“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機”在葡萄基地的應用

楊君斌

作者信息：溫嶺市城東街道農(nóng)業(yè)服務中心，317500，浙江溫嶺

浙江省在“十三五”農(nóng)機化發(fā)展上，把探索推動“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機”作為新的工作方向，著力推進智慧農(nóng)機建設，大力提升農(nóng)機化發(fā)展質(zhì)量與競爭力，構筑農(nóng)機化發(fā)展新優(yōu)勢和新動能。溫嶺市為解決農(nóng)戶在種植過程中勞動力成本不斷攀升的問題，擇取該市濱海葡萄種植基地為“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機”裝備應用示范項目，經(jīng)過一年多的實踐，真正推進了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“機器換人”。

1 項目所在基地情況

溫嶺濱海葡萄種植基地是“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機”示范項目的主要承擔單位，該基地有20 hm2種植區(qū)域。基地內(nèi)全部安裝了噴灌設備，實現(xiàn)了節(jié)水灌溉應用全覆蓋；2017年新增6臺高壓噴霧器，實現(xiàn)植保機械化率100%；新增5臺田園管理機，實現(xiàn)耕作機械化率100%。基地內(nèi)全部建成標準大棚，其中鋼構大棚 13.3 hm2，毛竹大棚 6.7 hm2。

2 項目基礎設施配置

2.1 項目實施的基本思想

通過配置相應的自動控制設備及云端管理軟件,實現(xiàn)對作物生長環(huán)境遠程網(wǎng)絡查詢和控制，實時察看每個控制區(qū)域的土壤、環(huán)境和光照等各種信息數(shù)據(jù)。通過遠程監(jiān)控管理、遠程技術指導等網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化管理服務新模式，實現(xiàn)自動化管理、自動化控制和平臺展示，提高農(nóng)機管理服務效能，達到農(nóng)業(yè)生態(tài)信息數(shù)據(jù)實時采集、傳輸和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精確管理的目的。

2.2 硬件設施的提升改造

為更好地落實示范項目，在基地里選定0.67 hm2區(qū)塊進行示范建設，拔除原先成熟葡萄藤蔓，拆除原有葡萄大棚設施，對示范區(qū)塊按標準進行整改。示范區(qū)內(nèi)進行了標準鋼結構大棚改建和灌溉管網(wǎng)設施改造，然后平整改良土地，引入新品葡萄幼苗進行重新栽培。新建17個鋼結構標準農(nóng)業(yè)大棚（區(qū)域面積為102 m×66 m），安裝大棚頂簾卷膜器17套，側簾卷膜器4套，種植區(qū)內(nèi)鋪設視頻監(jiān)控設備4組；并對原有灌溉網(wǎng)絡進行了改造升級，增加自動控制裝置、智能控制總閥、自動電磁閥門等硬件設備。

2.3 監(jiān)控設備和信息化模塊的配備

設置無線空氣溫濕度傳感器10個、無線土壤溫度傳感器20個、無線土壤水分傳感器20個、無線CO2傳感器5個、無線照度傳感器2個。在增加硬件設備投入的基礎上，搭建基于云計算的種植控制管理系統(tǒng)。項目通過設計，安裝精準農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)采集裝置、自動化控制設備，組建本地Zigbee。無線通信網(wǎng)絡、云端精準種植管理軟件系統(tǒng)的開發(fā)與應用，實現(xiàn)葡萄種植生產(chǎn)的自動化管理，減少人力資源投入。

3 管理系統(tǒng)實現(xiàn)內(nèi)容

本項目利用現(xiàn)代測控技術及當今工控領域流行的Zigbee無線通信技術實現(xiàn)葡萄種植過程的環(huán)境數(shù)據(jù)采集、云端遠程農(nóng)機設備控制管理和種植建議大數(shù)據(jù)分析。項目通過設計運用各無線傳感器節(jié)點、Zigbee無線組網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理采集系統(tǒng)、系統(tǒng)監(jiān)控平臺等，實現(xiàn)對葡萄溫室大棚內(nèi)復雜環(huán)境的溫濕度、土壤水分、CO2濃度和光線強度等參數(shù)的采集與處理和自動控制的功能。通過項目建設，實現(xiàn)了對葡萄大棚種植的智能化管理。

3.1 大棚環(huán)境的自動監(jiān)測

系統(tǒng)能夠自動監(jiān)測與大棚種植作物生長相關的大棚內(nèi)外環(huán)境因素，主要包括：大棚內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照強度等。

3.2 農(nóng)機設備的遠程聯(lián)動控制

（1）定時農(nóng)事智能控制功能。農(nóng)戶可通過手機、平板、電腦等網(wǎng)絡終端設定時間啟動農(nóng)機設備，執(zhí)行農(nóng)事活動（灌溉水泵、電磁閥的自動啟停，大棚卷簾機的自動啟停）。例如：客戶可通過系統(tǒng)設定每天早上7時打開大棚卷簾機，接收光照；設定每天下午5時準時關閉卷簾機，為大棚晚間保溫；設定每天早上10時開始灌溉，為作物澆水，灌溉時間持續(xù)0.5 h。這些都可以通過系統(tǒng)設定實現(xiàn)。系統(tǒng)可以根據(jù)不同時間設定，自動執(zhí)行多項農(nóng)事活動；也可分區(qū)域設定不同農(nóng)事活動。

（2）策略農(nóng)事智能控制功能。系統(tǒng)可根據(jù)作物生長對環(huán)境的實際要求，設定相應的環(huán)境控制區(qū)間，當環(huán)境采集數(shù)據(jù)超過或低于設定閾值，自動啟動農(nóng)事活動：空氣溫度或土壤溫度超過設定閾值，可設定降溫農(nóng)事活動（大棚頂簾、側簾的自動開啟）；空氣濕度或土壤濕度低于設定閾值，自動啟動灌溉設備，進行水分補償（自動開啟水泵設備）；可分區(qū)域設定，多項農(nóng)事活動自動執(zhí)行。

