物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用

朱琳琳

（漯河市農(nóng)業(yè)信息中心，河南漯河462000）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代信息技術(shù)融合發(fā)展的新模式，是農(nóng)業(yè)信息化的重要內(nèi)容，也是“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”的重要體現(xiàn)形式和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。蔬菜生產(chǎn)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主體，其現(xiàn)代化水平在一定程度上代表著整個農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化水平[1,2]。建設(shè)以蔬菜種植為主的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，能夠幫助基層農(nóng)技人員全面及時掌握蔬菜苗情、墑情、病蟲狀況以及災(zāi)情變化情況，快速準確地提供應(yīng)對舉措，實現(xiàn)菜田監(jiān)測自動化、菜田動態(tài)可視化和田間管理科學化，對全面實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有重要的推動作用和決定性作用[3]。

1 蔬菜物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要組成

1.1 環(huán)境因子采集與分析系統(tǒng)

環(huán)境因子采集與分析系統(tǒng)是通過實時采集空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤含水率、風速、風向、光照度、蒸發(fā)量、降雨量、結(jié)露、有效光合因子、太陽總輻射等環(huán)境因子，運用開發(fā)的不同軟件，模擬農(nóng)作物生長趨勢，以達到預(yù)測災(zāi)害和病蟲發(fā)生關(guān)系的目的。

1.2 菜地遠程監(jiān)測系統(tǒng)

該子系列主要包括選時錄像、抓拍圖片、數(shù)據(jù)信息，自動上傳、儲存。菜地遠程監(jiān)測系統(tǒng)可進行野外錄像、拍照，為管理人員監(jiān)控墑情、滴灌、天敵及微生物等測控實施過程提供了便利。該系統(tǒng)也是基層測報員的“千里眼”，證明測控模型的診斷效果，尤其能在惡劣環(huán)境下完成監(jiān)測工作。

1.3 蟲情信息自動采集與分析系統(tǒng)

通過軟件開發(fā)，實時、遠程自動采集圖像、數(shù)據(jù)，由昆蟲模型做自動誘蟲處理。借助于該系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)示范區(qū)野外昆蟲誘集、紅外處理、時段取像、信息無線傳輸，是及時、準確掌握昆蟲發(fā)生規(guī)律的智能化植保裝置。與環(huán)境因子信息采集與分析系統(tǒng)結(jié)合使用，運算出不同昆蟲發(fā)生的周期模型和防控模型。

1.4 病情信息自動采集與分析系統(tǒng)

通過軟件開發(fā)，對氣流定量、定時采集，由病情數(shù)據(jù)分析模型，自動培養(yǎng)、成像、實時顯示、存儲病菌孢子圖像。病情信息自動采集與分析系統(tǒng)具有孢子自動識別、孢子自動捕獲、培養(yǎng)觀察、多角度成像等功能，為研究和掌握各種病菌孢子萌發(fā)條件與規(guī)律提供了便利。在孢子自動捕捉功能的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)升級為無人值守自動完成培養(yǎng)、成像功能，對植物病害、有益菌情況進行全方位研究，以達到有效控制有害菌危害，發(fā)揮有益菌控制病蟲害的作用。

1.5 專家決策系統(tǒng)

專家數(shù)據(jù)庫涵蓋不同專業(yè)，通過審核、符合條件的專家可由管理權(quán)限的物聯(lián)網(wǎng)管理人員進行錄入、調(diào)整。根據(jù)不同專業(yè)特長、蔬菜種類等，專家?guī)炜蛇M行劃分歸屬管理。

專家根據(jù)氣象、節(jié)氣、農(nóng)情等因素，定時或不定時地對環(huán)境因子采集與分析系統(tǒng)、菜地遠程監(jiān)測系統(tǒng)、蟲情信息自動采集與分析系統(tǒng)、病情信息自動采集與分析系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息進行察看、對比、交流、診斷、預(yù)測；并得出正確、最佳的處理意見，經(jīng)整理、匯總后反饋存儲于不同類別的蔬菜管理分類模塊。

