物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)在陽光玫瑰葡萄生產(chǎn)管理中的應(yīng)用研究

黃美慧，莫偉華

（廣西慧云信息技術(shù)有限公司，廣西 南寧 530008）

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things 簡稱IOT）概念最早于1999 年被提出來，指通過相應(yīng)的感應(yīng)器裝置，實時采集信息并且通過網(wǎng)絡(luò)接入，進(jìn)行交換信息和通信，實現(xiàn)識別、定位、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，一般是利用大量的傳感器節(jié)點，組構(gòu)成對應(yīng)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，再通過整合各個傳感器采集到的信息，準(zhǔn)確定位發(fā)生問題的位置，幫助管理者及時發(fā)現(xiàn)問題。至此農(nóng)業(yè)逐漸從以人力為基礎(chǔ)、依賴傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)的生產(chǎn)模式，轉(zhuǎn)向了以現(xiàn)代信息和軟件為中心，大量使用各種智能化、機(jī)械化的生產(chǎn)設(shè)備，達(dá)到遠(yuǎn)程控制操作的生產(chǎn)模式。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大棚種植對于空氣溫濕度及土壤狀態(tài)等環(huán)境的管控有很好的效果。通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控對大棚實現(xiàn)全方位信號覆蓋，不僅可以根據(jù)反饋的實際情況對生產(chǎn)農(nóng)事進(jìn)行合理安排，還可以達(dá)到遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制生產(chǎn)設(shè)備的目的。

陽光玫瑰葡萄是日本植源葡萄研究所選育的中晚熟葡萄品種, 屬歐美雜交種，該品種具有栽培簡單、肉質(zhì)脆、香味濃郁、串型整齊、抗病性強(qiáng)、不易裂果、耐運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點,是當(dāng)前公認(rèn)的極具發(fā)展?jié)摿Φ钠咸哑贩N[1]。

廣西現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗站慧云陽光玫瑰葡萄大棚種植基地采用“限根栽培+水肥一體化”的種植模式，配合公司的“五谷耘立方”管理軟件來規(guī)范種植，顯著降低了農(nóng)資成本和管護(hù)成本。限根種植不受土壤條件制約，根系密度大，還能減少雜草危害。集中噴灌方便水分的調(diào)控，能起到促早熟的作用。水肥的定量化管理使?fàn)I養(yǎng)成分利用率明顯提高，相比大田種植減少了化肥用量。園內(nèi)安裝的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能實時監(jiān)測空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照、土壤張力等果園小氣候數(shù)據(jù)。同時，根據(jù)歷史積累的葡萄農(nóng)學(xué)知識以及與葡萄種植專家探討相結(jié)合，建成后臺數(shù)學(xué)分析模型，通過對這些生長環(huán)境數(shù)據(jù)以及葡萄的生理指標(biāo)進(jìn)行分析，智能化判斷葡萄生產(chǎn)情況，并形成技術(shù)方案，通過手機(jī)APP 給園區(qū)管理員發(fā)送及時有效的工作指令。

1 氣象環(huán)境監(jiān)測在農(nóng)技指導(dǎo)上的應(yīng)用研究

葡萄生長對氣溫、光照等要求較高，如果氣溫偏低、有效溫度積累不足,會導(dǎo)致果品含酸量偏高、品質(zhì)較差[1]。通過在基地大棚部署的慧云智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，系統(tǒng)可實時監(jiān)測棚內(nèi)外空氣的溫濕度、光照強(qiáng)度、降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓力值、氣體濃度等數(shù)據(jù)，并通過設(shè)定報警閾值，當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)異常時可及時報警；同時系統(tǒng)可預(yù)報未來72 h 氣象信息以及預(yù)警未來24 h 的極端天氣、降雨、大風(fēng)、冰雹等異常氣象，提醒用戶及時做好防災(zāi)防險準(zhǔn)備。此外，慧云智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備內(nèi)含部分作物的生產(chǎn)技術(shù)包，用戶可根據(jù)需求選擇相關(guān)作物生產(chǎn)技術(shù)包，啟動技術(shù)包后，可及時收到作物全生長周期，以及不同氣候環(huán)境條件下的關(guān)鍵技術(shù)指導(dǎo)。

回顧2022 年歷史溫度，1 月有明顯的降溫寒潮過程，通過實時檢測園區(qū)周邊的小氣候，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)得到的未來氣候變化趨勢，在寒潮到來前用棚膜保護(hù)，降低花芽受到的影響。

