物联网大数据在阳光玫瑰葡萄生产管理中的应用研究

黄美慧，莫伟华

（广西慧云信息技术有限公司，广西 南宁 530008）

物联网（Internet of Things 简称IOT）概念最早于1999 年被提出来，指通过相应的感应器装置，实时采集信息并且通过网络接入，进行交换信息和通信，实现识别、定位、监控和管理的网络。现代农业物联网技术，一般是利用大量的传感器节点，组构成对应的监控网络，再通过整合各个传感器采集到的信息，准确定位发生问题的位置，帮助管理者及时发现问题。至此农业逐渐从以人力为基础、依赖传统农机的生产模式，转向了以现代信息和软件为中心，大量使用各种智能化、机械化的生产设备，达到远程控制操作的生产模式。在现代农业生产中，大棚种植对于空气温湿度及土壤状态等环境的管控有很好的效果。通过网络监控对大棚实现全方位信号覆盖，不仅可以根据反馈的实际情况对生产农事进行合理安排，还可以达到远程精准控制生产设备的目的。

阳光玫瑰葡萄是日本植源葡萄研究所选育的中晚熟葡萄品种, 属欧美杂交种，该品种具有栽培简单、肉质脆、香味浓郁、串型整齐、抗病性强、不易裂果、耐运输等优点,是当前公认的极具发展潜力的葡萄品种[1]。

广西现代农业技术试验站慧云阳光玫瑰葡萄大棚种植基地采用“限根栽培+水肥一体化”的种植模式，配合公司的“五谷耘立方”管理软件来规范种植，显著降低了农资成本和管护成本。限根种植不受土壤条件制约，根系密度大，还能减少杂草危害。集中喷灌方便水分的调控，能起到促早熟的作用。水肥的定量化管理使营养成分利用率明显提高，相比大田种植减少了化肥用量。园内安装的物联网环境监测系统能实时监测空气温湿度、土壤温湿度、光照、土壤张力等果园小气候数据。同时，根据历史积累的葡萄农学知识以及与葡萄种植专家探讨相结合，建成后台数学分析模型，通过对这些生长环境数据以及葡萄的生理指标进行分析，智能化判断葡萄生产情况，并形成技术方案，通过手机APP 给园区管理员发送及时有效的工作指令。

1 气象环境监测在农技指导上的应用研究

葡萄生长对气温、光照等要求较高，如果气温偏低、有效温度积累不足,会导致果品含酸量偏高、品质较差[1]。通过在基地大棚部署的慧云智能物联网设备，系统可实时监测棚内外空气的温湿度、光照强度、降雨量、风速、风向、大气压力值、气体浓度等数据，并通过设定报警阈值，当环境数据异常时可及时报警；同时系统可预报未来72 h 气象信息以及预警未来24 h 的极端天气、降雨、大风、冰雹等异常气象，提醒用户及时做好防灾防险准备。此外，慧云智能物联网设备内含部分作物的生产技术包，用户可根据需求选择相关作物生产技术包，启动技术包后，可及时收到作物全生长周期，以及不同气候环境条件下的关键技术指导。

回顾2022 年历史温度，1 月有明显的降温寒潮过程，通过实时检测园区周边的小气候，结合物联网得到的未来气候变化趋势，在寒潮到来前用棚膜保护，降低花芽受到的影响。

2022 年2 月，棚内温度攀升，通过在园区安装的智能物联网设备内含的生产技术包所设定的预警值，当棚内温度高于30 ℃时气象环境监测设备即发出预警，同时APP 发出预警通知，提醒管理人员开棚通风降温，减少烧苗风险。

2022 年4 月，开花前期的温度较平稳，但进入保花后期时气温突然骤降，并且伴随阴雨天气，导致树体内内源激素分泌紊乱，出现葡萄开花时授粉不良、花帽无法脱落、保花效果较差、僵果等情况。

安装在果园里的物联网环境监测系统检测到气温的异常波动后，第一时间自动给管理人员发出提醒消息，以及根据寒流的严重情况，分批次推送了应对方案：①扣棚保温；②喷施抗寒抗逆药剂；③调整保花用药方案及操作时间等。在一系列补救措施的干预下，葡萄果穗落粒情况明显减少。

2 土壤温湿度监测在农技指导的应用研究

土壤是葡萄生长最基本且最重要的要素，只有优良的土壤，配合恰当的种植管理，才能将葡萄的品种特性更好地显现出来。阳光玫瑰葡萄适宜种植在土层厚、阳光充足、地势高且平坦的地带，土壤pH值在5.8～7.8 最为适宜[2]。慧云葡萄园内安装的监测系统可实时监测土壤的温湿度、土壤的水张力、水位状态、溶氧量、pH 值等；葡萄各生长时期用水需求量不同，比如萌芽期需水量大，但不宜过多以致土壤温度过低，花期需要控水等，通过园内设备监测数据的反馈，可以得到种植区土壤温湿度的实时数据，根据土温和湿度调整灌溉需求，可有效避免出现根系生长环境低温及过旱或过涝抑制根系呼吸，从而影响地上部分生长。在程序上设定好对应的阈值，当传感器采集的土壤数据发生异常时，如湿度过高，系统就会发出预警消息提醒管理人员。

