物聯網技術在蔬菜生產中的應用

朱琳琳

（漯河市農業信息中心，河南漯河462000）

物聯網技術應用于農業生產，是農業和現代信息技術融合發展的新模式，是農業信息化的重要內容，也是“互聯網+農業”的重要體現形式和農業現代化的重要標志。蔬菜生產作為農業生產的主體，其現代化水平在一定程度上代表著整個農業的現代化水平[1,2]。建設以蔬菜種植為主的物聯網系統，能夠幫助基層農技人員全面及時掌握蔬菜苗情、墑情、病蟲狀況以及災情變化情況，快速準確地提供應對舉措，實現菜田監測自動化、菜田動態可視化和田間管理科學化，對全面實現農業現代化具有重要的推動作用和決定性作用[3]。

1 蔬菜物聯網系統主要組成

1.1 環境因子采集與分析系統

環境因子采集與分析系統是通過實時采集空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤含水率、風速、風向、光照度、蒸發量、降雨量、結露、有效光合因子、太陽總輻射等環境因子，運用開發的不同軟件，模擬農作物生長趨勢，以達到預測災害和病蟲發生關系的目的。

1.2 菜地遠程監測系統

該子系列主要包括選時錄像、抓拍圖片、數據信息，自動上傳、儲存。菜地遠程監測系統可進行野外錄像、拍照，為管理人員監控墑情、滴灌、天敵及微生物等測控實施過程提供了便利。該系統也是基層測報員的“千里眼”，證明測控模型的診斷效果，尤其能在惡劣環境下完成監測工作。

1.3 蟲情信息自動采集與分析系統

通過軟件開發，實時、遠程自動采集圖像、數據，由昆蟲模型做自動誘蟲處理。借助于該系統，能夠實現示范區野外昆蟲誘集、紅外處理、時段取像、信息無線傳輸，是及時、準確掌握昆蟲發生規律的智能化植保裝置。與環境因子信息采集與分析系統結合使用，運算出不同昆蟲發生的周期模型和防控模型。

1.4 病情信息自動采集與分析系統

通過軟件開發，對氣流定量、定時采集，由病情數據分析模型，自動培養、成像、實時顯示、存儲病菌孢子圖像。病情信息自動采集與分析系統具有孢子自動識別、孢子自動捕獲、培養觀察、多角度成像等功能，為研究和掌握各種病菌孢子萌發條件與規律提供了便利。在孢子自動捕捉功能的基礎上，系統升級為無人值守自動完成培養、成像功能，對植物病害、有益菌情況進行全方位研究，以達到有效控制有害菌危害，發揮有益菌控制病蟲害的作用。

1.5 專家決策系統

專家數據庫涵蓋不同專業，通過審核、符合條件的專家可由管理權限的物聯網管理人員進行錄入、調整。根據不同專業特長、蔬菜種類等，專家庫可進行劃分歸屬管理。

專家根據氣象、節氣、農情等因素，定時或不定時地對環境因子采集與分析系統、菜地遠程監測系統、蟲情信息自動采集與分析系統、病情信息自動采集與分析系統采集的數據信息進行察看、對比、交流、診斷、預測；并得出正確、最佳的處理意見，經整理、匯總后反饋存儲于不同類別的蔬菜管理分類模塊。

1.6 信息發布系統

建有與手機銜接的信息傳送端口，基層農技人員根據專家提出的管理意見、建議，編制成簡短、易懂的信息，通過相應的問題模塊及時發送到所轄區域的菜農手機上。

為了避免系統故障耽誤使用，在信息發布系統中同時設置了系統發生故障自動報警功能，當系統檢測到自身出現異常時隨即以短信或其它方式及時通知到相關的管理人員。

2 蔬菜物聯網系統的作用

2.1 實現蔬菜信息采集的自動化和數據傳輸的網絡化

各類信息采集設備安置在無人值守的監測地點，使蔬菜苗情監測和病蟲害測報工作從眼觀手查方式轉換到信息化模式，可大量節省人力物力，且觀測不受地理、氣候等因素的影響，實現實時采集與監測，最終實現菜情監控工作由傳統操作方式向標準化、規范化、信息化和科學化方向的轉型。

通過半徑10 km的無線傳輸信息，將數據發送到任一設有互聯網的接收站（點），通過網絡傳輸到縣級、市級、省級等有監控權限的操作控制中心，進行遠程操控，可實現農作物病蟲測報信息資源共享。

