怎样看待国外农业物联网技术及应用发展

农业物联网技术前景广阔_农业滚动_新浪财经_新浪网
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农业物联网技术前景广阔
  物联网技术已被应用于我国农业领域
  “十二五”规划已将物联网列为重点发展的7大战略性新兴产业之一,我国的物联网技术很快就会进入高速发展时期
  专家认为,物联网技术在农业领域应用前景广阔,但是若要得到大规模普及,则必须建立统一的技术标准。
  效率与资源
  物联网尚没有一个公认的定义,比较广泛的解释是,把感应器嵌入电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、油气管道等物体中并构成物联网,然后将物联网与现有的互联网整合起来,实现人类与物理系统的结合。
  在物联网中,功能强大的中心计算机可以对网络内的机器、设施等进行实时的监控和管理,在此基础上,人类可以更加精细和动态地管理生产生活,达到“智慧”的状态,提高生产效率和资源利用率。物联网是互联网的延伸和扩展,有所不同的是,互联网解决的是人与人的信息沟通问题,而物联网解决的是对物理系统的智能化管理和控制问题。
  国家农业信息化工程技术研究中心研究员郑文刚说,我国农业的现实情况是生产效率相对低下,自然资源特别是水资源缺乏。我国人均水资源占有量是2200立方米,这与国际严重缺水警戒线的1760立方米接近,农业用水占总用水量的70%。与此同时,我国每立方米水生产的粮食不足1000克,而发达国家可以达到2000克以上。另外,我国农业自动化水平低,对劳动力的需求量高于发达国家。这样的现实说明,我国亟需通过发展农业物联网技术来提高生产效率和节约资源。
  郑文刚说,经过多年发展,发达国家的农业物联网已具备雏形,并展现出令人震撼的能力。比如在欧美国家,2名工人可以喂养和管理约200头奶牛,3名工人可以喂养和管理约6000只猪,6名工人可以种植8万平方米菜地。与国外先进水平相比,我国的农业物联网技术还处于起步阶段,在核心技术积累、传感器测量精度、产品可靠性等方面都存在较大差距,远未真正实现产业化。
  保障食品安全
  除提高农业生产效率和节约资源外,保障食品安全也是物联网技术的一项重要功能。
  国家农业信息化工程技术研究中心副研究员孙传恒说,食品安全问题难以解决,究其原因,主要是因为食品在被消费者食用前,需经历播种、施肥、收割、储存、运输、加工等环节,一旦发生安全问题,很难确定是哪一个环节出了问题,因而也就更难以追查到责任人。
  “利用物联网技术对的生产、运输、加工等环节进行全程监控是解决这一难题的有效途径。”孙传恒说,“这需要依靠RFID(射频识别)、GPS(全球定位系统)、GIS(地理信息系统)、红外传感器等技术和设备对食品全生命周期的生长环境、运输过程、加工条件等信息进行全方位搜集,最后将全部信息汇集到贴在食品上的二维码里。如果出现安全卫生问题,只需扫描一下二维码,便能查出食品经历的所有环节的详细信息,从而及时根除祸源,且追究相关人员责任。”
  统一标准
  与会专家普遍认为,我国农业物联网还处在探索阶段,仍需克服众多困难,其中标准不统一是最大瓶颈,亟待突破。
  国家农业信息化工程技术研究中心研究员陈天恩说,2011年,全国就有28个省市把物联网作为重点发展的新兴产业之一,超过18个一级城市提出了“智慧城市”规划建设方案,可见从中央到地方都高度重视物联网的发展。但是,标准的缺失制约我国农业物联网的发展,包括农业专用传感器的标准化不足,农业传感网建设缺乏统一的指导标准,以及上层应用随意性大导致融合困难,往往形成信息孤岛。
  陈天恩说,标准的缺失使得农业物联网规模化应用受到制约:第一,它造成设备不能互相兼容,互换性和互操作性差,影响了生产效率;第二,物联网产品缺少统一参数指标,无法保证产品质量;第三,框架标准的缺失影响了基础通信设施的资源共享,导致设施冗余和浪费;第四,没有统一标准的系统设备之间容易相互冲突和干扰;第五,应用系统无法共享数据信息,重复建设现象严重。因此,建设统一标准已经成为农业物联网实现规模化应用必须首先解决的重大战略问题。
