物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶樹病蟲害防治中的探討

徐德良 王敏鑫 邵元海

(1.江蘇省茶葉研究所; 2.國家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系無錫綜合試驗站)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶樹病蟲害防治中的探討

徐德良1,2王敏鑫1邵元海1,2

(1.江蘇省茶葉研究所; 2.國家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系無錫綜合試驗站)

本文首先對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)涵以及它對信息感知的方法進行了概述；闡述了物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)病蟲害防治中的作用，主要通過農(nóng)業(yè)病蟲害的監(jiān)測系統(tǒng)，即采用設(shè)立傳感器節(jié)點等技術(shù)進行病蟲害信息的采集和監(jiān)測；最后對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶樹的病蟲害防治中的應(yīng)用提出了設(shè)計與構(gòu)想，分別從物聯(lián)網(wǎng)角度和公共服務(wù)平臺角度提出了三個層次和三種系統(tǒng)。

茶樹；病蟲害；物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后的第三次信息技術(shù)革命，被稱為未來信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域競爭的制高點和產(chǎn)業(yè)升級的核心動力。在我國，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也受到政府的高度重視，2010年我國將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)提升為國家戰(zhàn)略[1]。據(jù)預(yù)測，在未來10年內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用將滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市、交通、環(huán)保、氣象、水利、物流、安全、家具等領(lǐng)域，將被視為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟增長點[2]。

農(nóng)業(yè)作為關(guān)系著我國國計民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其信息化、智能化的程度非常重要。目前，物聯(lián)網(wǎng)已廣泛地滲透于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，主要包括農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)監(jiān)控[3]、農(nóng)業(yè)資源環(huán)境監(jiān)測[4]、土壤養(yǎng)分監(jiān)測[5]和病蟲害監(jiān)測等[6]。本文以物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)病蟲害防治中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，闡述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶樹病蟲害防治中的理論構(gòu)想，并對其面臨的主要問題進行分析討論。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過射頻識別(RFID)、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[7]，因此又稱其為“物物互聯(lián)”。

物聯(lián)網(wǎng)對于信息的感知，主要通過兩種方法，一是通過射頻識別技術(shù)進行感知，并將信息傳送到計算機信息管理系統(tǒng)，二是通過設(shè)立傳感器節(jié)點將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)，通過Internet或者移動通信網(wǎng)絡(luò)等與計算機監(jiān)控中心進行通信[6]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)病蟲害防治中的應(yīng)用

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要運用于農(nóng)業(yè)病蟲害信息監(jiān)測系統(tǒng)，通過物聯(lián)網(wǎng)病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的害蟲信息開展病蟲害的防治?；谵r(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)的特殊性，主要采用第二種方法，也就是設(shè)立傳感器節(jié)點等技術(shù)進行病蟲害信息的采集和監(jiān)測。該系統(tǒng)以傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)智能化處理技術(shù)形成一整套農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要分為三個網(wǎng)絡(luò)層：監(jiān)測區(qū)信息采集終端即網(wǎng)絡(luò)感知層、監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)終端處理層。網(wǎng)絡(luò)感知層主要通過傳感器節(jié)點定時對監(jiān)測區(qū)域進行病蟲害數(shù)量的檢查，并將采集到的信息通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)；監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)層利用通信網(wǎng)絡(luò)，即Internet、移動通信網(wǎng)等將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行模粩?shù)據(jù)終端處理層即無線通信網(wǎng)絡(luò)層傳輸信息的終端系統(tǒng)，也就是計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)將監(jiān)測中心收集到的數(shù)據(jù)進行處理以后提供給用戶。此時，用戶可以借助計算機系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地分析病蟲害的發(fā)生情況，并及時做出相應(yīng)的防治措施。

甘肅平?jīng)龅哪聛喢返萚8]將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與專家系統(tǒng)進行融合，形成了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蘋果樹病蟲專家系統(tǒng)，即物聯(lián)網(wǎng)專家系統(tǒng)，進行蘋果樹病蟲害的防治。該系統(tǒng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中傳感技術(shù)、RFID射頻識別技術(shù)等，通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)自動采集信息到計算機系統(tǒng)，以實現(xiàn)病蟲害的識別與管理。同時利用專家系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)庫和知識庫自動進行病蟲害的推理、診斷和分析，用戶們可以不受時間和地里位置的限制隨時獲取病蟲害的有效信息，并及時有效地進行病蟲害防治。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹病蟲害防治技術(shù)應(yīng)用構(gòu)想

茶樹是一種多年生的作物，主要生長于熱帶、亞熱帶和暖溫帶，由于其生長地區(qū)的氣候條件溫暖高濕，其樹冠又茂密郁閉，因此適宜于病蟲雜草的蔓延、繁衍和孳生。目前我國已記載的茶樹害蟲種類有430余種，病害近50種[9]，其中每年由于病蟲害的為害造成茶葉生產(chǎn)減產(chǎn)10%～20%，病蟲害猖獗的年份損失更大，因此，及時、有效的病蟲害防治措施對于保證茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)顯得尤為重要。然而由于茶樹病蟲害種類繁多、病蟲害發(fā)生情況復(fù)雜、茶農(nóng)專業(yè)知識匱乏等原因?qū)е潞芏嗉皶r、有效的病蟲害防治措施很難應(yīng)用于茶葉生產(chǎn)，所以通過結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立以茶樹病蟲害多媒體數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)、茶樹病蟲害遠程診斷系統(tǒng)、茶樹病蟲害預(yù)警信息系統(tǒng)為一體的“基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹病蟲害防治公共服務(wù)平臺”，通過建立向公眾開放的公共服務(wù)平臺，普及茶樹病蟲害專業(yè)知識、實時診斷茶樹病蟲發(fā)生情況并及時發(fā)布茶樹病蟲預(yù)警情報等手段進行茶樹病蟲害的綜合防治。

