徐德良 王敏鑫 邵元海

(1.江蘇省茶葉研究所; 2.國(guó)家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系無(wú)錫綜合試驗(yàn)站)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶樹(shù)病蟲(chóng)害防治中的探討

徐德良1,2王敏鑫1邵元海1,2

(1.江蘇省茶葉研究所; 2.國(guó)家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系無(wú)錫綜合試驗(yàn)站)

本文首先對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)涵以及它對(duì)信息感知的方法進(jìn)行了概述；闡述了物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害防治中的作用，主要通過(guò)農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即采用設(shè)立傳感器節(jié)點(diǎn)等技術(shù)進(jìn)行病蟲(chóng)害信息的采集和監(jiān)測(cè)；最后對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶樹(shù)的病蟲(chóng)害防治中的應(yīng)用提出了設(shè)計(jì)與構(gòu)想，分別從物聯(lián)網(wǎng)角度和公共服務(wù)平臺(tái)角度提出了三個(gè)層次和三種系統(tǒng)。

茶樹(shù)；病蟲(chóng)害；物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后的第三次信息技術(shù)革命，被稱(chēng)為未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的核心動(dòng)力。在我國(guó)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也受到政府的高度重視，2010年我國(guó)將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)提升為國(guó)家戰(zhàn)略[1]。據(jù)預(yù)測(cè)，在未來(lái)10年內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用將滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市、交通、環(huán)保、氣象、水利、物流、安全、家具等領(lǐng)域，將被視為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)[2]。

農(nóng)業(yè)作為關(guān)系著我國(guó)國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其信息化、智能化的程度非常重要。目前，物聯(lián)網(wǎng)已廣泛地滲透于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，主要包括農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)監(jiān)控[3]、農(nóng)業(yè)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)[4]、土壤養(yǎng)分監(jiān)測(cè)[5]和病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)等[6]。本文以物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害防治中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，闡述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶樹(shù)病蟲(chóng)害防治中的理論構(gòu)想，并對(duì)其面臨的主要問(wèn)題進(jìn)行分析討論。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[7]，因此又稱(chēng)其為“物物互聯(lián)”。

物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于信息的感知，主要通過(guò)兩種方法，一是通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行感知，并將信息傳送到計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)，二是通過(guò)設(shè)立傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)，通過(guò)Internet或者移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等與計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心進(jìn)行通信[6]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害防治中的應(yīng)用

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要運(yùn)用于農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的害蟲(chóng)信息開(kāi)展病蟲(chóng)害的防治?；谵r(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特殊性，主要采用第二種方法，也就是設(shè)立傳感器節(jié)點(diǎn)等技術(shù)進(jìn)行病蟲(chóng)害信息的采集和監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)以傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合無(wú)線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)智能化處理技術(shù)形成一整套農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要分為三個(gè)網(wǎng)絡(luò)層：監(jiān)測(cè)區(qū)信息采集終端即網(wǎng)絡(luò)感知層、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)終端處理層。網(wǎng)絡(luò)感知層主要通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)定時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行病蟲(chóng)害數(shù)量的檢查，并將采集到的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)層利用通信網(wǎng)絡(luò)，即Internet、移動(dòng)通信網(wǎng)等將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行模粩?shù)據(jù)終端處理層即無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)層傳輸信息的終端系統(tǒng)，也就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)中心收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以后提供給用戶。此時(shí)，用戶可以借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地分析病蟲(chóng)害的發(fā)生情況，并及時(shí)做出相應(yīng)的防治措施。

甘肅平?jīng)龅哪聛喢返萚8]將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行融合，形成了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蘋(píng)果樹(shù)病蟲(chóng)專(zhuān)家系統(tǒng)，即物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)家系統(tǒng)，進(jìn)行蘋(píng)果樹(shù)病蟲(chóng)害的防治。該系統(tǒng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中傳感技術(shù)、RFID射頻識(shí)別技術(shù)等，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)采集信息到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)病蟲(chóng)害的識(shí)別與管理。同時(shí)利用專(zhuān)家系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)自動(dòng)進(jìn)行病蟲(chóng)害的推理、診斷和分析，用戶們可以不受時(shí)間和地里位置的限制隨時(shí)獲取病蟲(chóng)害的有效信息，并及時(shí)有效地進(jìn)行病蟲(chóng)害防治。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹(shù)病蟲(chóng)害防治技術(shù)應(yīng)用構(gòu)想

茶樹(shù)是一種多年生的作物，主要生長(zhǎng)于熱帶、亞熱帶和暖溫帶，由于其生長(zhǎng)地區(qū)的氣候條件溫暖高濕，其樹(shù)冠又茂密郁閉，因此適宜于病蟲(chóng)雜草的蔓延、繁衍和孳生。目前我國(guó)已記載的茶樹(shù)害蟲(chóng)種類(lèi)有430余種，病害近50種[9]，其中每年由于病蟲(chóng)害的為害造成茶葉生產(chǎn)減產(chǎn)10%～20%，病蟲(chóng)害猖獗的年份損失更大，因此，及時(shí)、有效的病蟲(chóng)害防治措施對(duì)于保證茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)顯得尤為重要。然而由于茶樹(shù)病蟲(chóng)害種類(lèi)繁多、病蟲(chóng)害發(fā)生情況復(fù)雜、茶農(nóng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)匱乏等原因?qū)е潞芏嗉皶r(shí)、有效的病蟲(chóng)害防治措施很難應(yīng)用于茶葉生產(chǎn)，所以通過(guò)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立以茶樹(shù)病蟲(chóng)害多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)檢索系統(tǒng)、茶樹(shù)病蟲(chóng)害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)、茶樹(shù)病蟲(chóng)害預(yù)警信息系統(tǒng)為一體的“基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹(shù)病蟲(chóng)害防治公共服務(wù)平臺(tái)”，通過(guò)建立向公眾開(kāi)放的公共服務(wù)平臺(tái)，普及茶樹(shù)病蟲(chóng)害專(zhuān)業(yè)知識(shí)、實(shí)時(shí)診斷茶樹(shù)病蟲(chóng)發(fā)生情況并及時(shí)發(fā)布茶樹(shù)病蟲(chóng)預(yù)警情報(bào)等手段進(jìn)行茶樹(shù)病蟲(chóng)害的綜合防治。