  “建设统一的先进物联网标准也是增强我国国际竞争力的绝佳机会。”陈天恩说,“目前,国际标准化组织(ISO)的标准有13500多项,国际电工委员会(IEC)的标准有4000多项,总共17500多项,其中由我国起草批准的标准只有10余项,这与我国的综合国力极不相称。”
  陈天恩坦言,随着经济全球化,关税壁垒和传统非关税壁垒的地位被削弱,技术标准壁垒逐渐成为一种新型贸易壁垒,常常被发达国家作为贸易保护的工具。因此,要想改变在国际贸易中的不利地位,就必须成为标准的制定者。可是,作为一种全新的事物,物联网尚没有统一的国际标准,我国必须牢牢把握这一大好时机,加紧制定物联网标准,争夺国际话语权。 据新华社
  北京市科委于2011年启动实施了 “农业物联网关键技术集成与应用示范”重大项目。支持国家农业信息化工程技术研究中心等单位开展农业物联网关键技术集成研究,并在农产品流通领域应用示范。
  项目突破了农产品生产和流通中的信息感知、传感器集成、数据交换与共享、信息智能决策与管理四大关键技术,在新发地和京东商城等农产品物流环节,以及延庆绿富隆有机蔬菜基地和金六环农业示范园等农产品生产基地的应用示范,搭建了农业物联网技术应用支撑平台,实现了农产品在“生产基地―批发市场―超市”的全程供应链物联网技术监管和农产品质量安全保障。
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国内外物联网发展现状及存在问题  来源:物媒体  作者:
几年前IBM率先提出了“服务科学管理与工程”(SSME),对一些工业已经较发达国家的经济结构转型起到了积极作用。当然对IBM本公司的发展也起了不小作用。我国从国家经济发展的角度提出以科学发展观理论指导做好经济结构调整和转型,并及时地提出了努力发展我国现代服务业,几年来我国在该领域已取得不少成果。
这一次又是IBM它提出“智慧地球、物联网和云计算”,它打动了美国政府。不少专家认为,这次由美国引发的世界性经济风暴,美国若无创新的技术出现和支撑,很难让美国的经济顺利复苏。更不可能达到风暴前的称王称霸的地位。因此美国的奥巴马政府不仅对IBM的“智慧地球、物联网、云计算”给予高度重视,更提出要关注全球互联网的管理和安全问题。可见这些内容已纳入美国新的国策。目的是用这些创新技术以求得新的经济复苏。
我国不失时机的提出了发展物联网,提出“感知中国”,“感知城市”,也是为了推动我国的经济发展和结构调整与转型,同样我国也要占据人类未来发展的方向的制高点。本文将先讨论一下何为“物联网”,然后讨论国内外物联网发展状况。最后讨论一下现代服务业与物联网的关系。
(一).何为物联网
现在对物联网的定义至少有几十种,都是不同领域专家从不同领域定义的,我们选几种有代表性的供大家参考:
1.英语中“物联网”一词:InternetofThings,可译成物的互联网。
2.2005年ITU关于物联网概念:是一个具有可识别,可定位的传感网络。
3.物联网是一个概念:指的是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器与互联网结合起来。其目的是把所有物品连接在一起。
4.经过接口与无线网络(也含固定网络),把物体与物体之间的实现沟通和对话,人与物体之间实现沟通与对话。能实现上述功能的网称为物联网。
5.作者比较赞成一种基于泛网及其多制式、多系统、多终端等综合的物联网的定义——或称为广义物联网定义:在广义物联网中不仅是M2M(机器与机器),也包括机器与人(M2P)、人与人(P2P)、人与机器(P2M)之间广泛的通信和信息的交流。而在这个物联网中的机器(M),可以定义成网上所采用的可获取各类信息的终端,它们可以是传感器、RFID(有源、无源)、手机、红外感应器、PC、摄像头、电子望远镜、GPS等终端。此外也会有一些人工智能的终端。总之可以感知到人类需要的各种信息的终端,都会被连接到泛网上,这里所说的泛网,几乎囊括了当代各种信息通信网络,不仅仅是互联网(固定、移动)也包括如电信固网、无线移动网、互联网、广电网和各种其它专网。并靠这些网络的整合把各种终端和人联系在一起,构成了一个任何时间、任何地点可以取得任何服务的物联网。物联网最终目的是为人类提供各种现代化服务。
