農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)巡檢系統(tǒng)在設施溫棚的應用與效益分析

楊劍超+姜學玲+王德濤+賀晶+張曉偉+李來民+張磊+賈玉輝

摘 要：通過對農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)巡檢系統(tǒng)在煙臺地區(qū)甜設施櫻桃、茶葉的試驗應用情況進行調查，探明了巡檢系統(tǒng)在實際應用中的效果及其對現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展所產(chǎn)生的積極影響，尤其在實現(xiàn)精確化管理、提高生產(chǎn)效率、提升作物產(chǎn)量及品質、減少勞動力投入、減少農藥肥料投入、綜合效益提高方面有顯著作用。巡檢系統(tǒng)是現(xiàn)階段信息化技術應用于精準農業(yè)作業(yè)的理想推廣方案。

關鍵詞：設施農業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)，巡檢系統(tǒng)，效益，分析

1 研究背景

隨著全球物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)模發(fā)展，設施農業(yè)領域隨之也得到了一定規(guī)模的應用[1]。農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)一方面獲取環(huán)境中土壌與氣象信息，通過無線傳輸進行遠程智能化動態(tài)監(jiān)測，另一方面可以通過網(wǎng)絡傳達控制信息，用控制繼電器模塊執(zhí)行卷簾或水閥開閉等操作[2，3]。設施農業(yè)多以生產(chǎn)反季節(jié)高附加值的經(jīng)濟作物為主，故設施農業(yè)不僅追求產(chǎn)量，更追求產(chǎn)品質量，對農產(chǎn)品的生產(chǎn)各環(huán)節(jié)都需要有精確的把控。將物聯(lián)網(wǎng)巡檢系統(tǒng)應用于設施化農業(yè)生產(chǎn)，可以有效對生產(chǎn)和管理的各環(huán)節(jié)精準記錄，提升管理效率，大大縮減勞動力投入，是未來農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要方向[4]。

巡檢系統(tǒng)原指一種監(jiān)督巡邏、檢查過程的裝置。隨著電子裝備的發(fā)展，巡檢系統(tǒng)逐步與電子射頻技術、條碼化技術、網(wǎng)絡傳輸技術、GPS技術等結合，在電力系統(tǒng)、工控生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到了大規(guī)模的應用[5]。在傳統(tǒng)的設施農業(yè)管理過程中，每個設施單元內的管理基本采用管理者畫圖、記號標記等方式，規(guī)模小時可以收到預期效果，但規(guī)模擴大后只能依靠增加勞力才能達到預期效果。例如茶樹屬于分岔口采摘，傳統(tǒng)做法是人為記錄大致采摘區(qū)域，分時間段集中采摘，如此操作會造成對應茶葉的品質均一性下降，將茶樹進行電子射頻或者位置信息標記，利用巡檢系統(tǒng)進行采摘定位和采摘量動態(tài)統(tǒng)計，可以有效的評估茶葉產(chǎn)量和質量。再例如，如果將果樹如同電子設備一樣做標簽，在系統(tǒng)中進行評級分類、產(chǎn)果期預測等，可以在采摘期來臨時利用巡檢數(shù)據(jù)進行定向采摘，縮短“找果”過程，大大提升采摘效率和采摘質量。本研究以煙臺地區(qū)設施甜櫻桃和設施茶葉為試驗實例，對農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)巡檢系統(tǒng)在設施溫棚的應用進行效益分析。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況

試驗地分別位于山東省煙臺市芝罘區(qū)黃務街道官莊村大櫻桃種植基地（占地10畝、10個設施棚）；山東省煙臺市海陽市盤石鎮(zhèn)煙臺供銷茶社招虎山茶園（占地50畝、40個設施棚）。

2.2 巡檢系統(tǒng)及設備

巡檢系統(tǒng)利用RFID（Radio Frequency Identification，無線射頻識別）技術為終端技術基礎，利用巡檢器（ARM）作為終端設備，可以對射頻信號進行掃描，內置GPS功能，可以將RFID標記的地點，包括標記植株、設施機械、運輸器具等信息進行采集，并同步錄入終端設備存儲器中，終端設備通過GPRS、WIFI等無線通信協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸給上位機服務器中（信息管理數(shù)據(jù)中心），可以實現(xiàn)一方面利用數(shù)據(jù)中心的進行數(shù)據(jù)庫儲存，另一方面可以通過報表系統(tǒng)和其他應用程序將信息及時傳送給管理者（圖1）。

