楊君斌

作者信息：溫嶺市城東街道農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，317500，浙江溫嶺

浙江省在“十三五”農(nóng)機(jī)化發(fā)展上，把探索推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)”作為新的工作方向，著力推進(jìn)智慧農(nóng)機(jī)建設(shè)，大力提升農(nóng)機(jī)化發(fā)展質(zhì)量與競(jìng)爭(zhēng)力，構(gòu)筑農(nóng)機(jī)化發(fā)展新優(yōu)勢(shì)和新動(dòng)能。溫嶺市為解決農(nóng)戶在種植過程中勞動(dòng)力成本不斷攀升的問題，擇取該市濱海葡萄種植基地為“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)”裝備應(yīng)用示范項(xiàng)目，經(jīng)過一年多的實(shí)踐，真正推進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“機(jī)器換人”。

1 項(xiàng)目所在基地情況

溫嶺濱海葡萄種植基地是“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)”示范項(xiàng)目的主要承擔(dān)單位，該基地有20 hm2種植區(qū)域?；貎?nèi)全部安裝了噴灌設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水灌溉應(yīng)用全覆蓋；2017年新增6臺(tái)高壓噴霧器，實(shí)現(xiàn)植保機(jī)械化率100%；新增5臺(tái)田園管理機(jī)，實(shí)現(xiàn)耕作機(jī)械化率100%?；貎?nèi)全部建成標(biāo)準(zhǔn)大棚，其中鋼構(gòu)大棚 13.3 hm2，毛竹大棚 6.7 hm2。

2 項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)施配置

2.1 項(xiàng)目實(shí)施的基本思想

通過配置相應(yīng)的自動(dòng)控制設(shè)備及云端管理軟件,實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)查詢和控制，實(shí)時(shí)察看每個(gè)控制區(qū)域的土壤、環(huán)境和光照等各種信息數(shù)據(jù)。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控管理、遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)等網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化管理服務(wù)新模式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理、自動(dòng)化控制和平臺(tái)展示，提高農(nóng)機(jī)管理服務(wù)效能，達(dá)到農(nóng)業(yè)生態(tài)信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、傳輸和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精確管理的目的。

2.2 硬件設(shè)施的提升改造

為更好地落實(shí)示范項(xiàng)目，在基地里選定0.67 hm2區(qū)塊進(jìn)行示范建設(shè)，拔除原先成熟葡萄藤蔓，拆除原有葡萄大棚設(shè)施，對(duì)示范區(qū)塊按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整改。示范區(qū)內(nèi)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)大棚改建和灌溉管網(wǎng)設(shè)施改造，然后平整改良土地，引入新品葡萄幼苗進(jìn)行重新栽培。新建17個(gè)鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)業(yè)大棚（區(qū)域面積為102 m×66 m），安裝大棚頂簾卷膜器17套，側(cè)簾卷膜器4套，種植區(qū)內(nèi)鋪設(shè)視頻監(jiān)控設(shè)備4組；并對(duì)原有灌溉網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了改造升級(jí)，增加自動(dòng)控制裝置、智能控制總閥、自動(dòng)電磁閥門等硬件設(shè)備。

2.3 監(jiān)控設(shè)備和信息化模塊的配備

設(shè)置無線空氣溫濕度傳感器10個(gè)、無線土壤溫度傳感器20個(gè)、無線土壤水分傳感器20個(gè)、無線CO2傳感器5個(gè)、無線照度傳感器2個(gè)。在增加硬件設(shè)備投入的基礎(chǔ)上，搭建基于云計(jì)算的種植控制管理系統(tǒng)。項(xiàng)目通過設(shè)計(jì)，安裝精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)采集裝置、自動(dòng)化控制設(shè)備，組建本地Zigbee。無線通信網(wǎng)絡(luò)、云端精準(zhǔn)種植管理軟件系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)葡萄種植生產(chǎn)的自動(dòng)化管理，減少人力資源投入。

3 管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容

本項(xiàng)目利用現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)及當(dāng)今工控領(lǐng)域流行的Zigbee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)葡萄種植過程的環(huán)境數(shù)據(jù)采集、云端遠(yuǎn)程農(nóng)機(jī)設(shè)備控制管理和種植建議大數(shù)據(jù)分析。項(xiàng)目通過設(shè)計(jì)運(yùn)用各無線傳感器節(jié)點(diǎn)、Zigbee無線組網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理采集系統(tǒng)、系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)葡萄溫室大棚內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的溫濕度、土壤水分、CO2濃度和光線強(qiáng)度等參數(shù)的采集與處理和自動(dòng)控制的功能。通過項(xiàng)目建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄大棚種植的智能化管理。