过去电信网曾被专家定义为“makepeopletogether”(把人联接在一起)而从泛网角度理解物联网则是“makeeverythingandpeopletogether”(把任何物和任何人都联接在一起的网——通过各种信息通信网络)可见它是互联网和电信网及专网的延伸。
由此可见我们发展物联网是应用信息通信技术(ICT)来整形经济,促进经济社会发展的重要战略。
这种广义的物联网定义,并非低估了传感网,因为传感网它综合了传感器、嵌入式技术、网络技术、分布式信息处理技术从而通过自组织和协作方式实时监测感知和采集各类监测对象的数据和信息。成为物与物、人与物连接的桥梁,它是广义物联网的重要组成部分,也是物联网中最早应用的一部分。
(二).国内外物联网发展现状及存在问题
从国际上看,欧盟、美国、日本等国都十分重视物联网的工作,并且已作了大量研究开发和应用工作。如美国把它当成重振经济的法宝,所以非常重视物联网和互联网的发展,它的核心是利用信息通信技术(ICT)来改变美国未来产业发展模式和结构(金融、制造、消费和服务等),改变政府、企业和人们的交互方式以提高效率、灵活性和响应速度。把ICT技术充分用到各行各业,把感应器嵌入到全球每个角落,例如电网、交通(铁路、公路、市内交通)等相关的物体上。并利用网络和设备收集的大量数据通过云计算、数据仓库和人工智能技术作出分析给出解决方案。把人类智慧赋予万物,赋予地球。他们提出“智慧地球、物联网和云计算”就是美国要作为新一轮IT技术革命的领头羊的证明。按欧盟专家讲,欧盟发展物联网先于美国,确实欧盟围绕物联网技术和应用作了不少创新性工作。在北京11月全球物联网会议上,他们介绍了《欧盟物联网行动计划》(Internetofthings—AnactionplanforEurope)其目的也是企图在“物联网”的发展上引领世界。在欧盟较为活跃的是各大运营商和设备制造商,他们推动了M2M(机器与机器)的技术和服务的发展。
我国在“物联网”的启动和发展上与国际相比并不落后,我国中长期规划《新一代宽带移动无线通信网》中有重点专项研究开发“传感器及其网络”,国内不少城市和省份已大量采用传感网解决电力、交通、公安、农渔业中的“M2M”等信息通信技术的服务。
作为国家层面成立了《传感器的网络标准工作组》。而中国通信标准化协会也启动了基于互联网的物联网和基于电信网的物联网的相关标准和研究课题的申报工作。中国的几大电信运营商积极投入“物联网”的技术开发和应用的工作:物流信息化、公交视频化、校讯通、农村信息化、渔牧业监控、水文水质等。
在温总理关于“感知中国”的讲话后我国“物联网”的研究、开发和应用工作进入了高潮,江苏省无锡市一马当先率先提出建立“感知中国”研究中心,中国科学院、运营商、知名大学云集无锡共同协力发展我国的物联网。
当然这种一哄而起必然要有一个自然淘汰的过程,目前我国发展物联网上还有不少必须克服的问题才能健康的发展。现在处处都在搞“物联网”,大量重复性工作,浪费了人力、物力,急需国家作出发展规划统一协调,同时实现相关领域的标准化和研究可持续发展的发展模式,寻求规模经济,在感知、传输和应用上构成新的物联网的生态链向现代服务业方向发展。当然国家层面一开始就要注意物联网的安全、可信、隐私等重大问题,只有这样才能健康发展。
(三).现代服务业与物联网
如前所述,现代服务业是从产业发展的角度提出的,它是属于农业、工业发达之后而产生的服务业的范畴。它利用了信息通信技术和现代管理理论改造,提升传统服务业或利用高新技术(特别是信息通信技术)和创新模式发展新的业态。物联网是从传感器、传感网技术和产业逐步发展而来。它包含了器件、网络、传输到应用的一种新的技术和应用领域。它的应用和服务内容即为现代服务业,是采用高新技术而产生的新的服务业态——现代服务业。
