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射頻識別技術(shù)（RFID） 2.4二維碼技術(shù) 2.5無線視頻監(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，以便進行處理和分析。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，而信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路則對電信號進行調(diào)制，輸出可供后續(xù)應(yīng)用的信號。同時，轉(zhuǎn)換元件和信號調(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)用傳感器的分類方法眾多，用途、工作原理、輸出信號、制造工藝等都可以作為其分類方式，較常用的分類方式如表2-1所示。表2-1傳感器分類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，會依照設(shè)定的規(guī)則，把這些信息轉(zhuǎn)換為電信號，再進行輸出。主控設(shè)備接收到信號后對其進行處理分析，提取有價值的數(shù)據(jù)，再通過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)境檢測對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影響傳感器的監(jiān)測結(jié)果。傳感器的檢測數(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)過專業(yè)處理，萬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)測性能不可靠，缺乏實用價值。當(dāng)前我國市場上大多數(shù)傳感器存在這類問題，屬于三無器件：無計量校準(zhǔn)測試、無第三方性能測試報告、無認證報告和數(shù)據(jù)。因此，這類傳感器難以滿足應(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)狀我國對傳感器的需求巨大，市場規(guī)?？蛇_數(shù)百億元。然而，國內(nèi)生產(chǎn)的傳感器普遍存在靈敏度、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性等問題，導(dǎo)致無法滿足需求。主要原因包括國產(chǎn)傳感器在可靠性和穩(wěn)定性方面與國外產(chǎn)品差距較大，缺乏電子產(chǎn)品檢測標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)積累。此外，我國在校準(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。國內(nèi)制造傳感器所使用的材料和工藝相對滯后，缺乏MEMS技術(shù)、納米技術(shù)等應(yīng)用。與發(fā)達國家相比，我國在通信技術(shù)研究方面較為滯后，例如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，發(fā)達國家具有明顯優(yōu)勢。2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用2.傳感器產(chǎn)業(yè)化問題及解決策略（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)傳感器市場準(zhǔn)入門檻高，技術(shù)水平和開發(fā)程度滯后，資源配置不足，導(dǎo)致企業(yè)難以支撐長時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）對國外技術(shù)的依賴程度高。傳感器企業(yè)研發(fā)不足，高度依賴進口芯片，多模仿引進其他相關(guān)技術(shù)，尤其在農(nóng)業(yè)級傳感器方面。國內(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）市場競爭力不足。我國傳感器市場需求大，但國產(chǎn)傳感器只滿足一小部分需求。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，專業(yè)化企業(yè)不足3%。缺乏引領(lǐng)企業(yè)和國際品牌，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域主要依賴國外傳感器產(chǎn)品。（4）成本優(yōu)勢不明顯。國內(nèi)傳感器生產(chǎn)成本高，多數(shù)產(chǎn)品低端。提升技術(shù)水平需要進行工藝研發(fā)，資金需求大；在市場競爭中處于劣勢，收益稀缺，甚至虧損。傳感器生產(chǎn)成本供給不足，許多廠家未實現(xiàn)傳感器的機械化裝配，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，對智能化建設(shè)至關(guān)重要，應(yīng)受到充分重視。然而，實際情況與此相反。在20世紀(jì)80年代初，國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。國家對傳感器產(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)用為了改變國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)相對落后的局面，可從以下幾方面入手：（1）政策與管理方面。政府強化傳感器產(chǎn)業(yè)支持，鼓勵增加研發(fā)投入，構(gòu)建完善的產(chǎn)業(yè)鏈和上下游機制，促使研發(fā)成果實際應(yīng)用。建立全面的傳感器產(chǎn)權(quán)保護制度，打擊侵權(quán)，保護研發(fā)人員權(quán)益。加強整體管理，確定主要管理部門，避免多頭管理弊端。（2）資金方面。國家設(shè)專項資金支持傳感器產(chǎn)業(yè)化，重點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)，促進集聚與效應(yīng)。樹立國際化意識，建設(shè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，研發(fā)具競爭力的中國傳感器。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。通過人才培養(yǎng)計劃，在高校設(shè)立傳感器相關(guān)課程。強化產(chǎn)業(yè)協(xié)會服務(wù)，提供市場推廣、技術(shù)信息。