1.6 信息發(fā)布系統(tǒng)

建有與手機銜接的信息傳送端口，基層農(nóng)技人員根據(jù)專家提出的管理意見、建議，編制成簡短、易懂的信息，通過相應(yīng)的問題模塊及時發(fā)送到所轄區(qū)域的菜農(nóng)手機上。

為了避免系統(tǒng)故障耽誤使用，在信息發(fā)布系統(tǒng)中同時設(shè)置了系統(tǒng)發(fā)生故障自動報警功能，當系統(tǒng)檢測到自身出現(xiàn)異常時隨即以短信或其它方式及時通知到相關(guān)的管理人員。

2 蔬菜物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的作用

2.1 實現(xiàn)蔬菜信息采集的自動化和數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化

各類信息采集設(shè)備安置在無人值守的監(jiān)測地點，使蔬菜苗情監(jiān)測和病蟲害測報工作從眼觀手查方式轉(zhuǎn)換到信息化模式，可大量節(jié)省人力物力，且觀測不受地理、氣候等因素的影響，實現(xiàn)實時采集與監(jiān)測，最終實現(xiàn)菜情監(jiān)控工作由傳統(tǒng)操作方式向標準化、規(guī)范化、信息化和科學化方向的轉(zhuǎn)型。

通過半徑10 km的無線傳輸信息，將數(shù)據(jù)發(fā)送到任一設(shè)有互聯(lián)網(wǎng)的接收站（點），通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇h級、市級、省級等有監(jiān)控權(quán)限的操作控制中心，進行遠程操控，可實現(xiàn)農(nóng)作物病蟲測報信息資源共享。

2.2 實現(xiàn)生產(chǎn)動態(tài)信息的可視化和生產(chǎn)指導(dǎo)的精準化

蔬菜生產(chǎn)過程中，工作人員可通過電腦、手機等載體隨時登錄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，查詢蔬菜長勢、長相，查看菜地各類氣象信息和病蟲害發(fā)生發(fā)展趨勢，實現(xiàn)全天候可視化實時監(jiān)控，并針對監(jiān)控實況，觀察蔬菜特征，如缺肥癥狀、病蟲害情況，建立短期和長期預(yù)測預(yù)報。

通過數(shù)據(jù)收集分析與整理，建立資料和數(shù)據(jù)庫，及時掌握蔬菜生產(chǎn)發(fā)育狀況及病蟲害發(fā)生發(fā)展趨勢，通過網(wǎng)絡(luò)實時反饋給專家系統(tǒng)，根據(jù)專家做出的研判、決策，迅速作出應(yīng)對處理，為蔬菜生產(chǎn)保駕護航。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟效益

3.1.1 節(jié)本增效

蔬菜物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建成后，可根據(jù)數(shù)據(jù)分析模型，對苗情和病蟲害發(fā)生及時監(jiān)測，使病蟲害在最佳時間得到防控，從而減少防治投入。此外，在蔬菜生產(chǎn)管理上，技術(shù)人員可利用蔬菜大棚生產(chǎn)操作系統(tǒng)，對各個大棚蔬菜澆水、施肥、加溫、卷簾等進行自動或手動控制，以降低人工成本，提高蔬菜種植效益。

3.1.2 提質(zhì)增效

在蔬菜生長過程環(huán)境上，可以利用物聯(lián)網(wǎng)溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測蔬菜生長的環(huán)境信息、養(yǎng)分信息和病蟲害情況。利用環(huán)境測量的相關(guān)傳感器準確、實時地獲取土壤水分、環(huán)境溫濕度、光照情況，配合控制系統(tǒng)，調(diào)理蔬菜生長環(huán)境，改善蔬菜生長的營養(yǎng)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)蔬菜的病蟲害暴發(fā)時期，維持其最佳生長環(huán)境條件。通過對病蟲害的準確監(jiān)測，提高防控質(zhì)量和效果，進而提高蔬菜質(zhì)量。

