山東農(nóng)大讓果園有了“云大腦”

文/本刊特邀記者 王靜

一年之計(jì)在于春。眼下正值三月中旬，正是蘋果樹水肥管理的關(guān)鍵時(shí)節(jié)。在山東省寧陽(yáng)縣寧莊嶺村的蘋果示范園里，山東省科技特派員、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院副教授王冉冉和劉雙喜正在忙著調(diào)試太陽(yáng)能智能小型氣象站和云攝像頭。

他們腳下的果園，呈現(xiàn)出與眾不同的場(chǎng)景：果園里空無(wú)一人，智能化設(shè)施掌管了這里的一切。自動(dòng)澆水設(shè)備隨處可見，何時(shí)澆水，澆多少水，哪里澆水，整套動(dòng)作有的放矢，一氣呵成；看得見的“無(wú)人”作業(yè)背后，是80公里之外的專家智囊團(tuán)正通過(guò)遠(yuǎn)程在線指導(dǎo)、可視化管理。云端平臺(tái)，讓農(nóng)事生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)人化操作。

春忙時(shí)居然“清閑”下來(lái)了

按照以往，春天是劉萬(wàn)林最繁忙的時(shí)候，僅施肥一項(xiàng)就要耗費(fèi)大量人力和物力。

作為眼前這1500多畝蘋果園的主人，春忙的關(guān)鍵時(shí)刻，劉萬(wàn)林居然“清閑”了下來(lái)。原因何在？他告訴記者，這片智能化果園有1500多畝，除了采摘季節(jié)，平時(shí)要上百人管理。在安裝了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的智慧果園云平臺(tái)系統(tǒng)后，足不出戶就可以監(jiān)控果園的環(huán)境信息、氣象信息、果樹的生長(zhǎng)情況，還具有病蟲害和災(zāi)害輔助預(yù)警功能。

“智能化管理系統(tǒng)幫了大忙，省工省時(shí)效率高，節(jié)水節(jié)肥成本低?！眲⑷f(wàn)林說(shuō)。

記者了解到，這套水肥精準(zhǔn)管理的云平臺(tái)系統(tǒng)，是山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院王金星教授團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的智慧果園管理系統(tǒng)技術(shù)成果之一。作為國(guó)家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系智能化生產(chǎn)崗位科學(xué)家項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題，這套云端系統(tǒng)集成了該團(tuán)隊(duì)多年的研究成果，以基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的“智慧果業(yè)系統(tǒng)”建設(shè)為統(tǒng)領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)和管理的統(tǒng)一，突破蘋果智能化生產(chǎn)關(guān)鍵共性技術(shù)，全方位實(shí)現(xiàn)種植生產(chǎn)作業(yè)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)管，提升生產(chǎn)管理作業(yè)效率，確保果園的智慧生產(chǎn)管控能力。

“3月上中旬，在蘋果樹根系第一次生長(zhǎng)高峰到來(lái)之前，要進(jìn)行追肥灌水，這個(gè)時(shí)期追肥應(yīng)以氮肥為主，以磷、鉀肥為輔，并配合施用一些微肥?！蓖踅鹦钦f(shuō)，“根據(jù)系統(tǒng)采集的土地肥力、樹體營(yíng)養(yǎng)、氣候參數(shù)、土壤墑情等基本情況，結(jié)合預(yù)期產(chǎn)量制定果樹管理最佳水肥方案，通過(guò)精準(zhǔn)的配肥系統(tǒng)、水肥一體化灌溉管路系統(tǒng)，可以將水肥精準(zhǔn)施到每一棵果樹上?！?/p>

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從“靠經(jīng)驗(yàn)”變?yōu)椤翱繑?shù)據(jù)”

“現(xiàn)在管理果園，找一個(gè)可靠的技術(shù)員可難了?！眲⑷f(wàn)林告訴記者，“現(xiàn)在山東境內(nèi)的很多果樹種植企業(yè)都從煙臺(tái)等蘋果主要產(chǎn)區(qū)聘用技術(shù)員，但是年輕的技術(shù)員沒(méi)經(jīng)驗(yàn)，年老的又跟不上現(xiàn)代化果園的管理思路，我們也不知道怎么選人。再一個(gè)，靠人的經(jīng)驗(yàn)管理這么大的果園，萬(wàn)一哪一點(diǎn)沒(méi)考慮到，造成的損失是難以承受的?！眲⑷f(wàn)林的想法也代表了很多果農(nóng)的心聲。