2022 年2 月，棚內(nèi)溫度攀升，通過在園區(qū)安裝的智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備內(nèi)含的生產(chǎn)技術(shù)包所設(shè)定的預(yù)警值，當(dāng)棚內(nèi)溫度高于30 ℃時氣象環(huán)境監(jiān)測設(shè)備即發(fā)出預(yù)警，同時APP 發(fā)出預(yù)警通知，提醒管理人員開棚通風(fēng)降溫，減少燒苗風(fēng)險。

2022 年4 月，開花前期的溫度較平穩(wěn)，但進(jìn)入?；ê笃跁r氣溫突然驟降，并且伴隨陰雨天氣，導(dǎo)致樹體內(nèi)內(nèi)源激素分泌紊亂，出現(xiàn)葡萄開花時授粉不良、花帽無法脫落、?；ㄐЧ^差、僵果等情況。

安裝在果園里的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)檢測到氣溫的異常波動后，第一時間自動給管理人員發(fā)出提醒消息，以及根據(jù)寒流的嚴(yán)重情況，分批次推送了應(yīng)對方案：①扣棚保溫；②噴施抗寒抗逆藥劑；③調(diào)整保花用藥方案及操作時間等。在一系列補(bǔ)救措施的干預(yù)下，葡萄果穗落粒情況明顯減少。

2 土壤溫濕度監(jiān)測在農(nóng)技指導(dǎo)的應(yīng)用研究

土壤是葡萄生長最基本且最重要的要素，只有優(yōu)良的土壤，配合恰當(dāng)?shù)姆N植管理，才能將葡萄的品種特性更好地顯現(xiàn)出來。陽光玫瑰葡萄適宜種植在土層厚、陽光充足、地勢高且平坦的地帶，土壤pH值在5.8～7.8 最為適宜[2]?；墼破咸褕@內(nèi)安裝的監(jiān)測系統(tǒng)可實時監(jiān)測土壤的溫濕度、土壤的水張力、水位狀態(tài)、溶氧量、pH 值等；葡萄各生長時期用水需求量不同，比如萌芽期需水量大，但不宜過多以致土壤溫度過低，花期需要控水等，通過園內(nèi)設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋，可以得到種植區(qū)土壤溫濕度的實時數(shù)據(jù)，根據(jù)土溫和濕度調(diào)整灌溉需求，可有效避免出現(xiàn)根系生長環(huán)境低溫及過旱或過澇抑制根系呼吸，從而影響地上部分生長。在程序上設(shè)定好對應(yīng)的閾值，當(dāng)傳感器采集的土壤數(shù)據(jù)發(fā)生異常時，如濕度過高，系統(tǒng)就會發(fā)出預(yù)警消息提醒管理人員。

3 病蟲害監(jiān)測在農(nóng)技指導(dǎo)上的應(yīng)用研究

精準(zhǔn)的植物病蟲害監(jiān)測預(yù)警是對田間作物病蟲害及時防治的前提和基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的植物病蟲害監(jiān)測，主要是依靠人工在田間調(diào)查來獲取數(shù)據(jù)，獲取的數(shù)據(jù)通過數(shù)理統(tǒng)計、綜合分析等方法統(tǒng)籌達(dá)成預(yù)測預(yù)報。隨著消費(fèi)者對綠色、有機(jī)果蔬的強(qiáng)烈需求，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中減少化學(xué)類農(nóng)藥的使用勢在必行。慧云的蟲情監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)對害蟲類別的自動分類及計數(shù)，根據(jù)反饋的信息安排誘捕燈光，針對不同的害蟲對引誘板顏色的趨向不同，在相應(yīng)時期掛板誘蟲，達(dá)到無公害引誘并捕殺害蟲的目的，減少了農(nóng)藥的使用；同時，配置的高清攝像機(jī)可實時采集蟲情圖像，實現(xiàn)遠(yuǎn)程查看田間蟲情，及時制定相應(yīng)的防治措施。比如在薊馬發(fā)生時期，當(dāng)監(jiān)測到薊馬蟲體達(dá)到一定閾值時，系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)預(yù)警消息以提醒工作人員及時進(jìn)行防治。根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)包的指導(dǎo)，通過在葡萄園懸掛顏色板來誘殺薊馬是治理薊馬的一種有效手段，建議懸掛藍(lán)色黏蟲板來誘殺葡萄薊馬，高度為2 m，間距為4 m，防治率可達(dá)49.6%[3]。

