淺談“南匯8424”西瓜精準物聯網系統的應用

王 韌 金 擎 顧俊軍 （上海市浦東新區農村改革發展服務中心 201202）

近年來，黨中央、國務院高度重視農業農村信息化與農業物聯網建設，同時，上海農業逐步向精準化和智能化的都市現代農業發展，因此，物聯網技術在上海地區農業生產、經營、管理、服務等領域的應用日漸深入。在此基礎上，浦東新區緊緊把握時代發展脈搏，積極以物聯網技術助力“傳統農業”向“現代農業”轉變，以期實現農業生產、經營、管理的精準化和智能化。

目前，浦東新區大多數瓜果生產仍依靠人工經驗進行管理，缺乏系統、精準的科學指導，不僅浪費了大量的人力、物力，也對環境保護與水土保持造成了一定的威脅，對農業可持續發展構成一定的影響。利用國內成熟的、具有自主知識產權的農業物聯網信息采集系統，能快速、實時、多維、多尺度地對果園溫度、濕度、光照、土壤肥力、重金屬等數據信息進行實時監測，從而實現農業生產全過程的信息感知、智能決策、自動控制和精準管理，使農業生產要素的配置更加科學合理。2016年，浦東新區借助于市科技興農戰略，在上海驥凌果蔬專業合作社進行了“南匯8424”西瓜物聯網試點建設，通過構建物聯網系統，采集農業生產、經營、管理和服務等數據，開展專家決策支持系統研究、建立“南匯8424”西瓜生產標準的初步框架，以期反饋指導農民進行“南匯8424”西瓜的種植和栽培。現對構建的“南匯8424”西瓜精準物聯網系統主要情況進行介紹，并對應用該系統取得的成效進行總結，以促進該系統的進一步推廣應用。

1 示范基地的基本情況

上海驥凌果蔬專業合作社成立于2007年9月，位于浦東新區老港鎮欣河村建西路，距滬南公路約800m。合作社專門從事“南匯8424”西瓜和甜瓜的生產，基地總種植面積為35.351 hm2。合作社在種植布局上，采用水旱輪作的種植方式，西甜瓜與水稻種植面積比為1∶4。近十年來，合作社穩步發展，種植規模不斷擴大，創建了一套特有的管理模式，經濟效益相對穩定。

2016年，驥凌基地為配合“南匯8424”西瓜物聯網試點建設，新建3個連棟大棚，分別為7連棟、7連棟、9連棟，總面積為12 673m2，其中，以2號7連棟大棚的西側2棟（圖1框處）作為示范田塊，面積為3 735.2m2。見圖1。

圖1 示范項目基地衛星圖

2 “南匯8424”西瓜精準物聯網系統構成

2.1 智能灌溉及水肥一體化系統

該系統是“南匯8424”西瓜精準物聯網系統的核心。

2.1.1 泵房建設

配置兩臺臥式管道離心泵（50m3/h-50m-15 kW），具有運行平穩、故障率低、維護方便等特點。智能變頻恒壓控制系統通過壓力傳感器檢測管網壓力（用水量）變化，進而自動調節水泵的轉速（頻率），使管道內的壓力（出水量）保持在合理水平。見圖2。

圖2 泵房實景

2.1.2 管線設計

微噴毛管選用PEC管。依照設計中的毛管流量及現有管材規格，毛管選用De20PE管。同時，2號7連棟大棚中支管采用7個電磁閥，可以精確到1壟田塊，由最終的毛管管徑及用量，測算出支管應選用De90U-PVC管。此外，考慮到基地后期規劃中將要擴建，主管道在滿足現有大棚灌溉的同時，還要為以后擴建綜合考慮，干管選用De150U-PVC管。

2.1.3 云智能水肥一體機

水肥一體化技術是將灌溉與施肥融為一體的農業新技術。水肥一體化是借助壓力系統，將可溶性固體或液體肥料，按土壤養分含量及各種作物的需肥規律和特點，將肥液與灌溉水一起配比，水肥相融后通過管道和滴頭進行均勻、定時、定量的滴灌，浸潤作物根系，使主要根系處土壤始終保持疏松和適宜的含水量，從而實現遠程專家測土配方、優化灌溉施肥方案、精準灌溉和施肥。同時，根據采集的數據，計算機可實時處理灌溉方案，實現智能化灌溉作業。

