測離子溶液間的點位輸出，可測定土壤裡的特定離子。利用光學和電磁學原理，製成的動植物生命資訊感測器，也是研究的熱點和難點之一。

2、農業物聯網傳輸技術

當前，農業物聯網中的傳輸技術，主要為無線和有線感測網路技術，以及行動通信技術。其中，無線感測網路技術的應用最為普遍，國際上無線感測器網路應用，已經到了實踐階段。

荷蘭的一個農業物聯網項目，將無線感測器網路技術，應用到馬鈴薯生長環境的監測中，生產者可根據監測結果控制疫病，從而實現防患於未然。

農業物聯網的資訊傳輸技術處於試驗階段，有學者建構無線傳感網路監控系統，該系統可對種植環境進行即時監測，園區佈置的感測器節點，可採集土壤與空氣的溫濕度、CO2 的濃度以及光照強度等參數。

3、農業物聯網處理技術

農業物聯網處理層的技術，包括雲計算、雲服務和模組化決策，這個層面是將採集的數據資訊，轉化為實際的操作，利用控制模型和策略，對相關農業設施進行智慧控制，比如打開水龍頭、關閉燈光、自動施肥等。

智慧決策是預先把經驗，和專家知識輸入模組，透過推理模擬思維，為農業生產提供技術參考，比如對農田肥力、灌溉、病蟲防治、動物飼料配方和園藝設施等方面，提供技術支持。智慧預警是以數學模型為手段，對實際不正常狀態進行警示，給出危害提醒。

二、核心應用領域

按照監測對象的不同，物聯網系統可以分為農業生產環境監控物聯網、動植物生命資訊監控物聯網、農機作業監控物聯網、農產品品質檢測，與品質安全追溯物聯網等。

1、農業生產環境監控物聯網

農業生產監控物聯網，主要指利用傳感器技術採集，和獲取農業生產環境各要素資訊，如種植業中的光照、溫濕度，二氧化碳濃度、土壤肥力、土壤含水量等參數，水產養殖業中的酸鹼度、溶解氧、氨、氮、濁度和電導率，畜禽養殖業中的氨氣、二氧化硫、粉塵等有害物質濃度等參數，透過對採集資訊的分析決策，來指導農業生產環境的調控，實現種養殖業的高產高效。

農業感測器
　　
農業生產環境複雜，需要在高溫、高濕、低溫、雨水等惡劣多變環境下，連續不間斷運行，且感測器節點佈置稀疏不規則，布線不方便；而無線傳感器網路組網簡單、無需布線，具有低成本、靈活的優勢，成為當前農業生產環境監控系統主要應用方式。

2、動植物生命資訊監控物聯網

對植物資訊採集的研究，主要包括表觀可視資訊的獲取，和內在資訊的獲取，表觀資訊如作物苗情長勢、病蟲害、果實膨大狀況、生物量、莖乾直徑、葉面積等資訊。內在資訊包括葉綠素含量、作物氮素、光合速率、種子活力、葉片溫濕度等，主要監測手段，為光譜技術及圖像分析等；

對動物生命資訊的監測，主要包括動物的體溫、體重、行為、運動量、取食量、疾病資訊等，透過相關監測，瞭解動物自身的生理狀況和營養狀況，以及對外界環境條件的適應能力，確保動物個體健康生長，主要監測手段包括動物本體監測感測器、影像分析等。

3、智慧農機物聯網

近年來隨著土地流轉的進行，農機作業範圍不斷擴大，農機作業資訊滯後、時效性差、缺乏有效的監管手段，機收的組織者和參與者對資訊快捷、準確、詳細的要求，難以滿足等問題逐漸突顯。

如何透過技術手段，有效地進行農機作業遠端監控與調度，提高工作效率和作業品質，尤其是保障農機夜間作業品質，和農機裝備的智慧化水平，是農機物聯網發展的迫切需求之一。

農機物聯網主要研究方向，包括農機作業導航自動駕駛技術、農機具遠端監控與調度、農機作業品質監控等方面。

4、農產品質安全追溯物聯網

農產品資訊感知技術，主要包括農產品顏色、大小、形狀及缺陷損傷等外觀資訊，和農產品成熟度、糖度、酸度、硬度、農藥殘留等內在品質資訊。

農產品質安全與追溯，對農業物聯網的運用，集中在農產品倉儲及農產品物流配送等環節，透過電子數據交換技術、條碼技術和 RFID 電子標籤等技術，實現物品的自動辨識和出入庫，利用無線感測器網路，對倉儲車間及物流配送車輛，進行即時監控，從而實現主要農產品來源可追溯，去向可追蹤的目標。

