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(jiǎn)稱(chēng)IOT）概念最早于1999 年被提出來(lái)，指通過(guò)相應(yīng)的感應(yīng)器裝置，實(shí)時(shí)采集信息并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入，進(jìn)行交換信息和通信，實(shí)現(xiàn)識(shí)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(diǎn)，組構(gòu)成對(duì)應(yīng)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)整合各個(gè)傳感器采集到的信息，準(zhǔn)確定位發(fā)生問(wèn)題的位置，幫助管理者及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。至此農(nóng)業(yè)逐漸從以人力為基礎(chǔ)、依賴(lài)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(duì)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(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控對(duì)大棚實(shí)現(xiàn)全方位信號(hào)覆蓋，不僅可以根據(jù)反饋的實(shí)際情況對(duì)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(yáng)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(jiǎn)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(diǎn),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(yàn)站慧云陽(yáng)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(lái)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(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)，根據(jù)歷史積累的葡萄農(nóng)學(xué)知識(shí)以及與葡萄種植專(zhuān)家探討相結(jié)合，建成后臺(tái)數(shù)學(xué)分析模型，通過(guò)對(duì)這些生長(zhǎng)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(guò)手機(jī)APP 給園區(qū)管理員發(fā)送及時(shí)有效的工作指令。

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

葡萄生長(zhǎng)對(duì)氣溫、光照等要求較高，如果氣溫偏低、有效溫度積累不足,會(huì)導(dǎo)致果品含酸量偏高、品質(zhì)較差[1]。通過(guò)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(guò)設(shè)定報(bào)警閾值，當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)異常時(shí)可及時(shí)報(bào)警；同時(shí)系統(tǒng)可預(yù)報(bào)未來(lái)72 h 氣象信息以及預(yù)警未來(lái)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(shí)做好防災(zāi)防險(xiǎn)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(dòng)技術(shù)包后，可及時(shí)收到作物全生長(zhǎng)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(guò)程，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)園區(qū)周邊的小氣候，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)得到的未來(lái)氣候變化趨勢(shì)，在寒潮到來(lái)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(guò)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(shí)氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備即發(fā)出預(yù)警，同時(shí)APP 發(fā)出預(yù)警通知，提醒管理人員開(kāi)棚通風(fēng)降溫，減少燒苗風(fēng)險(xiǎn)。

2022 年4 月，開(kāi)花前期的溫度較平穩(wěn)，但進(jìn)入保花后期時(shí)氣溫突然驟降，并且伴隨陰雨天氣，導(dǎo)致樹(shù)體內(nèi)內(nèi)源激素分泌紊亂，出現(xiàn)葡萄開(kāi)花時(shí)授粉不良、花帽無(wú)法脫落、保花效果較差、僵果等情況。

安裝在果園里的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到氣溫的異常波動(dòng)后，第一時(shí)間自動(dòng)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(duì)方案：①扣棚保溫；②噴施抗寒抗逆藥劑；③調(diào)整?；ㄓ盟幏桨讣安僮鲿r(shí)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(cè)在農(nóng)技指導(dǎo)的應(yīng)用研究

土壤是葡萄生長(zhǎng)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(lái)。陽(yáng)光玫瑰葡萄適宜種植在土層厚、陽(yáng)光充足、地勢(shì)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(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(zhǎng)時(shí)期用水需求量不同，比如萌芽期需水量大，但不宜過(guò)多以致土壤溫度過(guò)低，花期需要控水等，通過(guò)園內(nèi)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反饋，可以得到種植區(qū)土壤溫濕度的實(shí)時(shí)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(zhǎng)環(huán)境低溫及過(guò)旱或過(guò)澇抑制根系呼吸，從而影響地上部分生長(zhǎng)。在程序上設(shè)定好對(duì)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(shí)，如濕度過(guò)高，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出預(yù)警消息提醒管理人員。

3 病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)在農(nóng)技指導(dǎo)上的應(yīng)用研究