而现代服务业中的金融、咨询、品牌及设计、保险等,如不涉及“物与物”“物与人”的信息沟通的部分将不属于物联网。
总而言之,由于物联网是基于现代高新技术,而提供的服务内容应属现代服务业,从发展服务产业角度看,物联网也是我国发展现代服务业的重要组成部分,而它所包涵的微纳制造技术、仪表及测试设备、各种信息通信网的制造和工程,则属先进制造业。可以以下图作一简略说明:黄色的圆是现代服务业,灰色的圆是物联网,二者的交集是褐色。物联网包含两部分:纯灰色部分为先进制造业,而物联网提供各种服务(即交集部分)属现代服务业。
可见努力发展现代服务业和发展物联网的目标是完全一致的。二者是相互促进,相互补充的。最终目标是把我国经济发展提到一个新的高度,把我国现代服务业推向一个新的水平。
关键词:物联网 现状 问题 分析农业物联网平台的研究与实现--《北京邮电大学》2014年硕士论文
农业物联网平台的研究与实现
【摘要】:近年来,互联网行业得到突飞猛进的发展,物联网技术得到了更加广泛的应用。现如今,物联网技术已经在人类的生产、生活的多个领域发挥重要作用。
本文分折了物联网技术给各行各业带来的发展、机遇以及遇到的瓶颈,通过了解国内外目前物联网技术发展的情况以及农业物联网的发展背景,研究和实现了农业物联网平台系统。
系统针对农业大棚具有的地域广阔,分布分散,种植物种类多样性等众多特点,通过将互联网平台中的各种数据处理技术运用到农业物联网平台系统中,从而实现实时大棚数据采集信息并发送到数据控制中心,有效处理大棚内传感器节点采集的各项环境数据以及快速的响应用户的各种请求,从而达到实时检测农业大棚环境状态的目的,保证农作物的正常生长,提高其产量。
论文分析了平台系统的数据采集、数据存储、平台服务接口定义、性能稳定等需求。使用传感器节点采集环境因子数据,通过网络将数据发送到平台进行处理,同时提供各种前端服务接口。从而可以满足各种客户端的需求,实现了模块之间的低耦合,同时确保系统内数据的稳定传输。论文给出了平台的实现背景和意义,然后对平台进行了需求分析、设计和实现,并通过测试验证了平台功能的正确性。最后,对平台的不足和后期工作进行了描述。
【关键词】:
【学位授予单位】:北京邮电大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2014【分类号】:TP391.44;TN929.5【目录】:
摘要4-5ABSTRACT5-7目录7-10第一章 绪论10-15 1.1 课题的研究背景及意义10-13
1.1.1 物联网的发展背景10-11
1.1.2 农业物联网平台的发展背景11-13 1.2 论文的主要工作13 1.3 论文的结构13-14 1.4 本章小结14-15第二章 相关技术介绍15-24 2.1 物联网技术15-18
2.1.1 物联网的概念15
2.1.2 物联网的基本特征15-16
2.1.3 物联网应用层关键技术分析16-18
2.1.4 物联网平台的设计原则18 2.2 反向代理18-20 2.3 数据库切分(Shard)20-21
2.3.1 数据库切分的概念20
2.3.2 数据库切分的场景20-21
2.3.3 数据库切分的方式21 2.4 Spring MVC框架21-22 2.5 ZigBee无线网络技术简介22-23 2.6 本章小结23-24第三章 平台需求分析24-33 3.1 平台概述24-25 3.2 平台需求分析25-32
3.2.1 数据采集25-26
3.2.2 数据查询26-27
3.2.3 数据控制27-31
3.2.3.1 平台数据管理28-30
3.2.3.2 平台数据监控30-31
3.2.4 平台管理31-32
3.2.4.1 权限控制31-32
3.2.4.2 日志系统32
3.2.4.3 平台监控32 3.3 本章小结32-33第四章 平台总体设计33-43 4.1 平台总体结构设计33-35 4.2 数据采集模块设计35-36 4.3 数据查询模块设计36 4.4 数据控制模块设计36-38
