果園生產管理物聯網技術的應用

摘 要：河南省三門峽市于2011年將農業物聯網技術應用于果園生產管理中，經過兩年的應用，實現了節約水資源，減少勞動強度和用工費用，達到提高果品品質和產量，提高病蟲害診斷效率的目標，總結研究出果園物聯網建設的環境需求等。

關鍵詞：果園；物聯網；應用

一、應用研究背景

三門峽市位于河南省西部，地處豫晉陜三省交界處，境內山嶺起伏，氣候溫和，光照充足，平均海拔高，晝夜溫差大，是北方果樹的最佳適生區，被農業部規劃為黃土高原蘋果優勢產業帶。全市果樹面積達到350萬畝，果品總產達到20.1億公斤，占全市農業總產值的30%，是全市的農業支柱產業。為此，我市于2011年建立果園農業物聯網應用示范基地，以此示范和帶動全市現代農業發展。

二、應用方法及內容

1.應用方法。選擇果園建立物聯網技術應用示范基地，同時配套建成物聯網公共服務平臺。實現15個遠程環境監測點、45個遠程智能控制點、30個遠程視頻點，涉及5500畝果園、果樹生產大棚等果樹生產管理。

2.應用內容。主要應用內容包括如下：

環境信息采集。由采集模塊、太陽能充放電設備、各種氣象傳感器、多個墑情傳感器及安裝支架組成，利用無線數傳或GPRS方式與控制中心連接。氣象傳感器監測空氣溫度、空氣濕度、風速、風向、輻射強度、降雨量6個關鍵指標，土壤含水量指標包括同一土壤剖面4個深度（表土層、心土層、底土層和潛育層）的溫度和容積含水量。

灌溉控制。灌溉控制由溫室灌溉控制器、土壤水分傳感器、電磁閥及安裝附件組成，利用無線局域網與監控中心連接，亦可在灌溉控制器進行土壤含水量上下限參數設置，低于設定范圍下限時，灌溉控制器會打開電磁閥進行灌溉補充水分，高于設定范圍上限時，停止灌溉。

視頻監控。視頻監控是一套相對獨立的系統，由現場圖像采集網絡攝像頭、交換機、無線網橋及圖像數據轉化傳輸視頻服務器組成，通過現場安裝的攝像頭對整個設施內作物的生長狀況進行實時圖像采集，圖像經由無線局域網上傳至視頻服務器。

公共服務平臺。具備感知數據、信息資源集中發布、系統的顯示和控制管理等功能。用于統一配置、接入并管理各物網聯節點的農業物聯網應用系統及其數據，并以網絡通信、手機通信的形式進行發布、管理和維護，在確保數據知識產權得到有效保護的同時實現數據的共享應用。

實現視頻的傳輸、共享，達到農情遠程視頻會商目標，提高診斷的及時性、準確性，即使在遠隔千里的情況下，農業專家也可及時對農戶進行面對面指導，方便病蟲害爆發等農情得到及時會商、決策和應對。還可遠程培訓、應急指揮和學術交流等。

3.應用技術原理及路線。采用“信息感知—采集—傳輸—統計分析、管理決策—信息服務”的技術，對果品生產進行全程數字和可視化管理，實現生產環境信息遠程采集、遠程智能控制、遠程病蟲害診斷等，通過電腦或手機上網就可隨時隨地掌握和控制生產情況。

整個系統采用分層分布式結構，整體流程是：各應用點采集各類傳感器數據，通過485總線和GPRS無線傳輸技術將上述數據上傳到綜合控制中心，綜合控制中心接收到數據后，對數據進行處理分析，形成決策指令，同時通過屏幕、手機進行報警提示，系統及管理人員可進行灌溉、通風、遮陰、保溫等工作。

4.技術性能指標

果園應用農業物聯網技術，達到降低勞動強度和節約生產成本，節約水資源，提高產品產量、質量和知名度，提高病蟲害診斷效率，為果園生產提供系統、科學的數據和決策支持，提高農業生產的科技水平，促進現代農業發展的目的。

三、應用成效

1.在墑情數據采集方面，相對于傳統的人工采集，采用了數字傳感器進行采集，得到比較完整的數據，保證了數據的精準性。

2.對果品生產、生長等方面進行全程可視化數據管理，為管理者和消費者提供全過程的可視的生產、監督平臺。

3.通過電腦或手機可以遠程查看基地墑情數據和實時視頻數據，使管理人員隨時掌握基地情況，獲得及時預警信息，能顯著提高工作效率等。

4.通過應用，將土壤水份傳感器或空氣溫濕度傳感器感知的數據通過電腦及網絡與滴灌電磁閥門關聯，當數據低于一定數據時，電腦指令開啟電磁閥進行滴灌、微噴等，當數據達到設定的標準值時，閥門自動關閉，達到節約灌溉、澆水的目的。

5.采用物聯網生產管理技術，土壤灌溉和大棚有害氣體調節及時，病蟲害發生大大減少，農產品產量，優質商品率均得到提高。

6.果樹實現遠程高清視頻監控后，在其出現不良情況時，隨時請專家進行遠程會診，快速診斷出病蟲害，及時指導采取應對措施，將損失減少到最低，實現了經濟利益最大化。

5500畝果園因應用物聯網技術在降低人工勞動強度和用工成本、節約水資源、提高產品產量質量和知名度的方面，每年共增加經濟效益2157.6萬元，與應用前相比，增加效益24.5%。（見表1）

四、問題及建議

1.大田果園應用物聯網技術，首先要具備一定的網絡條件，以滿足遠程視頻、數據傳輸的需要。我市在3個果園建立應用點時，每個點均要租用光纖，因果園在野外、位置偏僻，光纖均為專用線路，每年租費較高。雖然我市其它很多果園有應用物聯網技術的需求，但考慮到每年上網費用投入相對較高，應用積極性受阻。

2.因果園野外環境條件相對惡劣，對其所使用物聯網設備要求要有高穩定性，尤其要考慮到各設備電源的問題，我市果園大多用農用電，農用電電壓不穩，在應用中經常遇到電源被燒毀的情況。

3.在果園配備傳感設備、控制設備一次性投入成本較高，加之是配套設備較多，增加了投入成本，增加了后期維護難度等，不利于技術的推廣與應用。

因此建議，一是相關部門出臺相應的政策，加大基礎建設力度，增加廣大農村生產基地的光纖覆蓋率；二是降低傳感及控制設備成本，建立相應的公共平臺，以減少應用點的投入及降低后期的維護難度；三是要充分考慮農業生產環境條件，增強設備的抵抗惡劣環境的性能。

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