基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹(shù)病蟲(chóng)害防治公共服務(wù)平臺(tái)(如圖1所示)，從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)角度可分為三層：網(wǎng)絡(luò)感知層、數(shù)據(jù)傳輸層和終端處理層；從公共服務(wù)平臺(tái)角度可分為三個(gè)系統(tǒng)：茶樹(shù)病蟲(chóng)害多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)檢索系統(tǒng)、茶樹(shù)病蟲(chóng)害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)和茶樹(shù)病蟲(chóng)害預(yù)警信息系統(tǒng)。

茶樹(shù)病蟲(chóng)害多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)檢索系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)我省主要茶區(qū)常見(jiàn)病害、蟲(chóng)害及其天敵的種類(lèi)、分布、為害情況進(jìn)行田間調(diào)查，采集相關(guān)標(biāo)本并拍攝圖片，建立茶樹(shù)病蟲(chóng)害多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)檢索系統(tǒng)。通過(guò)安裝物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的終端計(jì)算機(jī)，茶農(nóng)利用公共服務(wù)平臺(tái)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)檢索系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)病蟲(chóng)害信息的查詢(xún)，可以更詳細(xì)、直觀地學(xué)習(xí)茶樹(shù)病蟲(chóng)害相關(guān)知識(shí)。

茶樹(shù)病蟲(chóng)害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)：在茶園中懸掛粘蟲(chóng)黃板，通過(guò)攝像頭監(jiān)測(cè)并拍攝粘蟲(chóng)黃板上誘集到的害蟲(chóng)種類(lèi)和害蟲(chóng)數(shù)量，同時(shí)攝像頭也可對(duì)茶樹(shù)病害的發(fā)病部位及發(fā)病癥狀進(jìn)行拍攝，將拍攝的病蟲(chóng)害圖片通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸層傳送到終端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，植保專(zhuān)家通過(guò)查詢(xún)終端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的病蟲(chóng)害圖片，對(duì)茶園病蟲(chóng)害的發(fā)生種類(lèi)和發(fā)生情況進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，并及時(shí)發(fā)布防治措施。茶樹(shù)病蟲(chóng)害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了茶樹(shù)病蟲(chóng)發(fā)生實(shí)況的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)、同步傳輸和專(zhuān)家遠(yuǎn)程診斷，使茶農(nóng)足不出戶即可得到植保專(zhuān)家的遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)病蟲(chóng)診斷和防治指導(dǎo)，解決了茶農(nóng)為茶樹(shù)求醫(yī)難的問(wèn)題。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹(shù)病蟲(chóng)害防治公共服務(wù)平臺(tái)

茶樹(shù)病蟲(chóng)害預(yù)警信息系統(tǒng)：病蟲(chóng)害的發(fā)生情況受溫、濕度等外部環(huán)境的影響，根據(jù)病蟲(chóng)害發(fā)生流行與溫、濕度等環(huán)境因素變化的關(guān)系，可以對(duì)病蟲(chóng)害的發(fā)生情況進(jìn)行早期預(yù)警。該系統(tǒng)通過(guò)安裝RFID、傳感器等，感應(yīng)茶樹(shù)生長(zhǎng)過(guò)程中溫度、濕度、土壤等環(huán)境因素的變化并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，記錄的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)匯總并傳送至終端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。終端計(jì)算機(jī)通過(guò)分析、預(yù)測(cè)，及時(shí)發(fā)布病蟲(chóng)害預(yù)警信息，以實(shí)現(xiàn)病蟲(chóng)害的早期預(yù)警。

4 結(jié)束語(yǔ)

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮的作用將會(huì)越來(lái)越大，筆者從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用角度，對(duì)茶樹(shù)病蟲(chóng)害的防治進(jìn)行設(shè)想，探討了基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹(shù)病蟲(chóng)害防治公務(wù)服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，希望此理念的提出能在實(shí)際的茶樹(shù)病蟲(chóng)害防治中得以應(yīng)用。

1 溫家寶. 2010年政府工作報(bào)告.[2010-05-12]. http://www/gov.cn/2010lh/con - tent_1555767.htm.

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Application of Internet of things technology in control of tea plant diseases and pests

XU Deliang1,2*,WANG Minxin1, SHAO Yuanhai1,2

(1.Tea Research Institution, Jiangsu Province, Wuxi 214063, China;2.National tea industry technology system, comprehensive experimental station of Wuxi, Wuxi 214063, China)

This paper introduces the concept of the internet of things technology and its method to percept information. It discuss the role of the internet of things technology in agricultural pest control, which includes agricultural pest monitoring system, collecting pest information using sensor nodes. The tea pest control system based on the internet of things was proposed, which consisted of three levels and three systems, based on the internet of things technology and public service platform.

Tea plant; disease and insect pest; internet of things technology

2014-07-18

江蘇省農(nóng)機(jī)三新工程項(xiàng)目(NJ2012-14)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(茶葉)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-23)

徐德良(1963年-)，男，推廣研究員，主要從事茶樹(shù)植保相關(guān)工作。E-mail: deliangx@163.com

S571.1;S43

A

0577-8921(2014)03-155-03