果园生产管理物联网技术的应用

摘 要：河南省三门峡市于2011年将农业物联网技术应用于果园生产管理中，经过两年的应用，实现了节约水资源，减少劳动强度和用工费用，达到提高果品品质和产量，提高病虫害诊断效率的目标，总结研究出果园物联网建设的环境需求等。

关键词：果园；物联网；应用

一、应用研究背景

三门峡市位于河南省西部，地处豫晋陕三省交界处，境内山岭起伏，气候温和，光照充足，平均海拔高，昼夜温差大，是北方果树的最佳适生区，被农业部规划为黄土高原苹果优势产业带。全市果树面积达到350万亩，果品总产达到20.1亿公斤，占全市农业总产值的30%，是全市的农业支柱产业。为此，我市于2011年建立果园农业物联网应用示范基地，以此示范和带动全市现代农业发展。

二、应用方法及内容

1.应用方法。选择果园建立物联网技术应用示范基地，同时配套建成物联网公共服务平台。实现15个远程环境监测点、45个远程智能控制点、30个远程视频点，涉及5500亩果园、果树生产大棚等果树生产管理。

2.应用内容。主要应用内容包括如下：

环境信息采集。由采集模块、太阳能充放电设备、各种气象传感器、多个墒情传感器及安装支架组成，利用无线数传或GPRS方式与控制中心连接。气象传感器监测空气温度、空气湿度、风速、风向、辐射强度、降雨量6个关键指标，土壤含水量指标包括同一土壤剖面4个深度（表土层、心土层、底土层和潜育层）的温度和容积含水量。

灌溉控制。灌溉控制由温室灌溉控制器、土壤水分传感器、电磁阀及安装附件组成，利用无线局域网与监控中心连接，亦可在灌溉控制器进行土壤含水量上下限参数设置，低于设定范围下限时，灌溉控制器会打开电磁阀进行灌溉补充水分，高于设定范围上限时，停止灌溉。

视频监控。视频监控是一套相对独立的系统，由现场图像采集网络摄像头、交换机、无线网桥及图像数据转化传输视频服务器组成，通过现场安装的摄像头对整个设施内作物的生长状况进行实时图像采集，图像经由无线局域网上传至视频服务器。

公共服务平台。具备感知数据、信息资源集中发布、系统的显示和控制管理等功能。用于统一配置、接入并管理各物网联节点的农业物联网应用系统及其数据，并以网络通信、手机通信的形式进行发布、管理和维护，在确保数据知识产权得到有效保护的同时实现数据的共享应用。

实现视频的传输、共享，达到农情远程视频会商目标，提高诊断的及时性、准确性，即使在远隔千里的情况下，农业专家也可及时对农户进行面对面指导，方便病虫害爆发等农情得到及时会商、决策和应对。还可远程培训、应急指挥和学术交流等。

3.应用技术原理及路线。采用“信息感知—采集—传输—统计分析、管理决策—信息服务”的技术，对果品生产进行全程数字和可视化管理，实现生产环境信息远程采集、远程智能控制、远程病虫害诊断等，通过电脑或手机上网就可随时随地掌握和控制生产情况。

整个系统采用分层分布式结构，整体流程是：各应用点采集各类传感器数据，通过485总线和GPRS无线传输技术将上述数据上传到综合控制中心，綜合控制中心接收到数据后，对数据进行处理分析，形成决策指令，同时通过屏幕、手机进行报警提示，系统及管理人员可进行灌溉、通风、遮阴、保温等工作。

4.技术性能指标

果园应用农业物联网技术，达到降低劳动强度和节约生产成本，节约水资源，提高产品产量、质量和知名度，提高病虫害诊断效率，为果园生产提供系统、科学的数据和决策支持，提高农业生产的科技水平，促进现代农业发展的目的。

三、应用成效

1.在墒情数据采集方面，相对于传统的人工采集，采用了数字传感器进行采集，得到比较完整的数据，保证了数据的精准性。

2.对果品生产、生长等方面进行全程可视化数据管理，为管理者和消费者提供全过程的可视的生产、监督平台。

3.通过电脑或手机可以远程查看基地墒情数据和实时视频数据，使管理人员随时掌握基地情况，获得及时预警信息，能显著提高工作效率等。

4.通过应用，将土壤水份传感器或空气温湿度传感器感知的数据通过电脑及网络与滴灌电磁阀门关联，当数据低于一定数据时，电脑指令开启电磁阀进行滴灌、微喷等，当数据达到设定的标准值时，阀门自动关闭，达到节约灌溉、浇水的目的。

5.采用物联网生产管理技术，土壤灌溉和大棚有害气体调节及时，病虫害发生大大减少，农产品产量，优质商品率均得到提高。

6.果树实现远程高清视频监控后，在其出现不良情况时，随时请专家进行远程会诊，快速诊断出病虫害，及时指导采取应对措施，将损失减少到最低，实现了经济利益最大化。

5500亩果园因应用物联网技术在降低人工劳动强度和用工成本、节约水资源、提高产品产量质量和知名度的方面，每年共增加经济效益2157.6万元，与应用前相比，增加效益24.5%。（见表1）

四、问题及建议

1.大田果园应用物联网技术，首先要具备一定的网络条件，以满足远程视频、数据传输的需要。我市在3个果园建立应用点时，每个点均要租用光纤，因果园在野外、位置偏僻，光纤均为专用线路，每年租费较高。虽然我市其它很多果园有应用物联网技术的需求，但考虑到每年上网费用投入相对较高，应用积极性受阻。

2.因果园野外环境条件相对恶劣，对其所使用物联网设备要求要有高稳定性，尤其要考虑到各设备电源的问题，我市果园大多用农用电，农用电电压不稳，在应用中经常遇到电源被烧毁的情况。

3.在果园配备传感设备、控制设备一次性投入成本较高，加之是配套设备较多，增加了投入成本，增加了后期维护难度等，不利于技术的推广与应用。

因此建议，一是相关部门出台相应的政策，加大基础建设力度，增加广大农村生产基地的光纤覆盖率；二是降低传感及控制设备成本，建立相应的公共平台，以减少应用点的投入及降低后期的维护难度；三是要充分考虑农业生产环境条件，增强设备的抵抗恶劣环境的性能。

参考文献：

[1]杜海燕，王越.物联网技术在果树产业中的应用[J].农业网络信息，2018（2）.

[2]聂鹏程，董涛，吴迪，等.农业物联网技术及其应用推广[J].农业工程，2017，7（5）：25-30.

[3]王玺，王芸芸，孙慧英，等.基于物联网的果园智能灌溉系统设计[J].农业网络信息，2016（9）：61-63.

[4]费玉杰，徐赞吉，冯莉，等.物联网技术在农业生产与管理上的应用研究[C]//中国科协年会第10分会场：信息化与农业现代化研讨会.2013.