4.4.1 平台数据管理模块36-37
4.4.2 平台数据监控模块37-38 4.5 平台管理模块设计38-39 4.6 数据库表设计39-42 4.7 本章小结42-43第五章 平台详细设计与实现43-66 5.1 平台开发环境介绍43 5.2 采集模块的设计与实现43-45
5.2.1 传感器节点介绍43-44
5.2.2 大棚数据传输的设计与实现44-45 5.3 数据查询模块的设计与实现45-53
5.3.1 前端服务接口45-51
5.3.2 请求处理部分的实现51-53 5.4 数据控制模块的设计与实现53-60
5.4.1 数据管理功能设计与实现53-58
5.4.1.1 环境采集数据处理功能53-54
5.4.1.2 数据处理流程设计54-56
5.4.1.3 数据优化设计56-58
5.4.2 数据监控功能设计与实现58-60 5.5 平台管理模块详细设计与实现60-61
5.5.1 平台监控60
5.5.2 日志系统60-61 5.6 平台客户端的设计与实现61-65
5.6.1 平台客户端(PC版)61-64
5.6.1.1 PC客户端功能介绍61-63
5.6.1.2 客户端功能实现核心代码63-64
5.6.2 平台客户端(移动版)64-65 5.7 本章小结65-66第六章 系统测试66-69 6.1 功能测试66-67 6.2 性能测试67-68 6.3 本章小结68-69第七章 总结与展望69-71 7.1 总结69-70 7.2 课题展望70-71参考文献71-73致谢73-74攻读学位期间发表的学术论文74
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国外农业物联网技术发展和对我国的启示文章来源:中国科学院院刊 作者:【未知】 点击:次 时间:
随着信息技术和计算机网络技术的发展,物联网已经走进了农业生产的各个领域。国际电信联盟认为,物联网是通过智能传感器、射频识别(RFID)设备、全球卫星定位系统(GPS)等信息传感设备按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。近年来,随着现代农业自动化需求的不断增长和信息技术的发展,农业物联网在物理感知、数据传输、智能处理、应用服务等领域取得了重要进展。
近年来,世界农业物联网技术不断发展,在农业物联网感知技术、数据传输技术、智能处理技术等方面取得了很大的进展
一、农业物联网感知技术取得重要进展
随着传感技术、数字技术、互联网技术的快速发展,采用新材料、新机理、新工艺的新型传感器不断涌现,实现了高灵敏度、高适应性、高可靠性并向嵌人式、微型化、模块化、智能化、集成化、网络化方向发展。美、德、日等工业发达国家在传感器技术与制造工艺方面处于国际领先地位。从近两年国际工业展览会展出产品和国际知名厂商技术发展状况分析可以看出,传感器技术的发展趋势是:数字补偿技术、网络化技术、智能化技术、多功能复合技术。同时技术参数指标更加严格,制造工艺更加精细,补偿工艺更加完善外观质量更加精美。
从国际整体发展状况来看传感器技术主要有以下几方面的发展趋势:
一是本身变革的个方向:微型化、智能化和可移动性;
二是运用新原理、新结构、新材料,以实现微功耗、低成本、高可靠性等参数指标的提升;
三是研发更高技术和创新类产品,并重视产业化技术,如地震、飓风等自然灾害预报与监测类传感器产品。
(一)农业传感器微型化取得成效
纳米传感器有望为粮食问题做贡献。英国环境、食品和农村事务大臣希拉里本表示,纳米技术将具有真正的潜力,帮助满足人口快速增长的对世界粮食的需求,它不仅将使包装食品的保存时间大大延长,还能促使作物的生长。在美国还有多项试验考察研制纳米传感器,这种可植入牲畜体内的传感器能够在疾病感染整群牲畜之前将其检测出来。纳米技术在纳米水平上取得的新突破有助于研制出用于防止食品和饮料受到致命细菌污染或阻止氧气进人容器内的塑料包装。该技术还将用于丰富食品的营养并保持食品中通常会随时间流失的维生素含量。农民还可利用该项技术确保在恰当的时间为作物缓慢地释放化肥,积极探査来自病虫害或污染物的威胁。
