農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在葡萄種植中的應(yīng)用

文/ 何 勇 聶鵬程

【導(dǎo)讀】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益大幅提高。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)代化葡萄種植園如同聘請(qǐng)了一個(gè)時(shí)刻關(guān)心、照顧葡萄生長(zhǎng)的“電子保姆”，種植者足不出戶(hù)就可掌握葡萄的生長(zhǎng)發(fā)育情況，實(shí)現(xiàn)智能化灌溉與科學(xué)管護(hù)，有效提高葡萄產(chǎn)量和質(zhì)量，并可讓葡萄生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理全過(guò)程實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在消費(fèi)者面前，促進(jìn)葡萄消費(fèi)。

上世紀(jì)90年代物聯(lián)網(wǎng)概念開(kāi)始出現(xiàn)。 顧名思義， 物聯(lián)網(wǎng)是把物品通過(guò)特定的電子標(biāo)簽等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)， 實(shí)現(xiàn)行業(yè)的智能化管理。 互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)傳輸是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心基礎(chǔ)， 它可以延伸到任何需要實(shí)時(shí)管理的物體，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物的溝通，相互“說(shuō)話(huà)”、“交流”甚至相互“制約”。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村信息化領(lǐng)域已經(jīng)有了初步應(yīng)用， 如傳感器技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遙感系統(tǒng)、食物的安全追溯系統(tǒng)等。 本文主要介紹物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在葡萄種植方面的應(yīng)用。 物聯(lián)網(wǎng)信息采集器能夠?qū)崟r(shí)地采集葡萄生長(zhǎng)的溫度、濕度、光照和土壤水分等信息數(shù)據(jù)， 然后通過(guò)智能分析與相應(yīng)的智能控制設(shè)備，來(lái)改善葡萄對(duì)生長(zhǎng)條件的需求。 將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)，相對(duì)于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)量和質(zhì)量部人工管理的控制都有很大提高，對(duì)于檔次較高的經(jīng)濟(jì)作物來(lái)說(shuō)生產(chǎn)效率能夠提高30%左右。 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用可以大幅減少農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力投入， 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)于農(nóng)業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)機(jī)遇，正如上世紀(jì)80年代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用推動(dòng)了農(nóng)業(yè)科技的跨越式進(jìn)步一樣， 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也必將深刻影響現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的未來(lái)。

一、葡萄健康生長(zhǎng)的“電子保姆”——農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

所謂的物聯(lián)網(wǎng)，可以定義為通過(guò)裝置在各類(lèi)物體上的電子標(biāo)簽（RFID）、傳感器、二維碼等，經(jīng)過(guò)接口與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相連， 從而給物體賦予 “智能”，實(shí)現(xiàn)人與物體的溝通和對(duì)話(huà)，也可以實(shí)現(xiàn)物體與物體互相間的溝通和對(duì)話(huà)。 本項(xiàng)目中通過(guò)葡萄種植區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)信息采集節(jié)點(diǎn)，檢測(cè)葡萄生長(zhǎng)的各個(gè)信息，例如葡萄種植區(qū)空氣的溫度、濕度、光照，以及種植區(qū)土壤水分和養(yǎng)分情況等，然后不同的信息采集節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行組網(wǎng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸、網(wǎng)絡(luò)傳輸給管理中的電腦。 這種方式的實(shí)現(xiàn)就像手機(jī)發(fā)送短信一樣，管理中心站電腦自動(dòng)分析物聯(lián)網(wǎng)信息采集節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)的信息數(shù)據(jù)，判斷葡萄生長(zhǎng)狀況， 然后再發(fā)送命令給控制柜，對(duì)葡萄進(jìn)行灌溉、施肥、打開(kāi)內(nèi)外遮陽(yáng)棚等操作，從而讓葡萄種植者省心省力。

