农业物联网巡检系统在设施温棚的应用与效益分析

杨剑超+姜学玲+王德涛+贺晶+张晓伟+李来民+张磊+贾玉辉

摘 要：通过对农业物联网巡检系统在烟台地区甜设施樱桃、茶叶的试验应用情况进行调查，探明了巡检系统在实际应用中的效果及其对现代农业发展所产生的积极影响，尤其在实现精确化管理、提高生产效率、提升作物产量及品质、减少劳动力投入、减少农药肥料投入、综合效益提高方面有显著作用。巡检系统是现阶段信息化技术应用于精准农业作业的理想推广方案。

关键词：设施农业，物联网，巡检系统，效益，分析

1 研究背景

随着全球物联网系统的规模发展，设施农业领域随之也得到了一定规模的应用[1]。农业物联网一方面获取环境中土壌与气象信息，通过无线传输进行远程智能化动态监测，另一方面可以通过网络传达控制信息，用控制继电器模块执行卷帘或水阀开闭等操作[2，3]。设施农业多以生产反季节高附加值的经济作物为主，故设施农业不仅追求产量，更追求产品质量，对农产品的生产各环节都需要有精确的把控。将物联网巡检系统应用于设施化农业生产，可以有效对生产和管理的各环节精准记录，提升管理效率，大大缩减劳动力投入，是未来农业物联网发展的重要方向[4]。

巡检系统原指一种监督巡逻、检查过程的装置。随着电子装备的发展，巡检系统逐步与电子射频技术、条码化技术、网络传输技术、GPS技术等结合，在电力系统、工控生产环节得到了大規模的应用[5]。在传统的设施农业管理过程中，每个设施单元内的管理基本采用管理者画图、记号标记等方式，规模小时可以收到预期效果，但规模扩大后只能依靠增加劳力才能达到预期效果。例如茶树属于分岔口采摘，传统做法是人为记录大致采摘区域，分时间段集中采摘，如此操作会造成对应茶叶的品质均一性下降，将茶树进行电子射频或者位置信息标记，利用巡检系统进行采摘定位和采摘量动态统计，可以有效的评估茶叶产量和质量。再例如，如果将果树如同电子设备一样做标签，在系统中进行评级分类、产果期预测等，可以在采摘期来临时利用巡检数据进行定向采摘，缩短“找果”过程，大大提升采摘效率和采摘质量。本研究以烟台地区设施甜樱桃和设施茶叶为试验实例，对农业物联网巡检系统在设施温棚的应用进行效益分析。

2 材料与方法

2.1 试验地概况

试验地分别位于山东省烟台市芝罘区黄务街道官庄村大樱桃种植基地（占地10亩、10个设施棚）；山东省烟台市海阳市盘石镇烟台供销茶社招虎山茶园（占地50亩、40个设施棚）。

2.2 巡检系统及设备

巡检系统利用RFID（Radio Frequency Identification，无线射频识别）技术为终端技术基础，利用巡检器（ARM）作为终端设备，可以对射频信号进行扫描，内置GPS功能，可以将RFID标记的地点，包括标记植株、设施机械、运输器具等信息进行采集，并同步录入终端设备存储器中，终端设备通过GPRS、WIFI等无线通信协议将数据传输给上位机服务器中（信息管理数据中心），可以实现一方面利用数据中心的进行数据库储存，另一方面可以通过报表系统和其他应用程序将信息及时传送给管理者（图1）。

2.3 试验方法

2016年6月起将两个试验地加装了巡检系统，至2017年6月止，覆盖大樱桃、茶叶一个完整的生产周期，不间断的统计病虫害情况、产量、劳动力投入、植保投入、肥料投入的情况为期1年，取得数据与2013-2016年的平均数据进行比较，获得分析结果。

3 效益调查与分析

3.1 提高工作效率，提升产量和品质

根据表1、表2的统计数据可以看出，2016年使用巡检系统后管理综合经济效益明显提升，在甜樱桃试验区发现，通过巡检系统的精确化管理，实现每株果树差异性管理，较传统管理方式能够提高大幅产量。茶叶不同于果树，茶叶追求更高的品质标准，通过试验发现，利用巡检系统对茶叶进行植株标注，标记性采摘可以获得更高的氨基酸含量，同时通过优选采摘的茶叶其氨酚比及水浸出物含量都优于普通采摘的茶叶。所以通过巡检系统，对植株进行数据化标记管理，有利于提高工作效率，提升作物的产量和品质。

3.2 降低人工成本投入

据数据统计，不论甜樱桃还是茶叶试验园，人力投入成本都呈逐年增加的趋势，其中主要的原因是劳动力成本的上涨及园区使用年限的增长造成维护成本的增加。2016年通过利用巡检系统进行管理，使用射频标记进行生产设备维护，大大提高了各类新型农业设备的使用效率和稳定性，提升采摘效率，有效的节约劳力人投入，节约劳力成本。

3.3 肥料、植保投入成本降低

据数据统计，2013至2015年间，甜樱桃、茶叶实验园区的植保、肥料投入逐年增高，一方面是由于设施区域生产年份增加会带来更多的连续生产障碍，需要投入更多的植保产品进行维护，另一方面是市场对高品质果品、茶品需求逐年增多，需要更多的肥料，特别是有机肥、叶面肥等新型肥料的投入，增加了成本。从安全、可持续化生产的角度来看，设施农业生产需要低植保与水肥平衡的投入，巡检系统的加入，能够对园区内病害及时发现、标记，并上传信息及时处理，提高植保措施的效率，大大减少了农药投入，同时可以标记园区内个体长势情况，避免了盲目施肥，也节约了肥料投入。

4 总结

随着信息化时代的不断发展，农业的精确化管理是农业发展的必由之路，但通过人工智能实现全自动化农业操作在现阶段受制于经济条件和技术障碍尚不能在实践生产中获得大力推广，但至少农业中要求的精准化管理可以通过信息化设备辅助能够得以实现。巡检系统的成熟运用可以解决农业操作特别是设施农业中的精准化控制问题，是现阶段通过信息化手段提高农业生产效率，降低劳力、减少药品肥料投入的理想推广方案。endprint