农业物联网技术在葡萄种植中的应用

文/ 何 勇 聂鹏程

【导读】物联网技术引入农业生产和科研领域，使得农业生产效益大幅提高。应用物联网技术的现代化葡萄种植园如同聘请了一个时刻关心、照顾葡萄生长的“电子保姆”，种植者足不出户就可掌握葡萄的生长发育情况，实现智能化灌溉与科学管护，有效提高葡萄产量和质量，并可让葡萄生产经营管理全过程实时呈现在消费者面前，促进葡萄消费。

上世纪90年代物联网概念开始出现。 顾名思义， 物联网是把物品通过特定的电子标签等信息传感设备与互联网结合起来， 实现行业的智能化管理。 互联网和无线传输是物联网技术的核心基础， 它可以延伸到任何需要实时管理的物体，实现人与物、物与物的沟通，相互“说话”、“交流”甚至相互“制约”。

物联网技术在农业和农村信息化领域已经有了初步应用， 如传感器技术在精准农业方面的应用、远程监测和遥感系统、食物的安全追溯系统等。 本文主要介绍物联网技术在葡萄种植方面的应用。 物联网信息采集器能够实时地采集葡萄生长的温度、湿度、光照和土壤水分等信息数据， 然后通过智能分析与相应的智能控制设备，来改善葡萄对生长条件的需求。 将物联网技术应用到农业，相对于传统的农业生产来说，产量和质量部人工管理的控制都有很大提高，对于档次较高的经济作物来说生产效率能够提高30%左右。 农业物联网技术的使用可以大幅减少农业劳动力投入， 物联网技术对于农业应用来说是一个机遇，正如上世纪80年代生物技术在农业领域的应用推动了农业科技的跨越式进步一样， 物联网技术的发展也必将深刻影响现代农业的未来。

一、葡萄健康生长的“电子保姆”——农业物联网技术

所谓的物联网，可以定义为通过装置在各类物体上的电子标签（RFID）、传感器、二维码等，经过接口与无线网络相连， 从而给物体赋予 “智能”，实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体互相间的沟通和对话。 本项目中通过葡萄种植区的物联网信息采集节点，检测葡萄生长的各个信息，例如葡萄种植区空气的温度、湿度、光照，以及种植区土壤水分和养分情况等，然后不同的信息采集节点之间进行组网，通过无线传输、网络传输给管理中的电脑。 这种方式的实现就像手机发送短信一样，管理中心站电脑自动分析物联网信息采集节点传输的实时的信息数据，判断葡萄生长状况， 然后再发送命令给控制柜，对葡萄进行灌溉、施肥、打开内外遮阳棚等操作，从而让葡萄种植者省心省力。

葡萄种植园用上物联网， 其作用当然不止是让种植户们“偷懒”、少下田，更重要的作用在于它能节省成本，提高葡萄品质。 据了解，有了这个系统后，每667 m2葡萄园一季下来光浇水、施肥的人工成本就能省下2 400 元， 一个葡萄园规模在66.67 hm2左右的合作社每季能节省人工成本240 万元左右。 而且，由于管理方法科学，实现了实时监控，用来灌溉的水也比原来节省50%左右，即节省了成本，也实现了环保。 农业物联网技术系统还能实现葡萄产量的可控与在控。 使用本系统的种植者反映，传统的葡萄种植方式会出现葡萄收成大小年现象， 采用这个系统后，能够做到控制产量，实现连年丰产。 农业物联网技术就像一个“电子保姆”，时刻关心、照顾葡萄的生长状况， 生产出来的葡萄无论水分还是甜度都会比传统种植技术要高出很多，葡萄品质显著提高。 采用物联网技术，种植者不出门，点点鼠标、发个短信就可以对大棚内种植的葡萄的生长状况了如指掌， 坐在办公室就能做好葡萄的管理。

葡萄种植是个技术活， 它的生长对土壤中水分含量要求非常苛刻。 检测土壤水分含量的传统方法通常是在葡萄根部挖点土， 使用专门的仪器进行检测。 然而，应用物联网技术后，就可以对葡萄种植区的土壤水分和养分进行实时自动检测，土壤温度计也是埋在土里的，葡萄大棚内温度多高、 土壤水分含量和温室光照等情况直接通过一个短信或点击一下电脑鼠标就可以轻易查到。