2.2 實現生產動態信息的可視化和生產指導的精準化

蔬菜生產過程中，工作人員可通過電腦、手機等載體隨時登錄物聯網系統，查詢蔬菜長勢、長相，查看菜地各類氣象信息和病蟲害發生發展趨勢，實現全天候可視化實時監控，并針對監控實況，觀察蔬菜特征，如缺肥癥狀、病蟲害情況，建立短期和長期預測預報。

通過數據收集分析與整理，建立資料和數據庫，及時掌握蔬菜生產發育狀況及病蟲害發生發展趨勢，通過網絡實時反饋給專家系統，根據專家做出的研判、決策，迅速作出應對處理，為蔬菜生產保駕護航。

3 效益分析

3.1 經濟效益

3.1.1 節本增效

蔬菜物聯網系統建成后，可根據數據分析模型，對苗情和病蟲害發生及時監測，使病蟲害在最佳時間得到防控，從而減少防治投入。此外，在蔬菜生產管理上，技術人員可利用蔬菜大棚生產操作系統，對各個大棚蔬菜澆水、施肥、加溫、卷簾等進行自動或手動控制，以降低人工成本，提高蔬菜種植效益。

3.1.2 提質增效

在蔬菜生長過程環境上，可以利用物聯網溫濕度監測系統實時監測蔬菜生長的環境信息、養分信息和病蟲害情況。利用環境測量的相關傳感器準確、實時地獲取土壤水分、環境溫濕度、光照情況，配合控制系統，調理蔬菜生長環境，改善蔬菜生長的營養狀態，及時發現蔬菜的病蟲害暴發時期，維持其最佳生長環境條件。通過對病蟲害的準確監測，提高防控質量和效果，進而提高蔬菜質量。

3.1.3 減災增效

根據傳輸的氣象數據，氣象專家可以預測天氣狀況，與農業專家結合，及時對農民進行生產指導，采取預防措施，有效避免或減輕災害性天氣對作物造成的危害。而且在發生不可預測的突發性自然災害時，可以及時進行生產指導，采取補救措施，將危害降到最低。

3.1.4 對接市場，調整生產

在蔬菜的收獲階段，技術人員也同樣可以利用物聯網的信息，把采集到的有關蔬菜生長的各種信息進行匯總，反饋到前端，從而在蔬菜種植收獲階段進行更精準的測算，為蔬菜銷售提供基礎信息。

3.2 社會效益

3.2.1 保障蔬菜安全

物聯網技術在蔬菜生產中的應用，能夠實現生產管理的精準化，有效控制化肥、農藥等危害健康的物質殘留問題，而食品安全溯源技術更是為食品安全監控提供了保障。

3.2.2 實現精準管理

物聯網技術在蔬菜生產中的應用，可以實現生產投入、過程管理的精準化。在生產投入上，蔬菜生產者可以通過遙感、傳感器件等技術對生產作業的各個要素進行準確信息參數感知，進而精準確定水、肥、藥等要素的投入量，實現投入精準化。在生產管理上，區域站物聯網監測系統可實時發送蔬菜生長數據、農業氣象數據、病蟲數據信息，建立數據庫模型，為農業大數據平臺提供基礎信息，并為分析病蟲發生規律及蔬菜生產科學化決策提供依據。

3.2.3 平衡農業結構

物聯網技術通過應用遙感技術進行產量預測，通過將傳感器件集成到機械裝備上可實現精確測產，使得蔬菜產量預測和精確測產技術得以廣泛應用，有助于引導產業結構平衡發展，避免因信息不對稱所導致的產業結構失衡；以及引發的菜農增產不增收等問題。

3.2.4 減少勞動強度

物聯網技術實現了蔬菜生產管理的遠程化和自動化，減少了蔬菜從業者到生產現場進行作業的必要性。同時，蔬菜病蟲害測報工作也從眼觀手查方式轉換到信息化模式，提高了工作效率和服務的精準性，減少了測報人員的工作量。

3.3 生態效益

3.3.1 保護生態環境

通過精確、科學的數字化控制手段進行蔬菜生產和管理，可以有效避免用藥、施肥、灌溉等行為的不科學性，從而起到保護生態環境的目標。同時，該系統提高了對蔬菜有害生物預警的準確性，可以在大范圍內開展以生物防治為主的病蟲害綜合防控技術，維護生物鏈的平衡，促進生態和諧。

3.3.2 節約能源

應用物聯網技術發展精準農業，可以有效減少水、肥、藥等投入品的使用量，節約投入成本。生產管理的遠程化和智能化減少了農業從業者到達現場的必要性，降低了基于人的實體流動而產生的能源資源消耗。