3 病虫害监测在农技指导上的应用研究

精准的植物病虫害监测预警是对田间作物病虫害及时防治的前提和基础，传统的植物病虫害监测，主要是依靠人工在田间调查来获取数据，获取的数据通过数理统计、综合分析等方法统筹达成预测预报。随着消费者对绿色、有机果蔬的强烈需求，农业生产中减少化学类农药的使用势在必行。慧云的虫情监测系统可实现对害虫类别的自动分类及计数，根据反馈的信息安排诱捕灯光，针对不同的害虫对引诱板颜色的趋向不同，在相应时期挂板诱虫，达到无公害引诱并捕杀害虫的目的，减少了农药的使用；同时，配置的高清摄像机可实时采集虫情图像，实现远程查看田间虫情，及时制定相应的防治措施。比如在蓟马发生时期，当监测到蓟马虫体达到一定阈值时，系统会发出相应预警消息以提醒工作人员及时进行防治。根据生产技术包的指导，通过在葡萄园悬挂颜色板来诱杀蓟马是治理蓟马的一种有效手段，建议悬挂蓝色黏虫板来诱杀葡萄蓟马，高度为2 m，间距为4 m，防治率可达49.6%[3]。

4 病虫害识别在农技指导上的应用研究

目前葡萄病虫害的传统诊断均为人工目测，这对农技人员的经验要求较高，如果不能及时发现病虫害，将会导致病虫害进一步扩散。现如今智能手机的普及与配置性能的提升，让人们可以便捷地获得更多的技术支持，外加人工智能的兴起，深度学习已广泛应用于很多行业，通过更精准的特征提取，为人们提供决策依据。广西慧云信息技术有限公司的研发团队利用Android 手机对葡萄表面病虫害图像进行采集、裁剪，并通过Tensorflow 加载YOLO 模型进行病虫害识别，基于Android 手机客户端研发了葡萄病害图像识别系统，实现了对葡萄病虫害图像的及时诊断并给出防治措施[4]。

5 作物长势监测在农技指导上的应用研究

在智慧农业体系中，视频监控系统起至关重要的作用。目前较好的摄像头拍摄画面可达800 万像素，视频画面可清晰看到植株枝条及叶片的形态颜色，病症部位也清晰可见。通过监控设备、高清图像采集设备反馈的视频或图像，可实时查看作物生长状态以及园区生产情况；预警时，摄像头还可自动转向预警点进行紧急录像，及时记录异常情况。此外，慧云信息技术有限公司自主研发的智能农业巡园机器人，可无人驾驶，利用人工智能技术，自动采样，自主分析，代替农业技术人员进行日常巡园管理工作，实现智能巡园（图1），配置了AI 高清相机，针对部分作物，可自动拍照识别农作物生理状态（图2），当诊断出病虫害或异常生理状态时，AI 高清相机可及时给用户发送预警消息，并提供相应的植保方案。

图1 慧云智能农业巡园机器人

图2 巡园机器人摄像头识别拍照

6 智能水肥一体化+智能大棚控制

传统的农业生产，以经验为依据人为判断何时需要灌溉施肥；慧云水肥一体化智能灌溉系统则通过综合分析土壤墒情数据、气候变化数据、作物生长需求数据等，预警告知何时灌溉施肥，并提供科学的灌溉施肥方案。采用先进的压力灌溉系统，将肥料与水按需配比，充分溶解后，最终通过管道精准、均匀地一体化输送到作物根部。同时凭借远程控制技术，可实现在无人值守情况下的自动灌溉，大幅减少劳动成本，提升生产效率。管理者可以通过电脑、智能手机等终端设备，远程查看种植棚中相关的生产数据信息，随时捕获作物生长状态，安排农事生产，有效提高管理操控的灵活性。通过部署在农业生产现场的物联网设备实时监控大棚的气象数据、土壤数据等，系统可根据设定的规则以及模型分析，自动控制遮阳网、鼓风机、喷灌滴灌、阀门、照明等设备。

7 结 语

物联网技术的应用，是未来农业发展的主流，也是葡萄种植科学化、智能化的必要手段[5]。广西现代农业技术试验站慧云阳光玫瑰葡萄大棚种植基地在应用了物联网技术后，不仅减少了农药使用量、人力投入和资金投入等，还提高了葡萄产量、质量和管理效率。在葡萄种植生产中应用物联网技术，其收集到的作物信息，可以给农业种植业提供及分享大量的实际生产经验，对提高农产品的质量有很大帮助，同时还减少人工成本。由于物联网技术越来越多地应用到实际生产中，根据实地种植采集的大数据，分析研究预测数据结的结果，实现资源的最优化配置。科学合理利用资源，以低成本投入达到同等或更高的收入，改善生态环境，共同取得经济和环境效益，对优化农业种植技术、改善农业工业综合体的高效管理模式意义重大。