當(dāng)王金星教授和劉萬(wàn)林聊過(guò)之后，一切都有了答案：“山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院注重農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相融合，我們構(gòu)建的‘感知—決策—控制’應(yīng)用閉環(huán)系統(tǒng)，配合園藝學(xué)院教授的農(nóng)業(yè)知識(shí)模型和閾值模型，將會(huì)最大程度發(fā)揮國(guó)家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的科技優(yōu)勢(shì)，為果農(nóng)服務(wù)?！?/p>

據(jù)了解，王金星教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“云大腦”系統(tǒng)采用了最優(yōu)算法，利用最少的傳感器獲取最全面的果園數(shù)據(jù)信息，利用可視化界面進(jìn)行了直觀展示，并在后臺(tái)通過(guò)專家系統(tǒng)處理，達(dá)到按需處理的水肥作業(yè)方案，并自動(dòng)下達(dá)指令給控制環(huán)節(jié)。所有環(huán)節(jié)無(wú)需人工干預(yù)，真正實(shí)現(xiàn)了由“靠經(jīng)驗(yàn)”管理到“靠數(shù)據(jù)”管理的轉(zhuǎn)變。

“這數(shù)據(jù)雖然多，但是用一個(gè)屏就能展示，看得明白。手機(jī)電腦都能看，也方便。”劉萬(wàn)林告訴記者，“后臺(tái)數(shù)據(jù)看不明白也沒(méi)關(guān)系，反正系統(tǒng)自己會(huì)處理數(shù)據(jù)，幫我們決策。這相當(dāng)于把山東農(nóng)大的專家請(qǐng)到了我們果園啊！”

目前，系統(tǒng)還處于試驗(yàn)示范階段，沒(méi)有大面積推廣。將來(lái)需要建立完備的果園水肥云管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的廣泛集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)共享，讓數(shù)據(jù)真正接管農(nóng)業(yè)管理。

三張“名片”讓脫貧攻堅(jiān)一線有了新利器

指著“云攝像頭”，科技特派員王冉冉告訴記者，這些就是智慧果園的“眼睛”，重點(diǎn)拍果樹的葉子，通過(guò)葉面情況反映果樹本身的營(yíng)養(yǎng)含量，并通知遠(yuǎn)在云端的“大腦”，對(duì)灌溉和施肥策略及時(shí)作出調(diào)整，再下達(dá)指令讓泵站自動(dòng)精準(zhǔn)化運(yùn)行。

從“眼睛”到“大腦”，再到“手腿”，支撐起“智慧果園”的是復(fù)雜的軟件和易操作的硬件。

記者了解到，該團(tuán)隊(duì)建立的基于云平臺(tái)的果園水肥精準(zhǔn)管理模型，依據(jù)養(yǎng)分平衡法，以果樹目標(biāo)產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分含量、肥料利用率和肥料養(yǎng)分含量等四個(gè)參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，計(jì)算果園年周期內(nèi)氮、磷、鉀肥的施肥總量，分析不同樹齡的果樹在年周期內(nèi)生長(zhǎng)特點(diǎn)和需肥規(guī)律，劃分施肥時(shí)期。根據(jù)果樹不同生長(zhǎng)時(shí)期需肥量將施肥總量分配到各個(gè)施肥時(shí)期，制定合理的施肥制度，建立基礎(chǔ)施肥模型。另外，還使用葉片營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)檢測(cè)果樹葉片中氮、磷、鉀三種元素的含量，診斷果樹在每個(gè)生長(zhǎng)階段對(duì)氮磷鉀肥料的需求狀態(tài)，對(duì)基礎(chǔ)施肥模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

“過(guò)去除草、施肥、澆水、打農(nóng)藥等果園管理工作幾乎全部依賴人工，1500畝的蘋果園需要請(qǐng)大量的勞動(dòng)力，耗時(shí)費(fèi)力且用藥損耗大?！弊鳛楝F(xiàn)場(chǎng)管理人員，張軍剛告訴記者，現(xiàn)在果園實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、智能化作業(yè)全程覆蓋，只要設(shè)定好參數(shù)，水肥設(shè)備就能自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，工作人員相互接觸的頻率大大降低，在疫情期間也可以保證安全生產(chǎn)。

有了省時(shí)省力、規(guī)范高效、安全可靠這三張“名片”，這樣的系統(tǒng)當(dāng)然會(huì)受到農(nóng)民追捧。由此，王冉冉對(duì)這套系統(tǒng)的推廣應(yīng)用充滿了信心，“這幾天電話微信就沒(méi)斷過(guò)，好多都是要引進(jìn)我們這套系統(tǒng)的，能為復(fù)工復(fù)產(chǎn)和脫貧攻堅(jiān)做點(diǎn)實(shí)實(shí)在在的事，大家都發(fā)自內(nèi)心地高興！”