在未來，隨著農業物聯網的發展不斷深入，從政府推動企業變革轉變為企業主動變革，這是未來農業物聯網化的終極趨勢。未來有部分企業，將會依靠大量農業數據的分析、共享，挖掘利用來賺錢，改變農產品的生產方式和消費方式。

影片：https://www.youtube.com/watch?v=j4HBlOf5ZDA

資料來源：https://3smarket-info.blogspot.com/2020/02/blog-post_17.html?m=1&fbclid=IwAR07Hvz7yYgnvPuwMrDayBSKdOoSzoOynnFo_-jBVfYGnEwQE2xOWAiVu3Y

無論你是珠寶玉石鑒定專家，還是想購買珠寶玉石作為禮品的朋友，一般來說都離不開一些常用的珠寶玉石鑒定工具。或許有一些珠寶玉石可以通過肉眼進行觀察，可是要進行權威的鑒定，就一定要使用到工具，「工欲善其事，必先利其器」。下面小編和大家分享一些常用的珠寶玉石檢測工具和儀器。

鑷子
基本配備，用於夾取寶石。

十倍放大鏡
10倍放大鏡是鑒定寶石的必備工具，事實上，質檢師在鑒定諸多類型物品時都要用到。

10倍放大鏡是由三個透鏡所構成，合格的10倍放大鏡應清晰度高，並且能消除影響觀察寶石的球面像差和色像差。使用時，一隻手執住放大鏡，置於並貼近一隻眼睛的正面，另一隻手用食指和拇指捏住飾品托架(如為裸石應使用寶石鑷子)並靠近放大鏡，直到眼睛可以清晰的觀察到寶石。

聚光筆式電筒
聚光筆式電筒是作為照明工具，在鑒定中可作為照明電源，對於觀察寶石表面和內部包裹體及結構很重要。這個屬於易耗品。一般的寶玉石愛好者和賣家也會常備一支電筒的。

查爾斯濾色鏡
查爾斯濾色鏡，由於它的鏡片特殊，是一種永不脫色的玻璃製成，所以，我們就不必擔心會有一天看不出染色寶玉石了，而且，這種特製玻璃本身加深了濾色效果，對於一些很淺淡的染色也可以看出。

另外它還很人性化的多加了一組30倍的廣角光學寶石放大鏡，更便於收藏者們細微觀察翡翠、寶石的內部結構柳裂及雕刻工藝的好壞等。

電子天平
用來測寶石的的重量跟密度，不同的寶石有不同的密度，比如紅寶石和藍寶石的比重為4左右，翡翠為3.34，軟玉為2.95，有時只測量寶玉石的比重就對鑒定寶玉石非常有效，但是因為體積較大，不可能隨身攜帶，所以具有局限性。

寶石顯微鏡
寶石顯微鏡一般是寶石實驗室必備的鑒定檢測儀器之一，它的用途很廣，通過寶石顯微鏡放大觀察的寶石其表面和內部特徵可一目瞭然，寶石顯微鏡是通過內置光源採用暗域照明法、亮域照明法和垂直照明法工作原理對寶石實施觀察，放大倍數一般為10倍至70倍，對天然寶石與人工合成寶石及仿制寶石之間的區分有很大作用，對寶石的淨度觀察也很有效，在寶石學專業鑒定室里，寶石顯微鏡還可測定部分寶石的近似折射率和吸收光譜的觀察以及寶石的顯微照相等用途，由於其價格相對較高，可根據實際情況予以配備。

折射儀
折射儀是很重要的寶石鑒定儀器，其設計目的是能無損、快速、準確的讀出待測寶石的折射率。每種寶石有其對應的折射率，比如翡翠是1.66(點測)，紅寶石和藍寶石是1.762-1.770，海藍寶石是1.577-1.583，碧璽是1.624-1.644等等。通過準確的測出寶石折射率，就可以大體確定待測寶石可能是什麼寶石，然後再結合其它的鑒定手段確定寶石種屬。