4 病蟲害識別在農(nóng)技指導(dǎo)上的應(yīng)用研究

目前葡萄病蟲害的傳統(tǒng)診斷均為人工目測，這對農(nóng)技人員的經(jīng)驗要求較高，如果不能及時發(fā)現(xiàn)病蟲害，將會導(dǎo)致病蟲害進(jìn)一步擴(kuò)散?，F(xiàn)如今智能手機(jī)的普及與配置性能的提升，讓人們可以便捷地獲得更多的技術(shù)支持，外加人工智能的興起，深度學(xué)習(xí)已廣泛應(yīng)用于很多行業(yè)，通過更精準(zhǔn)的特征提取，為人們提供決策依據(jù)。廣西慧云信息技術(shù)有限公司的研發(fā)團(tuán)隊利用Android 手機(jī)對葡萄表面病蟲害圖像進(jìn)行采集、裁剪，并通過Tensorflow 加載YOLO 模型進(jìn)行病蟲害識別，基于Android 手機(jī)客戶端研發(fā)了葡萄病害圖像識別系統(tǒng)，實現(xiàn)了對葡萄病蟲害圖像的及時診斷并給出防治措施[4]。

5 作物長勢監(jiān)測在農(nóng)技指導(dǎo)上的應(yīng)用研究

在智慧農(nóng)業(yè)體系中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)起至關(guān)重要的作用。目前較好的攝像頭拍攝畫面可達(dá)800 萬像素，視頻畫面可清晰看到植株枝條及葉片的形態(tài)顏色，病癥部位也清晰可見。通過監(jiān)控設(shè)備、高清圖像采集設(shè)備反饋的視頻或圖像，可實時查看作物生長狀態(tài)以及園區(qū)生產(chǎn)情況；預(yù)警時，攝像頭還可自動轉(zhuǎn)向預(yù)警點進(jìn)行緊急錄像，及時記錄異常情況。此外，慧云信息技術(shù)有限公司自主研發(fā)的智能農(nóng)業(yè)巡園機(jī)器人，可無人駕駛，利用人工智能技術(shù)，自動采樣，自主分析，代替農(nóng)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行日常巡園管理工作，實現(xiàn)智能巡園（圖1），配置了AI 高清相機(jī)，針對部分作物，可自動拍照識別農(nóng)作物生理狀態(tài)（圖2），當(dāng)診斷出病蟲害或異常生理狀態(tài)時，AI 高清相機(jī)可及時給用戶發(fā)送預(yù)警消息，并提供相應(yīng)的植保方案。

圖1 慧云智能農(nóng)業(yè)巡園機(jī)器人

圖2 巡園機(jī)器人攝像頭識別拍照

6 智能水肥一體化+智能大棚控制

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以經(jīng)驗為依據(jù)人為判斷何時需要灌溉施肥；慧云水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)則通過綜合分析土壤墑情數(shù)據(jù)、氣候變化數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)等，預(yù)警告知何時灌溉施肥，并提供科學(xué)的灌溉施肥方案。采用先進(jìn)的壓力灌溉系統(tǒng)，將肥料與水按需配比，充分溶解后，最終通過管道精準(zhǔn)、均勻地一體化輸送到作物根部。同時憑借遠(yuǎn)程控制技術(shù)，可實現(xiàn)在無人值守情況下的自動灌溉，大幅減少勞動成本，提升生產(chǎn)效率。管理者可以通過電腦、智能手機(jī)等終端設(shè)備，遠(yuǎn)程查看種植棚中相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，隨時捕獲作物生長狀態(tài)，安排農(nóng)事生產(chǎn)，有效提高管理操控的靈活性。通過部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實時監(jiān)控大棚的氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)等，系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的規(guī)則以及模型分析，自動控制遮陽網(wǎng)、鼓風(fēng)機(jī)、噴灌滴灌、閥門、照明等設(shè)備。

7 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的主流，也是葡萄種植科學(xué)化、智能化的必要手段[5]。廣西現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗站慧云陽光玫瑰葡萄大棚種植基地在應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，不僅減少了農(nóng)藥使用量、人力投入和資金投入等，還提高了葡萄產(chǎn)量、質(zhì)量和管理效率。在葡萄種植生產(chǎn)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其收集到的作物信息，可以給農(nóng)業(yè)種植業(yè)提供及分享大量的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，對提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量有很大幫助，同時還減少人工成本。由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來越多地應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，根據(jù)實地種植采集的大數(shù)據(jù)，分析研究預(yù)測數(shù)據(jù)結(jié)的結(jié)果，實現(xiàn)資源的最優(yōu)化配置?？茖W(xué)合理利用資源，以低成本投入達(dá)到同等或更高的收入，改善生態(tài)環(huán)境，共同取得經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，對優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植技術(shù)、改善農(nóng)業(yè)工業(yè)綜合體的高效管理模式意義重大。