果園生產(chǎn)管理物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：河南省三門峽市于2011年將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于果園生產(chǎn)管理中，經(jīng)過兩年的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約水資源，減少勞動(dòng)強(qiáng)度和用工費(fèi)用，達(dá)到提高果品品質(zhì)和產(chǎn)量，提高病蟲害診斷效率的目標(biāo)，總結(jié)研究出果園物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的環(huán)境需求等。

關(guān)鍵詞：果園；物聯(lián)網(wǎng)；應(yīng)用

一、應(yīng)用研究背景

三門峽市位于河南省西部，地處豫晉陜?nèi)〗唤缣?，境?nèi)山嶺起伏，氣候溫和，光照充足，平均海拔高，晝夜溫差大，是北方果樹的最佳適生區(qū)，被農(nóng)業(yè)部規(guī)劃為黃土高原蘋果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)帶。全市果樹面積達(dá)到350萬畝，果品總產(chǎn)達(dá)到20.1億公斤，占全市農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的30%，是全市的農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。為此，我市于2011年建立果園農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范基地，以此示范和帶動(dòng)全市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

二、應(yīng)用方法及內(nèi)容

1.應(yīng)用方法。選擇果園建立物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用示范基地，同時(shí)配套建成物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)15個(gè)遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)、45個(gè)遠(yuǎn)程智能控制點(diǎn)、30個(gè)遠(yuǎn)程視頻點(diǎn)，涉及5500畝果園、果樹生產(chǎn)大棚等果樹生產(chǎn)管理。

2.應(yīng)用內(nèi)容。主要應(yīng)用內(nèi)容包括如下：

環(huán)境信息采集。由采集模塊、太陽能充放電設(shè)備、各種氣象傳感器、多個(gè)墑情傳感器及安裝支架組成，利用無線數(shù)傳或GPRS方式與控制中心連接。氣象傳感器監(jiān)測(cè)空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、輻射強(qiáng)度、降雨量6個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，土壤含水量指標(biāo)包括同一土壤剖面4個(gè)深度（表土層、心土層、底土層和潛育層）的溫度和容積含水量。

灌溉控制。灌溉控制由溫室灌溉控制器、土壤水分傳感器、電磁閥及安裝附件組成，利用無線局域網(wǎng)與監(jiān)控中心連接，亦可在灌溉控制器進(jìn)行土壤含水量上下限參數(shù)設(shè)置，低于設(shè)定范圍下限時(shí)，灌溉控制器會(huì)打開電磁閥進(jìn)行灌溉補(bǔ)充水分，高于設(shè)定范圍上限時(shí)，停止灌溉。

視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控是一套相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，由現(xiàn)場(chǎng)圖像采集網(wǎng)絡(luò)攝像頭、交換機(jī)、無線網(wǎng)橋及圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化傳輸視頻服務(wù)器組成，通過現(xiàn)場(chǎng)安裝的攝像頭對(duì)整個(gè)設(shè)施內(nèi)作物的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集，圖像經(jīng)由無線局域網(wǎng)上傳至視頻服務(wù)器。

公共服務(wù)平臺(tái)。具備感知數(shù)據(jù)、信息資源集中發(fā)布、系統(tǒng)的顯示和控制管理等功能。用于統(tǒng)一配置、接入并管理各物網(wǎng)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)，并以網(wǎng)絡(luò)通信、手機(jī)通信的形式進(jìn)行發(fā)布、管理和維護(hù)，在確保數(shù)據(jù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)得到有效保護(hù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)視頻的傳輸、共享，達(dá)到農(nóng)情遠(yuǎn)程視頻會(huì)商目標(biāo)，提高診斷的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，即使在遠(yuǎn)隔千里的情況下，農(nóng)業(yè)專家也可及時(shí)對(duì)農(nóng)戶進(jìn)行面對(duì)面指導(dǎo)，方便病蟲害爆發(fā)等農(nóng)情得到及時(shí)會(huì)商、決策和應(yīng)對(duì)。還可遠(yuǎn)程培訓(xùn)、應(yīng)急指揮和學(xué)術(shù)交流等。

3.應(yīng)用技術(shù)原理及路線。采用“信息感知—采集—傳輸—統(tǒng)計(jì)分析、管理決策—信息服務(wù)”的技術(shù)，對(duì)果品生產(chǎn)進(jìn)行全程數(shù)字和可視化管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境信息遠(yuǎn)程采集、遠(yuǎn)程智能控制、遠(yuǎn)程病蟲害診斷等，通過電腦或手機(jī)上網(wǎng)就可隨時(shí)隨地掌握和控制生產(chǎn)情況。