3.1 大棚環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)與大棚種植作物生長(zhǎng)相關(guān)的大棚內(nèi)外環(huán)境因素，主要包括：大棚內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照強(qiáng)度等。

3.2 農(nóng)機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)控制

（1）定時(shí)農(nóng)事智能控制功能。農(nóng)戶可通過手機(jī)、平板、電腦等網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)定時(shí)間啟動(dòng)農(nóng)機(jī)設(shè)備，執(zhí)行農(nóng)事活動(dòng)（灌溉水泵、電磁閥的自動(dòng)啟停，大棚卷簾機(jī)的自動(dòng)啟停）。例如：客戶可通過系統(tǒng)設(shè)定每天早上7時(shí)打開大棚卷簾機(jī)，接收光照；設(shè)定每天下午5時(shí)準(zhǔn)時(shí)關(guān)閉卷簾機(jī)，為大棚晚間保溫；設(shè)定每天早上10時(shí)開始灌溉，為作物澆水，灌溉時(shí)間持續(xù)0.5 h。這些都可以通過系統(tǒng)設(shè)定實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)可以根據(jù)不同時(shí)間設(shè)定，自動(dòng)執(zhí)行多項(xiàng)農(nóng)事活動(dòng)；也可分區(qū)域設(shè)定不同農(nóng)事活動(dòng)。

（2）策略農(nóng)事智能控制功能。系統(tǒng)可根據(jù)作物生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境的實(shí)際要求，設(shè)定相應(yīng)的環(huán)境控制區(qū)間，當(dāng)環(huán)境采集數(shù)據(jù)超過或低于設(shè)定閾值，自動(dòng)啟動(dòng)農(nóng)事活動(dòng)：空氣溫度或土壤溫度超過設(shè)定閾值，可設(shè)定降溫農(nóng)事活動(dòng)（大棚頂簾、側(cè)簾的自動(dòng)開啟）；空氣濕度或土壤濕度低于設(shè)定閾值，自動(dòng)啟動(dòng)灌溉設(shè)備，進(jìn)行水分補(bǔ)償（自動(dòng)開啟水泵設(shè)備）；可分區(qū)域設(shè)定，多項(xiàng)農(nóng)事活動(dòng)自動(dòng)執(zhí)行。

農(nóng)戶可通過手機(jī)、平板、電腦等網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)定策略農(nóng)事活動(dòng)，例如可在系統(tǒng)設(shè)定溫度40℃為警戒閾值，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)大棚環(huán)境溫度達(dá)到或者超過40℃時(shí)，自動(dòng)打開全部卷簾機(jī)，進(jìn)行通風(fēng)降溫，并進(jìn)行自動(dòng)澆水降溫作業(yè)。

（3）預(yù)警農(nóng)事智能控制功能。系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)設(shè)定閾值，自動(dòng)通過微信、短信等渠道推送預(yù)警信息，提示相應(yīng)操作，給出操作建議；當(dāng)作物生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)異?；蛘咴O(shè)備工況異常時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)推送報(bào)警信息。

（4）智能輪灌控制功能。系統(tǒng)可以根據(jù)不同區(qū)域設(shè)定不同的灌溉方案，通過遠(yuǎn)程無線控制電磁閥開關(guān)，分區(qū)域分時(shí)段實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田不同區(qū)域的灌溉任務(wù)。

3.3 種植信息數(shù)據(jù)分析管理

系統(tǒng)通過對(duì)種植農(nóng)事活動(dòng)、環(huán)境數(shù)據(jù)的分析處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)事生產(chǎn)活動(dòng)的大數(shù)據(jù)分析，為農(nóng)戶科學(xué)種植提供決策依據(jù)。

（1）數(shù)據(jù)報(bào)表分析功能。可根據(jù)需要導(dǎo)出溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)的月度、季度、年度報(bào)表；可根據(jù)需要導(dǎo)出一段時(shí)間內(nèi)農(nóng)事操作記錄；通過數(shù)據(jù)分析，可以幫助農(nóng)戶判斷近期農(nóng)事活動(dòng)的合理性與否；數(shù)據(jù)報(bào)表作為當(dāng)?shù)胤N植環(huán)境的科學(xué)依據(jù)，為種植作物物種選擇提供決策參考。

