浅谈“南汇8424”西瓜精准物联网系统的应用

王 韧 金 擎 顾俊军 （上海市浦东新区农村改革发展服务中心 201202）

近年来，党中央、国务院高度重视农业农村信息化与农业物联网建设，同时，上海农业逐步向精准化和智能化的都市现代农业发展，因此，物联网技术在上海地区农业生产、经营、管理、服务等领域的应用日渐深入。在此基础上，浦东新区紧紧把握时代发展脉搏，积极以物联网技术助力“传统农业”向“现代农业”转变，以期实现农业生产、经营、管理的精准化和智能化。

目前，浦东新区大多数瓜果生产仍依靠人工经验进行管理，缺乏系统、精准的科学指导，不仅浪费了大量的人力、物力，也对环境保护与水土保持造成了一定的威胁，对农业可持续发展构成一定的影响。利用国内成熟的、具有自主知识产权的农业物联网信息采集系统，能快速、实时、多维、多尺度地对果园温度、湿度、光照、土壤肥力、重金属等数据信息进行实时监测，从而实现农业生产全过程的信息感知、智能决策、自动控制和精准管理，使农业生产要素的配置更加科学合理。2016年，浦东新区借助于市科技兴农战略，在上海骥凌果蔬专业合作社进行了“南汇8424”西瓜物联网试点建设，通过构建物联网系统，采集农业生产、经营、管理和服务等数据，开展专家决策支持系统研究、建立“南汇8424”西瓜生产标准的初步框架，以期反馈指导农民进行“南汇8424”西瓜的种植和栽培。现对构建的“南汇8424”西瓜精准物联网系统主要情况进行介绍，并对应用该系统取得的成效进行总结，以促进该系统的进一步推广应用。

1 示范基地的基本情况

上海骥凌果蔬专业合作社成立于2007年9月，位于浦东新区老港镇欣河村建西路，距沪南公路约800m。合作社专门从事“南汇8424”西瓜和甜瓜的生产，基地总种植面积为35.351 hm2。合作社在种植布局上，采用水旱轮作的种植方式，西甜瓜与水稻种植面积比为1∶4。近十年来，合作社稳步发展，种植规模不断扩大，创建了一套特有的管理模式，经济效益相对稳定。

2016年，骥凌基地为配合“南汇8424”西瓜物联网试点建设，新建3个连栋大棚，分别为7连栋、7连栋、9连栋，总面积为12 673m2，其中，以2号7连栋大棚的西侧2栋（图1框处）作为示范田块，面积为3 735.2m2。见图1。

图1 示范项目基地卫星图

2 “南汇8424”西瓜精准物联网系统构成

2.1 智能灌溉及水肥一体化系统

该系统是“南汇8424”西瓜精准物联网系统的核心。

2.1.1 泵房建设

配置两台卧式管道离心泵（50m3/h-50m-15 kW），具有运行平稳、故障率低、维护方便等特点。智能变频恒压控制系统通过压力传感器检测管网压力（用水量）变化，进而自动调节水泵的转速（频率），使管道内的压力（出水量）保持在合理水平。见图2。

图2 泵房实景

2.1.2 管线设计

微喷毛管选用PEC管。依照设计中的毛管流量及现有管材规格，毛管选用De20PE管。同时，2号7连栋大棚中支管采用7个电磁阀，可以精确到1垄田块，由最终的毛管管径及用量，测算出支管应选用De90U-PVC管。此外，考虑到基地后期规划中将要扩建，主管道在满足现有大棚灌溉的同时，还要为以后扩建综合考虑，干管选用De150U-PVC管。

2.1.3 云智能水肥一体机

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化是借助压力系统，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量及各种作物的需肥规律和特点，将肥液与灌溉水一起配比，水肥相融后通过管道和滴头进行均匀、定时、定量的滴灌，浸润作物根系，使主要根系处土壤始终保持疏松和适宜的含水量，从而实现远程专家测土配方、优化灌溉施肥方案、精准灌溉和施肥。同时，根据采集的数据，计算机可实时处理灌溉方案，实现智能化灌溉作业。