農(nóng)戶可通過手機、平板、電腦等網(wǎng)絡終端設定策略農(nóng)事活動，例如可在系統(tǒng)設定溫度40℃為警戒閾值，當系統(tǒng)監(jiān)測大棚環(huán)境溫度達到或者超過40℃時，自動打開全部卷簾機，進行通風降溫，并進行自動澆水降溫作業(yè)。

（3）預警農(nóng)事智能控制功能。系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)設定閾值，自動通過微信、短信等渠道推送預警信息，提示相應操作，給出操作建議；當作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)異常或者設備工況異常時，系統(tǒng)也會自動推送報警信息。

（4）智能輪灌控制功能。系統(tǒng)可以根據(jù)不同區(qū)域設定不同的灌溉方案，通過遠程無線控制電磁閥開關，分區(qū)域分時段實現(xiàn)對農(nóng)田不同區(qū)域的灌溉任務。

3.3 種植信息數(shù)據(jù)分析管理

系統(tǒng)通過對種植農(nóng)事活動、環(huán)境數(shù)據(jù)的分析處理，實現(xiàn)了對農(nóng)事生產(chǎn)活動的大數(shù)據(jù)分析，為農(nóng)戶科學種植提供決策依據(jù)。

（1）數(shù)據(jù)報表分析功能。可根據(jù)需要導出溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)的月度、季度、年度報表；可根據(jù)需要導出一段時間內(nèi)農(nóng)事操作記錄；通過數(shù)據(jù)分析，可以幫助農(nóng)戶判斷近期農(nóng)事活動的合理性與否；數(shù)據(jù)報表作為當?shù)胤N植環(huán)境的科學依據(jù)，為種植作物物種選擇提供決策參考。

（2）種植過程可追溯功能。實時記錄農(nóng)戶近期農(nóng)事操作記錄，實現(xiàn)食品安全追溯有據(jù)可查；提供遠程視頻查看界面，消費者可以隨時查看、監(jiān)督農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程，放心消費，提升農(nóng)產(chǎn)品品牌價值及消費者忠誠度。

4 項目指標完成情況

4.1 經(jīng)濟效益

在示范項目取得成功后，2017年10月，完成對該種植基地其余19.33 hm2葡萄大棚的智能化改造。原有聘用職工經(jīng)過示范基地的技術培訓指導，能夠輕松勝任示范區(qū)域的種植管理工作。改造實施前種植區(qū)域共需要30名工作人員，每年支付人工工資150萬元；智能化改造后，只需要15名員工就可以通過機器設備和手機、電腦等網(wǎng)絡終端實現(xiàn)對示范區(qū)域的種植管理，每年可節(jié)約管理成本75萬元。項目進一步推廣拓展后，能夠節(jié)約更多的人力成本。

4.2 社會效益、生態(tài)效益

今后，通過管理系統(tǒng)科學的種植指導和自動化管理，葡萄生長環(huán)境能夠進一步優(yōu)化，更有利于作物生長。預計整個基地種植的葡萄平均產(chǎn)量可增收4 500 kg/hm2（300 kg/畝），較之前提高產(chǎn)量 30%，且品質(zhì)能得到有效提升。按2017年市場平均售價12元／kg計算，單位面積平均可增收5.4萬元/hm2左右，20 hm2的基地可增收108萬元，因此本項目的實施對農(nóng)戶增收效果顯著。

通過“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機”項目建設，擺脫了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對自然環(huán)境的高度依賴，減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動力投入，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)人力成本投入。自動化管理系統(tǒng)的應用不僅提高了生產(chǎn)效率，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)也得到有效提升，明顯提高單位產(chǎn)出經(jīng)濟效益。同時由于有精準的監(jiān)控系統(tǒng)，有效減少農(nóng)業(yè)面源污染。

4.3 技術指標完成情況

“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機”示范項目結合應用現(xiàn)代信息技術（傳感器技術、無線通信技術）、計算機技術和網(wǎng)絡監(jiān)測及智能控制技術，通過相應的電腦軟件集成控制，形成一種全新的集信息獲取、處理、監(jiān)控和物聯(lián)網(wǎng)管理為一體的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準自動化管理。

通過智能化精準種植，量化種植過程的動作，達到增產(chǎn)和增效的目的，并通過品質(zhì)的提高提升品牌和售價；通過自動灌溉，減少人力的投入，有效地節(jié)能增效；通過對種植過程數(shù)據(jù)采集和分析，系統(tǒng)計算出最佳的種植參數(shù)并記錄，把傳統(tǒng)的經(jīng)驗種植推向精準種植。

5 推廣應用前景分析

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展及城鎮(zhèn)化進程的加快，勞動力成本的提高成為制約農(nóng)業(yè)、尤其是設施葡萄這類勞動密集型經(jīng)濟作物生產(chǎn)的一大瓶頸，這迫切需要提高生產(chǎn)的機械化、自動化水平，需要研發(fā)省力、省工的設施滿足生產(chǎn)需要，減低費用，提高市場占有率。

通過農(nóng)業(yè) “機器換人”，實現(xiàn)農(nóng)民在生產(chǎn)種植過程中的自動化集約化管理，節(jié)約人力成本，提高種植效率，對優(yōu)化資源配置和生產(chǎn)管理，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學性、主動性，推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設，提高經(jīng)濟效益，增加農(nóng)民收入，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，都具有重要的意義。