精準(zhǔn)的植物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警是對(duì)田間作物病蟲(chóng)害及時(shí)防治的前提和基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的植物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)，主要是依靠人工在田間調(diào)查來(lái)獲取數(shù)據(jù)，獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)、綜合分析等方法統(tǒng)籌達(dá)成預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。隨著消費(fèi)者對(duì)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(lèi)農(nóng)藥的使用勢(shì)在必行?；墼频南x(chóng)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)害蟲(chóng)類(lèi)別的自動(dòng)分類(lèi)及計(jì)數(shù)，根據(jù)反饋的信息安排誘捕燈光，針對(duì)不同的害蟲(chóng)對(duì)引誘板顏色的趨向不同，在相應(yīng)時(shí)期掛板誘蟲(chóng)，達(dá)到無(wú)公害引誘并捕殺害蟲(chóng)的目的，減少了農(nóng)藥的使用；同時(shí)，配置的高清攝像機(jī)可實(shí)時(shí)采集蟲(chóng)情圖像，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看田間蟲(chóng)情，及時(shí)制定相應(yīng)的防治措施。比如在薊馬發(fā)生時(shí)期，當(dāng)監(jiān)測(cè)到薊馬蟲(chóng)體達(dá)到一定閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)預(yù)警消息以提醒工作人員及時(shí)進(jìn)行防治。根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)包的指導(dǎo)，通過(guò)在葡萄園懸掛顏色板來(lái)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(chóng)板來(lái)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(chóng)害識(shí)別在農(nóng)技指導(dǎo)上的應(yīng)用研究

目前葡萄病蟲(chóng)害的傳統(tǒng)診斷均為人工目測(cè)，這對(duì)農(nóng)技人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)病蟲(chóng)害，將會(huì)導(dǎo)致病蟲(chóng)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(guò)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(duì)利用Android 手機(jī)對(duì)葡萄表面病蟲(chóng)害圖像進(jìn)行采集、裁剪，并通過(guò)Tensorflow 加載YOLO 模型進(jìn)行病蟲(chóng)害識(shí)別，基于Android 手機(jī)客戶端研發(fā)了葡萄病害圖像識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄病蟲(chóng)害圖像的及時(shí)診斷并給出防治措施[4]。

5 作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)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(huà)面可達(dá)800 萬(wàn)像素，視頻畫(huà)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(jiàn)。通過(guò)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(shí)時(shí)查看作物生長(zhǎng)狀態(tài)以及園區(qū)生產(chǎn)情況；預(yù)警時(shí)，攝像頭還可自動(dòng)轉(zhuǎn)向預(yù)警點(diǎn)進(jìn)行緊急錄像，及時(shí)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(wú)人駕駛，利用人工智能技術(shù)，自動(dòng)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(shí)現(xiàn)智能巡園（圖1），配置了AI 高清相機(jī)，針對(duì)部分作物，可自動(dòng)拍照識(shí)別農(nóng)作物生理狀態(tài)（圖2），當(dāng)診斷出病蟲(chóng)害或異常生理狀態(tài)時(shí)，AI 高清相機(jī)可及時(shí)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(shí)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(yàn)為依據(jù)人為判斷何時(shí)需要灌溉施肥；慧云水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)則通過(guò)綜合分析土壤墑情數(shù)據(jù)、氣候變化數(shù)據(jù)、作物生長(zhǎng)需求數(shù)據(jù)等，預(yù)警告知何時(shí)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(guò)管道精準(zhǔn)、均勻地一體化輸送到作物根部。同時(shí)憑借遠(yuǎn)程控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在無(wú)人值守情況下的自動(dòng)灌溉，大幅減少勞動(dòng)成本，提升生產(chǎn)效率。管理者可以通過(guò)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(shí)捕獲作物生長(zhǎng)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(guò)部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)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(dòng)控制遮陽(yáng)網(wǎng)、鼓風(fēng)機(jī)、噴灌滴灌、閥門(mén)、照明等設(shè)備。

7 結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，是未來(lái)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(yàn)站慧云陽(yáng)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(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量有很大幫助，同時(shí)還減少人工成本。由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)實(shí)地種植采集的大數(shù)據(jù)，分析研究預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化配置。科學(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(duì)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。