促進產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，建立國家級傳感器實驗室推動自主創(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)傳感器類型農(nóng)業(yè)傳感器主要有環(huán)境監(jiān)測類傳感器和生命信息感知傳感器兩類。環(huán)境監(jiān)測類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植物元素信息、畜禽生長體征信息（如體溫、血壓、脈搏）等，為分析生物生長狀況提供數(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)測設(shè)備。這些漁業(yè)傳感器監(jiān)測生物生長關(guān)鍵指標(biāo)，如溶解氧、水溫、pH等。然而，它們在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的實際應(yīng)用存在問題。首先是成本價格。這些傳感器是高精密儀器，大多從國外進口，價格昂貴，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1萬元以上，全套2～3萬元，對畝產(chǎn)純收入不足3千元、年純收入數(shù)萬元的養(yǎng)殖戶來說，傳感器價格較高，難以推廣使用。其次是行業(yè)性。當(dāng)前的農(nóng)業(yè)傳感器沒有專為水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)設(shè)計，因而在使用時存在差異。例如，哈希溶氧采用熒光法檢測，適用于自來水廠和污水處理廠，但在水產(chǎn)養(yǎng)殖中容易受到藻類和青苔的影響，影響水質(zhì)檢測效果。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。一些國內(nèi)廠家為養(yǎng)殖研發(fā)專用傳感器，國產(chǎn)高端水質(zhì)傳感器價格下降。然而，許多傳感器在初期相對準(zhǔn)確，但后期數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差。最后是維護問題。傳感器需要定期維護，不慎會導(dǎo)致探頭損壞，增加額外維修費用。不維護則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。因此，需要縮短維護周期，降低難度，以減少維護成本。以上問題未解決，難以推動養(yǎng)殖戶大規(guī)模使用傳感器，更無產(chǎn)業(yè)化。但值得注意：（1）潛在用戶需求大，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，對水產(chǎn)養(yǎng)殖大國需求巨大，是推動漁業(yè)用傳感器發(fā)展的前提。（2）研發(fā)時間成本和資源整合是挑戰(zhàn)。國內(nèi)起步晚，創(chuàng)新能力弱，但整合資源可快速推動行業(yè)發(fā)展。（3）剛開始起步，水產(chǎn)養(yǎng)殖適用高性價比傳感器空白，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，突破將帶來爆發(fā)式增長，2.1傳感器及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用3.國內(nèi)外農(nóng)業(yè)傳感器對比國內(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：（1）與進口傳感器相比，我國傳感器的監(jiān)測精度較低，通常僅有一種功能，易發(fā)生故障，性價比較低。（2）缺乏完善的通信技術(shù)支持，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)未能滿足通信需求，限制了傳感器覆蓋范圍和監(jiān)測精度的提升。（3）傳感器監(jiān)測參數(shù)有限，無法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對多樣化數(shù)據(jù)的需求，僅能完成簡單監(jiān)測，無法實現(xiàn)系統(tǒng)化監(jiān)測。（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，需要解決這一問題。（5）缺乏電磁兼容、環(huán)境可靠性測試應(yīng)用，未建立統(tǒng)一的傳感器安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)。（6）傳感器制造工藝基礎(chǔ)薄弱，需要開發(fā)基于納米技術(shù)、微機電系統(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)測環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、光照強度等，以實現(xiàn)科學(xué)調(diào)控培育環(huán)境。同時，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)境和生長相關(guān)信息，如離子敏傳感器測量土壤成分，傳感器獲取農(nóng)作物信息判斷成熟度，養(yǎng)殖中監(jiān)測環(huán)境、生物生長、產(chǎn)品質(zhì)量等。（3）農(nóng)業(yè)機械。農(nóng)機配備傳感器，如智能收割機可自動調(diào)節(jié)高度、去除雜質(zhì)，智能節(jié)水灌溉設(shè)備可自動調(diào)控灌溉，智能機器人可獨立完成農(nóng)業(yè)作業(yè)，提高工作效率。（4）農(nóng)產(chǎn)品分類與儲藏。農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分級也需要用到傳感器，通過傳感器測定產(chǎn)品中某些成分的含量，依據(jù)所得數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行分類。儲藏農(nóng)產(chǎn)品時利用傳感器監(jiān)測儲藏環(huán)境、識別變質(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)是一種用來檢測物質(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，通過檢測光譜特性來分析物質(zhì)特征，以比對拉曼光譜間的差異實現(xiàn)對不同物質(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，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?