偏光鏡
偏光鏡對鑒別均質體、非均質體和集合體具有重要的作用。比如石榴石是均質體，它在偏光鏡下轉動應該是視域全暗，紅寶石是非均質體，在偏光鏡下轉動應該是四明四暗現象，而玉石是多晶集合體，在偏光鏡下轉動應該是視域全亮。

紫外螢光燈
紫外螢光燈的功能是用來檢測寶石是否具有螢光和磷光，天然紅寶石在紫外螢光燈下就顯示很漂亮的紅色，大部分鑽石在紫外燈下也有多種顏色的螢光顯示，如橙色、黃色、綠色、藍色和紫色，而有些寶石卻不具有螢光性，如藍寶石、石榴石等，這些都可以在寶石鑒定時起到一定的啓示性作用。紫外燈還可以幫助鑒定寶石品種、判別某些天然寶石和合成寶石、鑒定鑽石及其仿製品、判斷寶石是否經過人工優化處理、判別某些天然寶石的產地。

二色鏡
二色鏡是用來觀察寶石多色性的一種儀器。多色性在某些情況下也是判定寶石品種的依據，尤其是當折射儀、偏光鏡等儀器不能確定有色寶石是均質體還是非均質體時，二色鏡能非常有效地判斷有色寶石的光性特徵。

以上的儀器都是寶石鑒定中的常用儀器，各個鑒定中心也備有這些儀器，但是在實際生活中，購買珠寶時我們不可能拿著這些儀器到珠寶市場中去測量然後辨別寶石種屬和真偽，所以，對於珠寶鑒定來說，培養第一眼感覺非常重要。也就是說當看到寶石時，我們要可以基本斷定它是什麼寶石。這是一種感覺，需要長期的經驗積累。

媒體報導: 成分/真偽一掃便知　光譜檢測技術叩關手機市場
作者:新電子/黃繼寬

紅外線光譜檢測技術可以為使用者帶來許多價值，例如食品/藥品的成分，甚至珠寶的真偽，都逃不過該技術的法眼，而且只要短短幾秒就能得知分析結果。因此，半導體廠非常看好該技術在手機應用上的發展潛力，正積極克服技術與應用上的瓶頸。

由於光譜檢測可以在不破壞樣品的前提下檢測出待測物的物質成分，因此光譜儀一直是許多物質分析實驗室必備的基本儀器之一。不過，傳統光譜檢測儀為了盡可能從更大的波長範圍內取得物質的紅外線波長特徵，因此其光機系統設計相對複雜，設備尺寸很難縮小。
針對上述問題，德州儀器(TI)已利用其所發明的數位光源處理技術(DLP)大幅改良了光譜儀的光機設計，讓光譜儀變成可以放在口袋裡的小型儀器，成本也大幅降低。另一家類比晶片大廠亞德諾(ADI)則想得更遠，要將光譜檢測功能變成可以被整合到手機等行動裝置裡的超小型硬體模組。

亞德諾亞太區系統應用經理劉憲杰(圖1)表示，提到紅外線光譜檢測，業界總是會聯想到實驗室裡的光譜儀。但如果從光譜檢測技術的原理與光的物理特性出發，不要被傳統光譜儀的硬體框架限制住，就能開發出尺寸更小，可以被整合到手機等可攜式裝置的解決方案。

每一種物質遇到紅外線時，都會吸收特定波長的紅外線，這是紅外線光譜檢測技術之所以能用來檢測物質成分的基本工作原理。但事實上各種物質除了會吸收一種特定波長的紅外線之外，同時也會吸收該特定波長的倍數波長。換言之，如果用頻域的角度來看，當一個物質被紅外線照射到時，除了對應的主頻會被吸收外，正好位在諧波頻率的紅外線也會被吸收，其概念就像電子訊號的主頻與諧波。

因此，如果光譜檢測設備探測到某種諧波存在，一樣可以確定某種對應物質存在。這對設計微型紅外線光譜檢測設備而言是一大福音，因為這意味著設備不一定要具備非常寬廣的頻寬，也足以檢測出各種物質。這種「窄頻」光譜儀的光機跟感測系統設計可以大幅簡化，尺寸也明顯縮小。亞德諾與Consumer Physics合作開發的SCiO紅外線物質感測裝置，就是這種窄頻光譜感測裝置(圖2)。


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