2.3 試驗方法

2016年6月起將兩個試驗地加裝了巡檢系統(tǒng)，至2017年6月止，覆蓋大櫻桃、茶葉一個完整的生產(chǎn)周期，不間斷的統(tǒng)計病蟲害情況、產(chǎn)量、勞動力投入、植保投入、肥料投入的情況為期1年，取得數(shù)據(jù)與2013-2016年的平均數(shù)據(jù)進行比較，獲得分析結果。

3 效益調查與分析

3.1 提高工作效率，提升產(chǎn)量和品質

根據(jù)表1、表2的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，2016年使用巡檢系統(tǒng)后管理綜合經(jīng)濟效益明顯提升，在甜櫻桃試驗區(qū)發(fā)現(xiàn)，通過巡檢系統(tǒng)的精確化管理，實現(xiàn)每株果樹差異性管理，較傳統(tǒng)管理方式能夠提高大幅產(chǎn)量。茶葉不同于果樹，茶葉追求更高的品質標準，通過試驗發(fā)現(xiàn)，利用巡檢系統(tǒng)對茶葉進行植株標注，標記性采摘可以獲得更高的氨基酸含量，同時通過優(yōu)選采摘的茶葉其氨酚比及水浸出物含量都優(yōu)于普通采摘的茶葉。所以通過巡檢系統(tǒng)，對植株進行數(shù)據(jù)化標記管理，有利于提高工作效率，提升作物的產(chǎn)量和品質。

3.2 降低人工成本投入

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，不論甜櫻桃還是茶葉試驗園，人力投入成本都呈逐年增加的趨勢，其中主要的原因是勞動力成本的上漲及園區(qū)使用年限的增長造成維護成本的增加。2016年通過利用巡檢系統(tǒng)進行管理，使用射頻標記進行生產(chǎn)設備維護，大大提高了各類新型農業(yè)設備的使用效率和穩(wěn)定性，提升采摘效率，有效的節(jié)約勞力人投入，節(jié)約勞力成本。

3.3 肥料、植保投入成本降低

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2013至2015年間，甜櫻桃、茶葉實驗園區(qū)的植保、肥料投入逐年增高，一方面是由于設施區(qū)域生產(chǎn)年份增加會帶來更多的連續(xù)生產(chǎn)障礙，需要投入更多的植保產(chǎn)品進行維護，另一方面是市場對高品質果品、茶品需求逐年增多，需要更多的肥料，特別是有機肥、葉面肥等新型肥料的投入，增加了成本。從安全、可持續(xù)化生產(chǎn)的角度來看，設施農業(yè)生產(chǎn)需要低植保與水肥平衡的投入，巡檢系統(tǒng)的加入，能夠對園區(qū)內病害及時發(fā)現(xiàn)、標記，并上傳信息及時處理，提高植保措施的效率，大大減少了農藥投入，同時可以標記園區(qū)內個體長勢情況，避免了盲目施肥，也節(jié)約了肥料投入。

4 總結

隨著信息化時代的不斷發(fā)展，農業(yè)的精確化管理是農業(yè)發(fā)展的必由之路，但通過人工智能實現(xiàn)全自動化農業(yè)操作在現(xiàn)階段受制于經(jīng)濟條件和技術障礙尚不能在實踐生產(chǎn)中獲得大力推廣，但至少農業(yè)中要求的精準化管理可以通過信息化設備輔助能夠得以實現(xiàn)。巡檢系統(tǒng)的成熟運用可以解決農業(yè)操作特別是設施農業(yè)中的精準化控制問題，是現(xiàn)階段通過信息化手段提高農業(yè)生產(chǎn)效率，降低勞力、減少藥品肥料投入的理想推廣方案。endprint