驥凌基地選用ZAXH-1601云智能水肥一體機，該機器具有4個肥料原料桶，可根據作物生長需求，同時實現4種不同液肥的配比，見圖3。

圖3 ZAXH-1601云智能水肥一體機示意圖

2.2 智能信息采集系統

該系統設置高精度傳感器和智慧云終端，遠程在線采集大棚中農作物生長時所需要關注的各類信息的實時數據，如溫度、空氣濕度、光照度、土壤肥力（鉀、銨、硝酸根離子等）、灌溉用水中重金屬監測指標（銅、鉛、鎘離子等），精準了解和掌握農作物的生產環境，從而能進行適時、適宜地調控，優化農作物生長環境，提高農業生產效益。見圖4。

圖4 環境智能信息采集系統

2.3 視頻監控系統

為記錄重大農事作業，便于觀測農作物生長狀況和進行管理，在大棚內安裝高清網絡視頻監控，中心控制室采用NVR對所有視頻進行錄像，管理員可以通過計算機網絡進行實時傳輸與監控，即通過視頻管理監視大棚，同時通過視頻圖像實時觀察作物生長狀況及病蟲害狀況，為遠程專家診斷提供方便，為大棚、大田生產噴灑精量農藥提供依據。此外，針對環境監控與安全防范的要求，使用有線網絡實時監控可預防和制止入侵盜竊及破壞等犯罪行為，從而保障西甜瓜大棚生產的正常運轉。

2.4 智能控制系統

智能控制系統是根據智能信息采集系統采集的農作物生長環境數據，利用預先設定的閾值進行比對，以實現對電磁閥、水泵、風機、濕簾、卷膜等環境調控設備的遠程控制。見圖5。

2.5 手機監測APP

為進一步方便農戶，基地還開發了一款手機APP，以便農戶在田頭即可完成系統的大部分操作。見圖6。

圖5 智能控制系統

圖6 手機版物聯網感知設備傳感器界面

3 “南匯8424”西瓜精準物聯網系統的應用成效

3.1 形成了“南匯8424”西瓜關鍵種植技術

通過本系統的應用，可以科學地記錄優質西瓜培育的全過程，并給予量化，不僅把傳統農業定性的指標轉化為數字定量的指標，為數據分析處理和成熟數字農業模型建立提供了理論支撐，還形成了“南匯8424”西瓜關鍵種植技術，有助于提高浦東新區“南匯8424”西瓜的種植水平。

3.2 取得了顯著的效益

目前，很多種植散戶盲目加大化肥的投入以追求“南匯8424”西瓜高產，不僅使生產出的西瓜品質較差（如果肉纖維粗、口感不好），還導致了養分損失，且增加了生產成本，更對環境和水土保持構成了嚴重威脅，給農業的可持續發展帶來了嚴峻挑戰。而上海驥凌果蔬專業合作社經測算發現，應用本系統種植的西瓜長勢良好，比采用傳統栽培方式可減少農藥用量20%以上、節省人工成本30%、節約用水量20%、增加西瓜產量10%左右，且提高了產品品質，更有助于環境保護與水土保持，促進了農業可持續發展。因此，應用該系統具有顯著的經濟效益和生態效益。

4 結 語

在耕地資源有限的情況下，如何保質增效，已成為農業生產中的首要課題，而農業物聯網建設是現代農業發展的主要標志之一，對傳統農業生產方式的革新起著至關重要的作用。通過應用“南匯8424”西瓜精準物聯網系統，可以科學地記錄西瓜培育的全過程，能快速、實時、多維、多尺度地對溫度、濕度、光照、土壤肥力、重金屬等數據信息進行實時監測，從而實現農業生產全過程的信息感知、智能決策、自動控制和精準管理，使農業生產要素的配置更加科學合理，從而實現農業生產經營管理精準化、智能化，推進“傳統農業”向“現代農業”轉變。