骥凌基地选用ZAXH-1601云智能水肥一体机，该机器具有4个肥料原料桶，可根据作物生长需求，同时实现4种不同液肥的配比，见图3。

图3 ZAXH-1601云智能水肥一体机示意图

2.2 智能信息采集系统

该系统设置高精度传感器和智慧云终端，远程在线采集大棚中农作物生长时所需要关注的各类信息的实时数据，如温度、空气湿度、光照度、土壤肥力（钾、铵、硝酸根离子等）、灌溉用水中重金属监测指标（铜、铅、镉离子等），精准了解和掌握农作物的生产环境，从而能进行适时、适宜地调控，优化农作物生长环境，提高农业生产效益。见图4。

图4 环境智能信息采集系统

2.3 视频监控系统

为记录重大农事作业，便于观测农作物生长状况和进行管理，在大棚内安装高清网络视频监控，中心控制室采用NVR对所有视频进行录像，管理员可以通过计算机网络进行实时传输与监控，即通过视频管理监视大棚，同时通过视频图像实时观察作物生长状况及病虫害状况，为远程专家诊断提供方便，为大棚、大田生产喷洒精量农药提供依据。此外，针对环境监控与安全防范的要求，使用有线网络实时监控可预防和制止入侵盗窃及破坏等犯罪行为，从而保障西甜瓜大棚生产的正常运转。

2.4 智能控制系统

智能控制系统是根据智能信息采集系统采集的农作物生长环境数据，利用预先设定的阈值进行比对，以实现对电磁阀、水泵、风机、湿帘、卷膜等环境调控设备的远程控制。见图5。

2.5 手机监测APP

为进一步方便农户，基地还开发了一款手机APP，以便农户在田头即可完成系统的大部分操作。见图6。

图5 智能控制系统

图6 手机版物联网感知设备传感器界面

3 “南汇8424”西瓜精准物联网系统的应用成效

3.1 形成了“南汇8424”西瓜关键种植技术

通过本系统的应用，可以科学地记录优质西瓜培育的全过程，并给予量化，不仅把传统农业定性的指标转化为数字定量的指标，为数据分析处理和成熟数字农业模型建立提供了理论支撑，还形成了“南汇8424”西瓜关键种植技术，有助于提高浦东新区“南汇8424”西瓜的种植水平。

3.2 取得了显著的效益

目前，很多种植散户盲目加大化肥的投入以追求“南汇8424”西瓜高产，不仅使生产出的西瓜品质较差（如果肉纤维粗、口感不好），还导致了养分损失，且增加了生产成本，更对环境和水土保持构成了严重威胁，给农业的可持续发展带来了严峻挑战。而上海骥凌果蔬专业合作社经测算发现，应用本系统种植的西瓜长势良好，比采用传统栽培方式可减少农药用量20%以上、节省人工成本30%、节约用水量20%、增加西瓜产量10%左右，且提高了产品品质，更有助于环境保护与水土保持，促进了农业可持续发展。因此，应用该系统具有显著的经济效益和生态效益。

4 结 语

在耕地资源有限的情况下，如何保质增效，已成为农业生产中的首要课题，而农业物联网建设是现代农业发展的主要标志之一，对传统农业生产方式的革新起着至关重要的作用。通过应用“南汇8424”西瓜精准物联网系统，可以科学地记录西瓜培育的全过程，能快速、实时、多维、多尺度地对温度、湿度、光照、土壤肥力、重金属等数据信息进行实时监测，从而实现农业生产全过程的信息感知、智能决策、自动控制和精准管理，使农业生产要素的配置更加科学合理，从而实现农业生产经营管理精准化、智能化，推进“传统农业”向“现代农业”转变。