邢孔堯

（海南菱云科技有限公司，海南 ?？?571199）

現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)下我國信息技術(shù)迅猛發(fā)展，層出不窮，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，為病蟲害監(jiān)測(cè)、防治提供更直觀、更有效的手段，可改善傳統(tǒng)病蟲害監(jiān)測(cè)中存在的不足，繼而實(shí)現(xiàn)將災(zāi)害有效地控制在可接受的范圍，對(duì)減少損失及增加生產(chǎn)具有深遠(yuǎn)意義。

1 概念界定

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，讓所有的獨(dú)立個(gè)體可以通過“萬物互聯(lián)”的方式實(shí)現(xiàn)共享化、融通化。主要技術(shù)即通過射頻識(shí)別、紅外傳感器、GPS、激光掃描儀等多種信息感知裝置，能夠有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞與交互，從而為大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等提供更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。而隨著5G的普及，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在未來的發(fā)展中將會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間，這將會(huì)極大地改善傳統(tǒng)的距離、帶寬、速率、延遲、能耗、成本等問題，從而為未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了無限的可能[1-2]。

本文所提的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及研究目的主要是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的傳感器感知能力，對(duì)農(nóng)業(yè)病蟲害實(shí)施監(jiān)測(cè)，同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集及分析，然后按照應(yīng)用的特性將數(shù)據(jù)分配給各個(gè)環(huán)節(jié)，以此實(shí)現(xiàn)病蟲害防治科學(xué)化、信息化。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)及防治中的價(jià)值

隨著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，在防治病蟲害上的成就和經(jīng)驗(yàn)的積累，將會(huì)對(duì)保證糧食產(chǎn)量、保證產(chǎn)品質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。但是，由于傳統(tǒng)的方法已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因此，從長遠(yuǎn)來看，病蟲害控制的成效并不顯著。依托物聯(lián)網(wǎng)裝置優(yōu)化農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)，堅(jiān)決突破以往的信息孤島，加強(qiáng)資源整合，提升綜合效能[3]。對(duì)測(cè)報(bào)方法進(jìn)行改進(jìn)，建立起一個(gè)具有實(shí)際意義的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，以平臺(tái)的價(jià)值激活流量構(gòu)建運(yùn)營能力，為廣大農(nóng)業(yè)區(qū)域提供實(shí)時(shí)、高效的交互性平臺(tái)[4-5]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的病蟲害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1.1 管理系統(tǒng)

（1）基礎(chǔ)資料管理模塊見表1。

表1 基礎(chǔ)資料管理模塊

（2）設(shè)備管理模塊見表2。

表2 設(shè)備管理模塊

（3）信息處理。數(shù)據(jù)管理是設(shè)備資料的后期處理單位，主要從查看、統(tǒng)計(jì)、預(yù)警等方面進(jìn)行相關(guān)的管理，見表3。

表3 信息處理管理模塊

信息處理作為物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物病蟲害的重要子系統(tǒng)，此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于數(shù)據(jù)匯總后的病蟲害綜合信息服務(wù)管理系統(tǒng)的分析、展示能力。包含多通道數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，綜合圖形分析展示，地圖分析，系統(tǒng)安全，運(yùn)行管理等子系統(tǒng)。根據(jù)采集方式，多路采集可分為人工采集、設(shè)備自動(dòng)采集和半自動(dòng)采集。在數(shù)據(jù)共享與管理方面，實(shí)現(xiàn)了省級(jí)數(shù)據(jù)與省級(jí)數(shù)據(jù)的對(duì)接，省級(jí)數(shù)據(jù)共享與權(quán)限管理，上級(jí)機(jī)構(gòu)對(duì)下屬機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)的配置和權(quán)限管理。按采集數(shù)據(jù)的種類劃分為病蟲業(yè)務(wù)類數(shù)據(jù)、設(shè)備原始數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。其具體功能包括與國家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫對(duì)接、各省特色業(yè)務(wù)表和數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)提交、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)核查、報(bào)表匯總、填報(bào)任務(wù)管理等。

2.1.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

本系統(tǒng)包括三層網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)感知層，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸層，數(shù)據(jù)終端處理層。