葡萄種植園用上物聯(lián)網(wǎng)， 其作用當(dāng)然不止是讓種植戶(hù)們“偷懶”、少下田，更重要的作用在于它能節(jié)省成本，提高葡萄品質(zhì)。 據(jù)了解，有了這個(gè)系統(tǒng)后，每667 m2葡萄園一季下來(lái)光澆水、施肥的人工成本就能省下2 400 元， 一個(gè)葡萄園規(guī)模在66.67 hm2左右的合作社每季能節(jié)省人工成本240 萬(wàn)元左右。 而且，由于管理方法科學(xué)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控，用來(lái)灌溉的水也比原來(lái)節(jié)省50%左右，即節(jié)省了成本，也實(shí)現(xiàn)了環(huán)保。 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)葡萄產(chǎn)量的可控與在控。 使用本系統(tǒng)的種植者反映，傳統(tǒng)的葡萄種植方式會(huì)出現(xiàn)葡萄收成大小年現(xiàn)象， 采用這個(gè)系統(tǒng)后，能夠做到控制產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)連年豐產(chǎn)。 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就像一個(gè)“電子保姆”，時(shí)刻關(guān)心、照顧葡萄的生長(zhǎng)狀況， 生產(chǎn)出來(lái)的葡萄無(wú)論水分還是甜度都會(huì)比傳統(tǒng)種植技術(shù)要高出很多，葡萄品質(zhì)顯著提高。 采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，種植者不出門(mén)，點(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo)、發(fā)個(gè)短信就可以對(duì)大棚內(nèi)種植的葡萄的生長(zhǎng)狀況了如指掌， 坐在辦公室就能做好葡萄的管理。

葡萄種植是個(gè)技術(shù)活， 它的生長(zhǎng)對(duì)土壤中水分含量要求非?？量?。 檢測(cè)土壤水分含量的傳統(tǒng)方法通常是在葡萄根部挖點(diǎn)土， 使用專(zhuān)門(mén)的儀器進(jìn)行檢測(cè)。 然而，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，就可以對(duì)葡萄種植區(qū)的土壤水分和養(yǎng)分進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)，土壤溫度計(jì)也是埋在土里的，葡萄大棚內(nèi)溫度多高、 土壤水分含量和溫室光照等情況直接通過(guò)一個(gè)短信或點(diǎn)擊一下電腦鼠標(biāo)就可以輕易查到。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的葡萄生產(chǎn)智能化灌溉

葡萄規(guī)?；N植之后， 原本的粗放式人工挑水灌溉已成為過(guò)去， 現(xiàn)在的葡萄種植戶(hù)們都用上了滴灌技術(shù)。 滴灌是精確的節(jié)水灌溉方法，只有需要水的地方才灌水， 做到只灌作物而不灌土地， 而且可長(zhǎng)時(shí)間使作物根區(qū)的水分含量處于最佳狀態(tài)，可達(dá)到既省水又增產(chǎn)的目的。 但其應(yīng)用中也有缺陷，一是滴頭出流孔徑小，流速低，易堵塞。 在大面積灌溉鋪設(shè)使用中，由于面積大，近端、遠(yuǎn)端管道內(nèi)壓力不均勻，進(jìn)而出現(xiàn)灌水不均衡現(xiàn)象；關(guān)閉部分管道局部灌溉時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)管內(nèi)壓力過(guò)大， 損壞管道與滴灌帶的情況。 二是憑借長(zhǎng)期以來(lái)的灌溉經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法精確掌握灌溉時(shí)間與灌溉量， 既影響了葡萄的生長(zhǎng)發(fā)育，又使得水泵需要頻繁啟動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致水泵與管道的使用壽命縮短。 采用自動(dòng)變頻灌溉系統(tǒng)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)控制箱，信息采集點(diǎn)上的環(huán)境信息結(jié)合專(zhuān)家信息系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)精確制導(dǎo)灌溉， 而變頻技術(shù)的應(yīng)用可使水泵緩慢啟動(dòng)與停止，保護(hù)水泵電機(jī)的運(yùn)行；壓力參數(shù)設(shè)定后，管道內(nèi)水壓恒定在需求范圍內(nèi)，可保證管道內(nèi)水流速度與壓力， 減少管道堵塞， 實(shí)現(xiàn)均勻、精確化灌溉目的。

利用變頻技術(shù)克服水泵自動(dòng)運(yùn)行管理后，剩下的工作就是如何給葡萄自動(dòng)澆水了。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合， 通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備去“感覺(jué)”葡萄生長(zhǎng)土壤水分夠不夠，如果感覺(jué)到葡萄“渴了”，那么這個(gè)感知設(shè)備將會(huì)告訴控制中心這條信息， 控制中心收到信息后就會(huì)打開(kāi)該區(qū)域的電磁閥，給缺水的葡萄自動(dòng)澆水，而上述全過(guò)程均可在無(wú)人干涉的情況下進(jìn)行。