（2）種植過程可追溯功能。實(shí)時(shí)記錄農(nóng)戶近期農(nóng)事操作記錄，實(shí)現(xiàn)食品安全追溯有據(jù)可查；提供遠(yuǎn)程視頻查看界面，消費(fèi)者可以隨時(shí)查看、監(jiān)督農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程，放心消費(fèi)，提升農(nóng)產(chǎn)品品牌價(jià)值及消費(fèi)者忠誠(chéng)度。

4 項(xiàng)目指標(biāo)完成情況

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

在示范項(xiàng)目取得成功后，2017年10月，完成對(duì)該種植基地其余19.33 hm2葡萄大棚的智能化改造。原有聘用職工經(jīng)過示范基地的技術(shù)培訓(xùn)指導(dǎo)，能夠輕松勝任示范區(qū)域的種植管理工作。改造實(shí)施前種植區(qū)域共需要30名工作人員，每年支付人工工資150萬元；智能化改造后，只需要15名員工就可以通過機(jī)器設(shè)備和手機(jī)、電腦等網(wǎng)絡(luò)終端實(shí)現(xiàn)對(duì)示范區(qū)域的種植管理，每年可節(jié)約管理成本75萬元。項(xiàng)目進(jìn)一步推廣拓展后，能夠節(jié)約更多的人力成本。

4.2 社會(huì)效益、生態(tài)效益

今后，通過管理系統(tǒng)科學(xué)的種植指導(dǎo)和自動(dòng)化管理，葡萄生長(zhǎng)環(huán)境能夠進(jìn)一步優(yōu)化，更有利于作物生長(zhǎng)。預(yù)計(jì)整個(gè)基地種植的葡萄平均產(chǎn)量可增收4 500 kg/hm2（300 kg/畝），較之前提高產(chǎn)量 30%，且品質(zhì)能得到有效提升。按2017年市場(chǎng)平均售價(jià)12元／kg計(jì)算，單位面積平均可增收5.4萬元/hm2左右，20 hm2的基地可增收108萬元，因此本項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)農(nóng)戶增收效果顯著。

通過“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)”項(xiàng)目建設(shè)，擺脫了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對(duì)自然環(huán)境的高度依賴，減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)力投入，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)人力成本投入。自動(dòng)化管理系統(tǒng)的應(yīng)用不僅提高了生產(chǎn)效率，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)也得到有效提升，明顯提高單位產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)由于有精準(zhǔn)的監(jiān)控系統(tǒng)，有效減少農(nóng)業(yè)面源污染。

4.3 技術(shù)指標(biāo)完成情況

“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)”示范項(xiàng)目結(jié)合應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)（傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)）、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)及智能控制技術(shù)，通過相應(yīng)的電腦軟件集成控制，形成一種全新的集信息獲取、處理、監(jiān)控和物聯(lián)網(wǎng)管理為一體的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準(zhǔn)自動(dòng)化管理。

通過智能化精準(zhǔn)種植，量化種植過程的動(dòng)作，達(dá)到增產(chǎn)和增效的目的，并通過品質(zhì)的提高提升品牌和售價(jià)；通過自動(dòng)灌溉，減少人力的投入，有效地節(jié)能增效；通過對(duì)種植過程數(shù)據(jù)采集和分析，系統(tǒng)計(jì)算出最佳的種植參數(shù)并記錄，把傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)種植推向精準(zhǔn)種植。

5 推廣應(yīng)用前景分析

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，勞動(dòng)力成本的提高成為制約農(nóng)業(yè)、尤其是設(shè)施葡萄這類勞動(dòng)密集型經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)的一大瓶頸，這迫切需要提高生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化水平，需要研發(fā)省力、省工的設(shè)施滿足生產(chǎn)需要，減低費(fèi)用，提高市場(chǎng)占有率。

通過農(nóng)業(yè) “機(jī)器換人”，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民在生產(chǎn)種植過程中的自動(dòng)化集約化管理，節(jié)約人力成本，提高種植效率，對(duì)優(yōu)化資源配置和生產(chǎn)管理，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)性、主動(dòng)性，推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，提高經(jīng)濟(jì)效益，增加農(nóng)民收入，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，都具有重要的意義。