（1）網(wǎng)絡(luò)感知層。感測(cè)資訊節(jié)點(diǎn)遍布于監(jiān)控范圍內(nèi)的各個(gè)角落，可以以自我組織的形式組成網(wǎng)絡(luò)。每隔一段時(shí)間，由傳感節(jié)點(diǎn)對(duì)監(jiān)控區(qū)進(jìn)行一次害蟲數(shù)量檢測(cè)，并在結(jié)點(diǎn)中對(duì)收集到的信息進(jìn)行初步的處理，然后順著其他結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳遞到匯合點(diǎn)，然后由匯合點(diǎn)在外界進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸層。傳輸層的作用是把匯集節(jié)點(diǎn)所傳送的資訊，經(jīng)由普遍的通信網(wǎng)絡(luò)，如互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等，與物理通信網(wǎng)絡(luò)連接，并以適當(dāng)?shù)穆窂脚c網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)定，將資料傳送至控制中心。

（3）數(shù)據(jù)終端機(jī)處理層。指在無線通信網(wǎng)絡(luò)層面上傳資訊的終端，也就是電腦系統(tǒng)。該系統(tǒng)的監(jiān)控中心對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后向用戶發(fā)送。使用者可以利用“云計(jì)算”對(duì)采集到的信息進(jìn)行準(zhǔn)確的處理，對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行分析，對(duì)病蟲害進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后再?zèng)Q定要不要進(jìn)行處理。

2.1.3 監(jiān)測(cè)及防治功能

（1）“蟲情”系統(tǒng)?！跋x情”系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成：自動(dòng)“蟲情”測(cè)報(bào)系統(tǒng)和目標(biāo)害蟲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，利用自動(dòng)“蟲情”測(cè)報(bào)燈捕捉昆蟲并進(jìn)行圖像處理，采用分類、定量的方式研究蟲情；對(duì)特別微小的害蟲，采用Xie等的面積計(jì)算方法進(jìn)行系統(tǒng)處理。

（2）殺蟲燈及智能控制系統(tǒng)。殺蟲燈是一種生態(tài)植物保護(hù)技術(shù)，其物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是一項(xiàng)獨(dú)特的生態(tài)植保技術(shù)。到現(xiàn)在為止，國際上還沒有其他能夠?qū)崿F(xiàn)生物控制和信息素控制的物聯(lián)網(wǎng)，只有殺蟲燈能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的控制，并且已經(jīng)成熟。

（3）自動(dòng)“蟲情”測(cè)報(bào)燈+殺蟲燈技術(shù)。該系統(tǒng)的工作原理是通過對(duì)蟲情自動(dòng)監(jiān)測(cè)燈捕捉到的昆蟲數(shù)目進(jìn)行控制，從而達(dá)到降低農(nóng)藥燈使用次數(shù)、維持生物多樣性、維持生態(tài)平衡的目的。自動(dòng)感應(yīng)器+滅蟲燈技術(shù)能根據(jù)“蟲情”檢測(cè)燈的誘殺時(shí)間和“蟲情”自動(dòng)檢測(cè)燈的開啟和關(guān)閉次數(shù)。

（4）靶標(biāo)害蟲自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)+殺蟲燈技術(shù)。該控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于，通過啟動(dòng)殺蟲燈控制目標(biāo)害蟲的數(shù)量來達(dá)到有選擇地誘殺目標(biāo)害蟲。目標(biāo)有害生物識(shí)別系統(tǒng)監(jiān)控具體有害生物，也可以通過監(jiān)控具體有害生物的活動(dòng)節(jié)拍（時(shí)間）和捕捉到的有害生物的數(shù)量來控制殺蟲燈的打開次數(shù)。

2.1.4 無線傳感器的信息節(jié)點(diǎn)體系

基于無線傳感器技術(shù)的農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集、處理、無線通信、供電等四大模塊。每個(gè)傳感器的能量消耗特征都不同，而無線通信模塊的能量消耗最大。由于節(jié)點(diǎn)以高效能源的電池為主，節(jié)點(diǎn)數(shù)目多、分布廣泛，因此無法通過更換電池來延長網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。所以，在構(gòu)建全網(wǎng)時(shí)，首先要考慮的是節(jié)點(diǎn)的能量消耗，并采用最優(yōu)的能源節(jié)約策略。為減少各傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗，有兩種方法：一是選擇低功耗、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的無線通信模塊，從而延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。二是利用低功耗動(dòng)態(tài)功率管理技術(shù)（DPM）、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)（DVS，Dynamic Volage Scaling），能夠有效地減少空閑節(jié)點(diǎn)的處理器及各個(gè)部件的功耗。