3.1.3 減災(zāi)增效

根據(jù)傳輸?shù)臍庀髷?shù)據(jù)，氣象專家可以預(yù)測天氣狀況，與農(nóng)業(yè)專家結(jié)合，及時對農(nóng)民進行生產(chǎn)指導(dǎo)，采取預(yù)防措施，有效避免或減輕災(zāi)害性天氣對作物造成的危害。而且在發(fā)生不可預(yù)測的突發(fā)性自然災(zāi)害時，可以及時進行生產(chǎn)指導(dǎo)，采取補救措施，將危害降到最低。

3.1.4 對接市場，調(diào)整生產(chǎn)

在蔬菜的收獲階段，技術(shù)人員也同樣可以利用物聯(lián)網(wǎng)的信息，把采集到的有關(guān)蔬菜生長的各種信息進行匯總，反饋到前端，從而在蔬菜種植收獲階段進行更精準的測算，為蔬菜銷售提供基礎(chǔ)信息。

3.2 社會效益

3.2.1 保障蔬菜安全

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)管理的精準化，有效控制化肥、農(nóng)藥等危害健康的物質(zhì)殘留問題，而食品安全溯源技術(shù)更是為食品安全監(jiān)控提供了保障。

3.2.2 實現(xiàn)精準管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)生產(chǎn)投入、過程管理的精準化。在生產(chǎn)投入上，蔬菜生產(chǎn)者可以通過遙感、傳感器件等技術(shù)對生產(chǎn)作業(yè)的各個要素進行準確信息參數(shù)感知，進而精準確定水、肥、藥等要素的投入量，實現(xiàn)投入精準化。在生產(chǎn)管理上，區(qū)域站物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)可實時發(fā)送蔬菜生長數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)、病蟲數(shù)據(jù)信息，建立數(shù)據(jù)庫模型，為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺提供基礎(chǔ)信息，并為分析病蟲發(fā)生規(guī)律及蔬菜生產(chǎn)科學化決策提供依據(jù)。

3.2.3 平衡農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過應(yīng)用遙感技術(shù)進行產(chǎn)量預(yù)測，通過將傳感器件集成到機械裝備上可實現(xiàn)精確測產(chǎn)，使得蔬菜產(chǎn)量預(yù)測和精確測產(chǎn)技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，有助于引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)平衡發(fā)展，避免因信息不對稱所導(dǎo)致的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)失衡；以及引發(fā)的菜農(nóng)增產(chǎn)不增收等問題。

3.2.4 減少勞動強度

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了蔬菜生產(chǎn)管理的遠程化和自動化，減少了蔬菜從業(yè)者到生產(chǎn)現(xiàn)場進行作業(yè)的必要性。同時，蔬菜病蟲害測報工作也從眼觀手查方式轉(zhuǎn)換到信息化模式，提高了工作效率和服務(wù)的精準性，減少了測報人員的工作量。

3.3 生態(tài)效益

3.3.1 保護生態(tài)環(huán)境

通過精確、科學的數(shù)字化控制手段進行蔬菜生產(chǎn)和管理，可以有效避免用藥、施肥、灌溉等行為的不科學性，從而起到保護生態(tài)環(huán)境的目標。同時，該系統(tǒng)提高了對蔬菜有害生物預(yù)警的準確性，可以在大范圍內(nèi)開展以生物防治為主的病蟲害綜合防控技術(shù)，維護生物鏈的平衡，促進生態(tài)和諧。

3.3.2 節(jié)約能源

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展精準農(nóng)業(yè)，可以有效減少水、肥、藥等投入品的使用量，節(jié)約投入成本。生產(chǎn)管理的遠程化和智能化減少了農(nóng)業(yè)從業(yè)者到達現(xiàn)場的必要性，降低了基于人的實體流動而產(chǎn)生的能源資源消耗。