基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹病蟲害防治公共服務(wù)平臺(如圖1所示)，從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)角度可分為三層：網(wǎng)絡(luò)感知層、數(shù)據(jù)傳輸層和終端處理層；從公共服務(wù)平臺角度可分為三個系統(tǒng)：茶樹病蟲害多媒體數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)、茶樹病蟲害遠程診斷系統(tǒng)和茶樹病蟲害預(yù)警信息系統(tǒng)。

茶樹病蟲害多媒體數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)：通過對我省主要茶區(qū)常見病害、蟲害及其天敵的種類、分布、為害情況進行田間調(diào)查，采集相關(guān)標(biāo)本并拍攝圖片，建立茶樹病蟲害多媒體數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)。通過安裝物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的終端計算機，茶農(nóng)利用公共服務(wù)平臺進入數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)進行相關(guān)病蟲害信息的查詢，可以更詳細、直觀地學(xué)習(xí)茶樹病蟲害相關(guān)知識。

茶樹病蟲害遠程診斷系統(tǒng)：在茶園中懸掛粘蟲黃板，通過攝像頭監(jiān)測并拍攝粘蟲黃板上誘集到的害蟲種類和害蟲數(shù)量，同時攝像頭也可對茶樹病害的發(fā)病部位及發(fā)病癥狀進行拍攝，將拍攝的病蟲害圖片通過數(shù)據(jù)傳輸層傳送到終端計算機系統(tǒng)，植保專家通過查詢終端計算機系統(tǒng)上的病蟲害圖片，對茶園病蟲害的發(fā)生種類和發(fā)生情況進行實時診斷，并及時發(fā)布防治措施。茶樹病蟲害遠程診斷系統(tǒng)實現(xiàn)了茶樹病蟲發(fā)生實況的遠程實時、同步傳輸和專家遠程診斷，使茶農(nóng)足不出戶即可得到植保專家的遠程現(xiàn)場病蟲診斷和防治指導(dǎo)，解決了茶農(nóng)為茶樹求醫(yī)難的問題。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹病蟲害防治公共服務(wù)平臺

茶樹病蟲害預(yù)警信息系統(tǒng)：病蟲害的發(fā)生情況受溫、濕度等外部環(huán)境的影響，根據(jù)病蟲害發(fā)生流行與溫、濕度等環(huán)境因素變化的關(guān)系，可以對病蟲害的發(fā)生情況進行早期預(yù)警。該系統(tǒng)通過安裝RFID、傳感器等，感應(yīng)茶樹生長過程中溫度、濕度、土壤等環(huán)境因素的變化并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，記錄的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層進行數(shù)據(jù)庫匯總并傳送至終端計算機系統(tǒng)。終端計算機通過分析、預(yù)測，及時發(fā)布病蟲害預(yù)警信息，以實現(xiàn)病蟲害的早期預(yù)警。

4 結(jié)束語

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中發(fā)揮的作用將會越來越大，筆者從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用角度，對茶樹病蟲害的防治進行設(shè)想，探討了基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹病蟲害防治公務(wù)服務(wù)平臺的設(shè)計與應(yīng)用，希望此理念的提出能在實際的茶樹病蟲害防治中得以應(yīng)用。

1 溫家寶. 2010年政府工作報告.[2010-05-12]. http://www/gov.cn/2010lh/con - tent_1555767.htm.

2 曹靜. 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于江蘇農(nóng)業(yè)的發(fā)展分析. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，26(6)：1402-1405.

3 陳勇. 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)灌溉監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計. 電子設(shè)計工程，2012，20(22)：104-106.

4 蒙海濤. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用. 環(huán)境科學(xué)與管理，2013，38(1)：10-13.

5 高立艾. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室土壤環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計. 節(jié)水灌溉，2012，10(7)：72-74.

6 趙靜. 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)病蟲災(zāi)害中的應(yīng)用. 通信技術(shù)，2010，11(43)：49-51.

7 沈蘇彬. 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)研究. 南京郵電大學(xué)學(xué)報，2009，29(6)：1-10.

8 穆亞梅. 基于物聯(lián)網(wǎng)的蘋果樹病蟲防治專家系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用. 自動化與儀器儀表，2012，10(5)：89-90.

9 陳宗懋. 茶葉可持續(xù)發(fā)展中的植保問題. 茶葉科學(xué)，1999，19(1)：1-6.

Application of Internet of things technology in control of tea plant diseases and pests

XU Deliang1,2*,WANG Minxin1, SHAO Yuanhai1,2

(1.Tea Research Institution, Jiangsu Province, Wuxi 214063, China;2.National tea industry technology system, comprehensive experimental station of Wuxi, Wuxi 214063, China)

This paper introduces the concept of the internet of things technology and its method to percept information. It discuss the role of the internet of things technology in agricultural pest control, which includes agricultural pest monitoring system, collecting pest information using sensor nodes. The tea pest control system based on the internet of things was proposed, which consisted of three levels and three systems, based on the internet of things technology and public service platform.

Tea plant; disease and insect pest; internet of things technology

2014-07-18

江蘇省農(nóng)機三新工程項目(NJ2012-14)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(茶葉)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-23)

徐德良(1963年-)，男，推廣研究員，主要從事茶樹植保相關(guān)工作。E-mail: deliangx@163.com

S571.1;S43

A

0577-8921(2014)03-155-03