整個(gè)系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整體流程是：各應(yīng)用點(diǎn)采集各類傳感器數(shù)據(jù)，通過485總線和GPRS無線傳輸技術(shù)將上述數(shù)據(jù)上傳到綜合控制中心，綜合控制中心接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，形成決策指令，同時(shí)通過屏幕、手機(jī)進(jìn)行報(bào)警提示，系統(tǒng)及管理人員可進(jìn)行灌溉、通風(fēng)、遮陰、保溫等工作。

4.技術(shù)性能指標(biāo)

果園應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，達(dá)到降低勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)約生產(chǎn)成本，節(jié)約水資源，提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量和知名度，提高病蟲害診斷效率，為果園生產(chǎn)提供系統(tǒng)、科學(xué)的數(shù)據(jù)和決策支持，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科技水平，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的目的。

三、應(yīng)用成效

1.在墑情數(shù)據(jù)采集方面，相對(duì)于傳統(tǒng)的人工采集，采用了數(shù)字傳感器進(jìn)行采集，得到比較完整的數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

2.對(duì)果品生產(chǎn)、生長(zhǎng)等方面進(jìn)行全程可視化數(shù)據(jù)管理，為管理者和消費(fèi)者提供全過程的可視的生產(chǎn)、監(jiān)督平臺(tái)。

3.通過電腦或手機(jī)可以遠(yuǎn)程查看基地墑情數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)，使管理人員隨時(shí)掌握基地情況，獲得及時(shí)預(yù)警信息，能顯著提高工作效率等。

4.通過應(yīng)用，將土壤水份傳感器或空氣溫濕度傳感器感知的數(shù)據(jù)通過電腦及網(wǎng)絡(luò)與滴灌電磁閥門關(guān)聯(lián)，當(dāng)數(shù)據(jù)低于一定數(shù)據(jù)時(shí)，電腦指令開啟電磁閥進(jìn)行滴灌、微噴等，當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，閥門自動(dòng)關(guān)閉，達(dá)到節(jié)約灌溉、澆水的目的。

5.采用物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)管理技術(shù)，土壤灌溉和大棚有害氣體調(diào)節(jié)及時(shí)，病蟲害發(fā)生大大減少，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，優(yōu)質(zhì)商品率均得到提高。

6.果樹實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高清視頻監(jiān)控后，在其出現(xiàn)不良情況時(shí)，隨時(shí)請(qǐng)專家進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診，快速診斷出病蟲害，及時(shí)指導(dǎo)采取應(yīng)對(duì)措施，將損失減少到最低，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)利益最大化。

5500畝果園因應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度和用工成本、節(jié)約水資源、提高產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量和知名度的方面，每年共增加經(jīng)濟(jì)效益2157.6萬元，與應(yīng)用前相比，增加效益24.5%。（見表1）

四、問題及建議

1.大田果園應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，首先要具備一定的網(wǎng)絡(luò)條件，以滿足遠(yuǎn)程視頻、數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。我市?個(gè)果園建立應(yīng)用點(diǎn)時(shí)，每個(gè)點(diǎn)均要租用光纖，因果園在野外、位置偏僻，光纖均為專用線路，每年租費(fèi)較高。雖然我市其它很多果園有應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的需求，但考慮到每年上網(wǎng)費(fèi)用投入相對(duì)較高，應(yīng)用積極性受阻。

2.因果園野外環(huán)境條件相對(duì)惡劣，對(duì)其所使用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備要求要有高穩(wěn)定性，尤其要考慮到各設(shè)備電源的問題，我市果園大多用農(nóng)用電，農(nóng)用電電壓不穩(wěn)，在應(yīng)用中經(jīng)常遇到電源被燒毀的情況。

3.在果園配備傳感設(shè)備、控制設(shè)備一次性投入成本較高，加之是配套設(shè)備較多，增加了投入成本，增加了后期維護(hù)難度等，不利于技術(shù)的推廣與應(yīng)用。

因此建議，一是相關(guān)部門出臺(tái)相應(yīng)的政策，加大基礎(chǔ)建設(shè)力度，增加廣大農(nóng)村生產(chǎn)基地的光纖覆蓋率；二是降低傳感及控制設(shè)備成本，建立相應(yīng)的公共平臺(tái)，以減少應(yīng)用點(diǎn)的投入及降低后期的維護(hù)難度；三是要充分考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境條件，增強(qiáng)設(shè)備的抵抗惡劣環(huán)境的性能。

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