，F(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、農(nóng)業(yè)檢測等多個領(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，無需樣品預(yù)處理，快速檢測，廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和安全檢測。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。拉曼光譜技術(shù)可高效、便捷識別各類農(nóng)藥，提升檢測的細致性和準(zhǔn)確性，有助于防止不合格的農(nóng)產(chǎn)品進入市場。在農(nóng)藥殘留檢測中，傅里葉拉曼光譜技術(shù)和表面增強拉曼光譜技術(shù)常被使用。（2）畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測。畜產(chǎn)品拉曼光譜檢測研究涵蓋多方面，如結(jié)合拉曼光譜與主成分分析技術(shù)，差異化鑒別香腸來源；應(yīng)用拉曼光譜技術(shù)檢測乳制品中的三聚氰胺，通過光譜強度分析判斷濃度，確保產(chǎn)品質(zhì)量。（3）糧食質(zhì)量安全檢測。使用拉曼光譜技術(shù)對長時間存儲的糧食進行科學(xué)檢測，可及時發(fā)現(xiàn)變質(zhì)問題。結(jié)合差示掃描量熱技術(shù)，詳細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)進行比對，確保糧食安全。（4）農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)成分檢測。使用拉曼光譜技術(shù)檢測農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)元素含量，滿足消費者需求，防止過量攝入。該技術(shù)操作簡便、結(jié)果準(zhǔn)確，幫助生產(chǎn)者準(zhǔn)確掌握營養(yǎng)信息，實現(xiàn)有針對性的生產(chǎn)與銷售，提高經(jīng)濟效益。2.2拉曼光譜技術(shù)3.拉曼光譜技術(shù)農(nóng)業(yè)應(yīng)用存在的問題拉曼光譜檢測在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有高效率和強大的實用性，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，包括對光譜信號的處理方法，光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，以及數(shù)據(jù)庫的補充和更新。此外，還需豐富檢測方式和指標(biāo)，提升其適應(yīng)不同環(huán)境的穩(wěn)定性，從而擴展應(yīng)用范圍。在國內(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，需要加強設(shè)備研發(fā)，推動技術(shù)應(yīng)用推廣。2.3射頻識別技術(shù)（RFID）使用射頻識別技術(shù)能夠在不與物體接觸的情況下識別物體，并以電磁耦合（Electromagneticcoupling）的方式獲取目標(biāo)對象的信息。1.RFID的特征RFID技術(shù)有以下特點：（1）操作方便，可在幾厘米至幾十米的距離實現(xiàn)高效信息傳遞，同時能夠同時識別多個物體，效率高；（2）標(biāo)簽容量大，存儲信息量可達幾兆字節(jié)，遠超過條碼；（3）安全性高，可通過循環(huán)冗余檢查和數(shù)據(jù)加密保護信息，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)由射頻識別標(biāo)簽、射頻讀寫器和信息系統(tǒng)組成。每個射頻標(biāo)簽帶有EPC編碼，包括天線和芯片，用于存儲物體信息。射頻讀寫器負責(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)向讀寫器發(fā)送指令，同時接收、分析和管理讀寫器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。2.3射頻識別技術(shù)（RFID）（2）工作原理。RFID系統(tǒng)的工作原理如圖2-3所示。射頻讀寫器通過天線發(fā)送射頻信號與射頻識別標(biāo)簽實現(xiàn)非接觸耦合（NoncontactCoupling），驅(qū)動射頻識別標(biāo)簽通過內(nèi)部天線發(fā)送數(shù)據(jù)信號，射頻讀寫器依序接收信號并進行解碼，校驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性后將其發(fā)送至信息系統(tǒng)進行進一步處理。圖2-3RFID系統(tǒng)工作原理2.3射頻識別技術(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)，通過閱讀器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的精細管理。（2）畜禽養(yǎng)殖管理。為每頭豬佩戴唯一編號的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)實現(xiàn)信息關(guān)聯(lián)，提高養(yǎng)殖過程的追溯和管理效率。（3）農(nóng)產(chǎn)品溯源。運用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)庫技術(shù)建立溯源系統(tǒng)，實現(xiàn)對農(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)字化編碼和自動識別技術(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、容錯能力等方面有所提升，廣泛應(yīng)用于移動支付、電子證照、產(chǎn)品溯源等場景。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)是以二維碼存儲和表示信息的計算機信息系統(tǒng)，由二維碼生成設(shè)備、二維碼標(biāo)簽、二維碼識讀設(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、條碼質(zhì)量、識讀設(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，二維碼識讀設(shè)備進行掃碼、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)查詢和共享效率。