二、物联网技术下的葡萄生产智能化灌溉

葡萄规模化种植之后， 原本的粗放式人工挑水灌溉已成为过去， 现在的葡萄种植户们都用上了滴灌技术。 滴灌是精确的节水灌溉方法，只有需要水的地方才灌水， 做到只灌作物而不灌土地， 而且可长时间使作物根区的水分含量处于最佳状态，可达到既省水又增产的目的。 但其应用中也有缺陷，一是滴头出流孔径小，流速低，易堵塞。 在大面积灌溉铺设使用中，由于面积大，近端、远端管道内压力不均匀，进而出现灌水不均衡现象；关闭部分管道局部灌溉时，则会出现管内压力过大， 损坏管道与滴灌带的情况。 二是凭借长期以来的灌溉经验，无法精确掌握灌溉时间与灌溉量， 既影响了葡萄的生长发育，又使得水泵需要频繁启动、长时间满负荷运行，进而导致水泵与管道的使用寿命缩短。 采用自动变频灌溉系统，通过物联网控制箱，信息采集点上的环境信息结合专家信息系统可实现精确制导灌溉， 而变频技术的应用可使水泵缓慢启动与停止，保护水泵电机的运行；压力参数设定后，管道内水压恒定在需求范围内，可保证管道内水流速度与压力， 减少管道堵塞， 实现均匀、精确化灌溉目的。

利用变频技术克服水泵自动运行管理后，剩下的工作就是如何给葡萄自动浇水了。 物联网技术与自动控制技术相结合， 通过物联网感知设备去“感觉”葡萄生长土壤水分够不够，如果感觉到葡萄“渴了”，那么这个感知设备将会告诉控制中心这条信息， 控制中心收到信息后就会打开该区域的电磁阀，给缺水的葡萄自动浇水，而上述全过程均可在无人干涉的情况下进行。

那浇水到何种程度才算够呢？ 或者土壤干到什么程度葡萄才会“渴”呢？ 一个新的问题又产生了，但物联网技术与专家系统解决了这个难题。所谓的专家系统， 就是把单一品种的葡萄种植的专家经验变成控制参数， 像医生看病可以根据病人的体温判断病情轻重一样， 专家系统就是把先进的专家知识与成熟经验转换为控制系统的控制参数给电脑识别， 这样， 电脑将会具备专家的“智商”，像专家在现场一样帮助农户看管好葡萄园。

三、 智能监控在葡萄种植中的应用

智能监控是信息时代发展的产物。 应用于葡萄种植，一方面能使管理者坐在控制室中就能观察到控制范围内所有人员管理情况与作物生长情况，为葡萄种植、人员管理、园区安保提供了临场视觉效果，提高了园区管理效率。 另一方面，在葡萄种植区域内安装画质清晰的摄像头，可以清楚地观察到葡萄的实际生长发育状况，对葡萄的萌芽、开花、结果等情况有一个直观可视化的了解； 在葡萄出现病虫害与发育不良的情况下，可以直接采集葡萄生长视屏与图像信息上传给农业技术人员，可视化图片信息结合物联网信息采集设备中农业环境信息与植物养分信息，辅助农业技术人员科学快速地判定病害虫害类型与发育不良的原因，及时为葡萄种植者解决问题。 智能监控系统还可实现异地实时监控，实现了走到世界的任何地方，只要有网络，园区管理者都可通过电脑、 手机等设备实时访问园区监控设备，相当于我们拥有了一双“千里眼”，可以随时随地看到自家园区的情况。 智能监控已成为现代化葡萄种植园区生产管理中不可缺少的组成部分。

四、简易操作的控制与展示的网络化平台

物联网系统在葡萄种植中的网络化平台包括环境信息采集系统、 自动控制系统和智能监控系统等。 葡萄种植者可以通过登录访问种植园区的网站， 通过电脑网络控制园区内灌溉设备，利用监控摄像头观察园区的葡萄生长情况。对于管理部门， 也可以通过网络监测葡萄各个时间段的生长环境信息， 掌握葡萄生长健康状态， 并结合专家系统监管和指导园区葡萄生产与管理。 对于消费者而言，可以通过平台了解葡萄是否成熟， 生产管理过程是否绿色环保无公害等信息， 提高他们对园区葡萄的认知度和信任度，有助于扩大销量。

综上所述， 葡萄种植引进物联网这一先进技术， 旨在通过无线传感器网络的农业应用与示范实践，对农业资源、环境和生产管理信息进行实时采集、监测、处理、分析和预测，优化资源配置和生产管理，提高农业生产的科学性、主动性， 减轻盲目投入造成的资源浪费和对生态环境的污染，促进农业可持续发展。 物联网技术的引入相对于传统葡萄种植， 能够提高葡萄的产量和质量，同时减少劳动力投入，节约成本，大幅提高葡萄种植效益。