2.1.5 檢驗(yàn)方法

由于信息節(jié)點(diǎn)包含許多有害生物監(jiān)測(cè)的傳感器，因此它的監(jiān)控技術(shù)將與各個(gè)節(jié)點(diǎn)緊密相連。常規(guī)的有害生物監(jiān)控技術(shù)主要依靠昆蟲之間的化學(xué)通信和物理響應(yīng)來進(jìn)行，目前常用的方法有性誘劑和暗光燈。但是，這兩種方法的缺點(diǎn)是耗費(fèi)大量的時(shí)間、人工、物力以及有害生物的資料質(zhì)量。

2.1.6 物聯(lián)網(wǎng)手機(jī)APP檢測(cè)

該APP應(yīng)用于有害生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括GPS、有害生物信息采集、無線傳輸模塊等。本系統(tǒng)的主要功能是數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)查詢、標(biāo)準(zhǔn)地等。數(shù)據(jù)輸入模塊可以輸入疾病（樹種、病名）、害蟲（樹種、蟲名、蟲態(tài)）等信息。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

2.2.1 病蟲害視頻遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

農(nóng)作物病蟲害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括在野外安裝高清攝像機(jī)、遠(yuǎn)程服務(wù)器等。按照監(jiān)測(cè)范圍要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在野外設(shè)置若干個(gè)照相機(jī)監(jiān)視器。通過無線互聯(lián)網(wǎng)連接到一個(gè)遠(yuǎn)程的服務(wù)器上?，F(xiàn)場監(jiān)視的圖像被實(shí)時(shí)傳送。利用移動(dòng)電話或網(wǎng)絡(luò)，對(duì)監(jiān)控范圍、角度、焦距等進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田的作物生長及病蟲害的監(jiān)控。通過對(duì)病蟲的分析，可以對(duì)病蟲害的種類進(jìn)行初步判斷。

2.2.2 害蟲性誘遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

本系統(tǒng)主要是在田間設(shè)置各種誘餌誘捕裝置，利用專用誘餌誘捕某些害蟲。當(dāng)誘捕害蟲被觸碰后，感應(yīng)器自動(dòng)計(jì)數(shù)，通過對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)人員的手機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行自動(dòng)分析，從而達(dá)到對(duì)害蟲進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集。

2.2.3 基于氣候模擬的病蟲害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警

近年來，在氣象流行疾病實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警方面，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已有顯著的發(fā)展。此系統(tǒng)通過GIS地圖的分析，得到病蟲的病原特征，為病蟲的防治提供依據(jù)。

2.2.4 遠(yuǎn)程視頻診斷和會(huì)議

農(nóng)作物病蟲害的診斷與識(shí)別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在的問題。昆蟲種類繁多，一般技術(shù)人員不能完全正確地診斷和鑒別。我國在此方面的研究還沒有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)農(nóng)作物病蟲害遠(yuǎn)程視頻診斷的研究。在基層植保和專業(yè)合作社安裝高清照相機(jī)，或者移動(dòng)電話，把不能精確辨識(shí)的昆蟲樣品，送到終端進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

3 結(jié)論

綜上所述，文章以物聯(lián)網(wǎng)裝置在農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)中的實(shí)踐應(yīng)用為研究方向，通過物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)體系，具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）通過對(duì)該地區(qū)主要農(nóng)業(yè)區(qū)進(jìn)行病蟲暴發(fā)現(xiàn)場監(jiān)測(cè)，農(nóng)作物重大病蟲害的損失率不超過5%，年均造成作物減產(chǎn)2%，由于示范效應(yīng)帶來的農(nóng)業(yè)耕作制度及病蟲害生態(tài)、農(nóng)業(yè)、物理、生物防治等措施的改善，每年可直接減少農(nóng)業(yè)化學(xué)投入20%以上，同時(shí)減少機(jī)械和人力的投資。

（2）利用監(jiān)測(cè)點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳送，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)誘殺、病蟲孢子的捕捉、田間小氣候的現(xiàn)場監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)圖像和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，大大減少基層植保人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高病蟲預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，提高農(nóng)業(yè)害蟲的預(yù)報(bào)精度，提高農(nóng)業(yè)害蟲防治的技術(shù)水平和信息化程度。

（3）在沒有掌握病蟲害信息的情況下，“見蟲打藥”、“見病打藥”的情況仍然十分普遍，防治頻率高，但使用化學(xué)殺蟲劑的比例高，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境。通過對(duì)病蟲暴發(fā)的現(xiàn)場監(jiān)測(cè)，可以有效地提高對(duì)農(nóng)作物病蟲害控制的準(zhǔn)確性，每年可減少2～3次的農(nóng)藥使用，并能有效地降低土壤和水體中的有毒物質(zhì)，從而有效改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。