那澆水到何種程度才算夠呢？ 或者土壤干到什么程度葡萄才會(huì)“渴”呢？ 一個(gè)新的問(wèn)題又產(chǎn)生了，但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與專(zhuān)家系統(tǒng)解決了這個(gè)難題。所謂的專(zhuān)家系統(tǒng)， 就是把單一品種的葡萄種植的專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)變成控制參數(shù)， 像醫(yī)生看病可以根據(jù)病人的體溫判斷病情輕重一樣， 專(zhuān)家系統(tǒng)就是把先進(jìn)的專(zhuān)家知識(shí)與成熟經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為控制系統(tǒng)的控制參數(shù)給電腦識(shí)別， 這樣， 電腦將會(huì)具備專(zhuān)家的“智商”，像專(zhuān)家在現(xiàn)場(chǎng)一樣幫助農(nóng)戶(hù)看管好葡萄園。

三、 智能監(jiān)控在葡萄種植中的應(yīng)用

智能監(jiān)控是信息時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物。 應(yīng)用于葡萄種植，一方面能使管理者坐在控制室中就能觀(guān)察到控制范圍內(nèi)所有人員管理情況與作物生長(zhǎng)情況，為葡萄種植、人員管理、園區(qū)安保提供了臨場(chǎng)視覺(jué)效果，提高了園區(qū)管理效率。 另一方面，在葡萄種植區(qū)域內(nèi)安裝畫(huà)質(zhì)清晰的攝像頭，可以清楚地觀(guān)察到葡萄的實(shí)際生長(zhǎng)發(fā)育狀況，對(duì)葡萄的萌芽、開(kāi)花、結(jié)果等情況有一個(gè)直觀(guān)可視化的了解； 在葡萄出現(xiàn)病蟲(chóng)害與發(fā)育不良的情況下，可以直接采集葡萄生長(zhǎng)視屏與圖像信息上傳給農(nóng)業(yè)技術(shù)人員，可視化圖片信息結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)信息采集設(shè)備中農(nóng)業(yè)環(huán)境信息與植物養(yǎng)分信息，輔助農(nóng)業(yè)技術(shù)人員科學(xué)快速地判定病害蟲(chóng)害類(lèi)型與發(fā)育不良的原因，及時(shí)為葡萄種植者解決問(wèn)題。 智能監(jiān)控系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)異地實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了走到世界的任何地方，只要有網(wǎng)絡(luò)，園區(qū)管理者都可通過(guò)電腦、 手機(jī)等設(shè)備實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)園區(qū)監(jiān)控設(shè)備，相當(dāng)于我們擁有了一雙“千里眼”，可以隨時(shí)隨地看到自家園區(qū)的情況。 智能監(jiān)控已成為現(xiàn)代化葡萄種植園區(qū)生產(chǎn)管理中不可缺少的組成部分。

四、簡(jiǎn)易操作的控制與展示的網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在葡萄種植中的網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)包括環(huán)境信息采集系統(tǒng)、 自動(dòng)控制系統(tǒng)和智能監(jiān)控系統(tǒng)等。 葡萄種植者可以通過(guò)登錄訪(fǎng)問(wèn)種植園區(qū)的網(wǎng)站， 通過(guò)電腦網(wǎng)絡(luò)控制園區(qū)內(nèi)灌溉設(shè)備，利用監(jiān)控?cái)z像頭觀(guān)察園區(qū)的葡萄生長(zhǎng)情況。對(duì)于管理部門(mén)， 也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)葡萄各個(gè)時(shí)間段的生長(zhǎng)環(huán)境信息， 掌握葡萄生長(zhǎng)健康狀態(tài)， 并結(jié)合專(zhuān)家系統(tǒng)監(jiān)管和指導(dǎo)園區(qū)葡萄生產(chǎn)與管理。 對(duì)于消費(fèi)者而言，可以通過(guò)平臺(tái)了解葡萄是否成熟， 生產(chǎn)管理過(guò)程是否綠色環(huán)保無(wú)公害等信息， 提高他們對(duì)園區(qū)葡萄的認(rèn)知度和信任度，有助于擴(kuò)大銷(xiāo)量。

綜上所述， 葡萄種植引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)這一先進(jìn)技術(shù)， 旨在通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用與示范實(shí)踐，對(duì)農(nóng)業(yè)資源、環(huán)境和生產(chǎn)管理信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測(cè)、處理、分析和預(yù)測(cè)，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(xué)性、主動(dòng)性， 減輕盲目投入造成的資源浪費(fèi)和對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入相對(duì)于傳統(tǒng)葡萄種植， 能夠提高葡萄的產(chǎn)量和質(zhì)量，同時(shí)減少勞動(dòng)力投入，節(jié)約成本，大幅提高葡萄種植效益。