美国制成新型生物传感器。美国普渡大学等机构的研究人员制成了新型生物传感器,能够探测出人体唾液和眼泪中极低的葡萄糖浓度。该项技术无需过于繁复的生产步骤,从而可降低传感器的制造成本,并可能帮助消除或降低利用针刺进行糖尿病测试的几率。相关研究论文发表在《先进功能材料》杂志上。新型生物传感器包括3个主要部分:石墨烯制成的纳米片层、铂纳米粒子和葡萄糖氧化酶。其中的纳米片仿效微小的玫瑰花瓣每片花瓣上均包含着多个堆叠的石墨烯层。花瓣的边缘也悬挂着不完整的化学键使铂纳米粒子可以附着在这里。纳米片和铂纳米粒子相结合能够形成电极,随后葡萄糖氧化酶也可附着在铂纳米粒子上。酶能将葡萄糖转化为过氧化物,并且在电极上产生一个信号。通常情况下在获得具有纳米结构的生物传感器成品前需要经历复杂的处理步骤,其中包括光刻、化学处理、蚀刻等。而这些纳米片花瓣的好处就是,它们能够在任一表面上生长,也无需经历这些步骤因此可称得上是商业化的理想选择。这种探测器能探测到浓度为0.3微摩尔的葡萄糖,比其他基于石墨烯、碳纳米管或金属纳米粒子等材质的电气化学生物传感器更为敏感。这项技术有望在农产品葡萄糖含量精确检测中推广应用。
(二)农业传感器智能化获得突破
德国开发出可闻出水果成熟度的仪器。德国弗劳恩霍夫分子生物学和应用生态学研究所日前发表公报说,该所研制了一种特殊的仪器其核心技术是用金属氧化物气敏传感器去检测水果释放出的特殊气味,最后分析判断出水果的成熟度。这种仪器的具体工作过程是,先用高分子分离柱将待测水果的气味提纯再让带有这一气味的气体通过温度达300-400°C的传感器,使其内的金属氧化物与气味进行反应最后仪器根据反映状态自动分析出水果的成熟度。初步试验显示,这种仪器与食品实验室中专用测量仪的检测效果一样精确。利用这种仪器,大宗水果批发商将可以直接在仓库中高效监测计划出售水果的成熟度。
美国科罗拉多大学的科学家日前研制出智能微芯片,可置于植物叶片上,这种智能芯片类似夹式耳环,比邮票还要轻薄,贴在植物叶片上,当植物需要水时,会向农户的手机发送信息需求。采用此法可以省水省时省钱,可减少植物生长所需的10%-40%的水量,每年为农户节省几千美元。
(三)农业传感器可移动化成为主流方向
韩国研究人员日前宣布,他们发明了一种小型生物芯片传感器,可快速、准确地对食品和环境污染进行检测。韩国生命科学和生物技术研究所的研究人员研发的生物芯片传感器利用表面等离子共振技术,即通过接收被扫描物体表面反射的激光共振信号来辨别分子层的结构,从而检测被测对象的DNA和蛋白质是否受到污染。这种便携式新型装置可进行“即时检验”,大大提高了检测效率。
美国专家研究RFID和传感器保障农业食品安全。美国几家大学组成的研究团队在美国农业部国家食品安全资金项目支持下,预计用3年时间研究采用感应器追踪供应链中多叶绿色蔬菜温湿度状况。研究人员将在运输卡车内的农产品货箱里安装感应器,监测温湿度水平,波动的发生时间以及它们如何对零售的农产品上的大肠杆菌或其他病原体的产生可能造成的影响。研究人员还希望利用研究结果为包装、配送专业人士提供培训,通过监测运输和配送过程中的新鲜食品,防止食源性致病菌的产生。
从国外传感器产业化技术成熟性角度分析来看,主要呈现出以下主要发展特征:
第一,重视基础技术、基础工艺和共性关键技术的研究,保证基础技术与基础工艺处于世界领先地位。
第二,重视制造工艺技术和装备研究与应用。配置优良的工艺装备和检测仪器,特别是智能化工艺设备确保工艺装备的先进性。
第三,重视新产品和自主知识产权产品的开发,增强核心竞争力。瞄准全球传感器技术和市场的发展潮流与战略前沿,确定研究课题和产品开发方向。
第四,重视传感器的可靠性设计、控制与管理,严格设计符合性控制和工艺可靠性控制,有效地提高产品生产成品率。& 1
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