在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通過程中，各環(huán)節(jié)依次將農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及流通的相關(guān)信息存儲至二維碼中，生成二維碼標(biāo)簽，隨農(nóng)產(chǎn)品流向市場。當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品最終到達消費者手中時，消費者通過條碼識讀器掃描二維碼，即可查看農(nóng)產(chǎn)品的原始生產(chǎn)流通信息。2.5無線視頻監(jiān)控?zé)o線視頻監(jiān)控是將監(jiān)控技術(shù)與無線傳輸技術(shù)結(jié)合，通過無線傳輸傳遞監(jiān)控信息，解決了傳統(tǒng)布線復(fù)雜的問題。1.無線視頻監(jiān)控的特點（1）成本低。無線監(jiān)控?zé)o需電纜，減少了材料和施工成本。系統(tǒng)簡單，故障率低，維護成本由網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商負責(zé)，因此維護成本低。（2）實用性強。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)，具有強大實用性。（3）擴展、移動方便。增加監(jiān)控點只需增加設(shè)備，無需新建傳輸網(wǎng)絡(luò)；改變監(jiān)控點只需移動設(shè)備；用戶可通過移動設(shè)備實現(xiàn)異地全天候監(jiān)控。（4）網(wǎng)絡(luò)信號易受影響。無線系統(tǒng)優(yōu)勢顯著，但容易受天氣、建筑物遮擋等影響，信號強度降低，同時容易受其他無線信號干擾。2.無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)（WirelessVideoMonitoringSystem）由信息采集、無線傳輸和信息管理組成，其中攝像頭是基礎(chǔ)設(shè)備，無線傳輸系統(tǒng)采用Wi-Fi、4G、5G等技術(shù)，信息管理系統(tǒng)負責(zé)接收、存儲、處理監(jiān)控信息。然而，無線視頻監(jiān)控也受到天氣和信號干擾等影響。2.5無線視頻監(jiān)控3.無線遠程多節(jié)點視頻監(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、難以維護的問題。Wi-FiP2P模式依賴于光纖電纜，限制了農(nóng)業(yè)圖像和視頻數(shù)據(jù)的采集。為解決問題，無線遠程多節(jié)點視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用MeshWLAN組網(wǎng)技術(shù)，通過無線通信和點對多點無線技術(shù)實現(xiàn)大范圍的無線遠程視頻監(jiān)控。系統(tǒng)利用信號頻率調(diào)制解調(diào)技術(shù)減少設(shè)備之間的無線干擾，顯著降低了設(shè)備成本。用戶通過手機、平板、筆記本等設(shè)備實時查看監(jiān)控信息，系統(tǒng)管理員可通過平臺發(fā)送操作指令，實現(xiàn)對分布在固定區(qū)域的節(jié)點的控制。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，采用多點組網(wǎng)方式進行遠程監(jiān)控，通過MeshWLAN網(wǎng)絡(luò)傳送監(jiān)控視頻信號至網(wǎng)絡(luò)中心。網(wǎng)絡(luò)中心配備多通道硬盤錄像機和大容量存儲系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控視頻的存儲和管理。網(wǎng)絡(luò)中心還使用無線控制器或集中式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對無線WLAN設(shè)備進行統(tǒng)一管理，從而實現(xiàn)對監(jiān)控設(shè)備的遠程管理。2.5無線視頻監(jiān)控?zé)o線遠程多節(jié)點視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實時、直觀、詳細地對監(jiān)控信息進行記錄，方便相關(guān)人員進行管理，該系統(tǒng)主要具有以下特點：（1）通過無線網(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）不需要實地布線，使得監(jiān)控材料、設(shè)備安裝、設(shè)備維護等成本均有所降低。（3）數(shù)字視頻監(jiān)控設(shè)備可通過IP基礎(chǔ)實現(xiàn)全球通信，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。（4）采用MeshWLAN自組網(wǎng)方式，具有高效統(tǒng)一管理和實時網(wǎng)絡(luò)修復(fù)的優(yōu)勢。（5）支持WLAN的IP攝像機采集和處理視頻信息，可以通過Wi-Fi或無線網(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年推出北斗三號系統(tǒng)，服務(wù)范圍逐步擴大。系統(tǒng)構(gòu)成包括空間段、地面段和用戶段?？臻g段由GEO、IGSO、MEO三種衛(wèi)星組成，提供定位導(dǎo)航授時功能；地面段包括主控站、注入站、監(jiān)測站等地面設(shè)施；用戶段由基礎(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，通過衛(wèi)星發(fā)射信號和導(dǎo)航電文，用戶接收設(shè)備同時獲取至少三顆衛(wèi)星信號，測量信號傳輸距離，通過星歷確定衛(wèi)星空間坐標(biāo)，最終解算用戶設(shè)備位置。系統(tǒng)可用于定位、測速、授時，全球范圍內(nèi)定位精度優(yōu)于10m，測速精度優(yōu)于0.2m/s、授時精度優(yōu)于20ns。此外，北斗系統(tǒng)還提供短報文通信、國際搜救、星基增強、精密單點定位、地基增強等服務(wù)。短報文通信是北斗系統(tǒng)特有功能，包括亞太區(qū)域和全球短報文通信，通過衛(wèi)星信號傳輸信息，即使通訊、供電條件受影響，仍能滿足通信、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，實時獲取經(jīng)緯度信息，自動計算農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，建立產(chǎn)量分布圖。（2）采集農(nóng)田、