徐珍玉，梁德明，潘 威

（AWL農(nóng)業(yè)科技（泰州）有限公司，江蘇 泰州 225300）

0 引言

農(nóng)作物病蟲(chóng)害一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的一大難題，為避免嚴(yán)重的病蟲(chóng)害帶來(lái)的損失，不少農(nóng)戶(hù)都加大農(nóng)藥使用量，從而引起農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥殘留量過(guò)大，這也是當(dāng)前食品農(nóng)藥殘留超標(biāo)問(wèn)題的根源所在。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在病蟲(chóng)害防治與預(yù)警方面的應(yīng)用使這種情況得到了解決，現(xiàn)階段我國(guó)的農(nóng)作物病蟲(chóng)害的預(yù)警，主要還是依賴(lài)人工與自動(dòng)化相結(jié)合的模式進(jìn)行采集[1]。不過(guò)隨著當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及農(nóng)作物本體感知技術(shù)的快速發(fā)展，一些地方在農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)防治方面，已經(jīng)開(kāi)始較大規(guī)模地使用自動(dòng)化采集技術(shù)，極大地提高了農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)的防治效率。

1 農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)不同類(lèi)型農(nóng)作物病蟲(chóng)害的具體情況和特點(diǎn)，并且需要遵循國(guó)家關(guān)于農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害防治的相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)，要注意安全性、可靠性以及技術(shù)的先進(jìn)性等，具體如下。

1.1 確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性和可靠性

安全性和可靠性是農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的基礎(chǔ)原則，病蟲(chóng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須安全，既不能給用戶(hù)帶來(lái)安全隱患，也不能對(duì)周?chē)沫h(huán)境造成安全隱患。系統(tǒng)設(shè)計(jì)還應(yīng)可靠，包括應(yīng)用技術(shù)可靠，選用的設(shè)備、系統(tǒng)架構(gòu)等方面，要運(yùn)行穩(wěn)定。在應(yīng)用新技術(shù)和新設(shè)備方面，需要綜合考慮病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)的需求，在保證實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的前提下，綜合考慮系統(tǒng)設(shè)備的成本等綜合因素。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)病蟲(chóng)害產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息等，需要維持在一個(gè)相對(duì)比較高效、均衡的數(shù)值范圍內(nèi)。

1.2 保證系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)性和開(kāi)放性

在農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)運(yùn)用方面，系統(tǒng)運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等技術(shù)，應(yīng)考慮使用目前農(nóng)作物病蟲(chóng)監(jiān)測(cè)預(yù)警領(lǐng)域比較先進(jìn)的技術(shù)，在確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，盡可能的選擇技術(shù)水平領(lǐng)先、功能豐富的技術(shù)體系，以確保在今后幾年時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)不落后[2]。另外，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該保持一定程度的開(kāi)放性，為后續(xù)相關(guān)新的技術(shù)、系統(tǒng)的應(yīng)用和嵌入預(yù)留一定的空間。

1.3 系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單具有可延展性

在實(shí)踐中，病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)生故障或者出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)能夠進(jìn)行維修，如果維護(hù)過(guò)于復(fù)雜，而且每次維護(hù)需要耗費(fèi)較多的時(shí)間和人力成本，則會(huì)導(dǎo)致使用的成本增加。因此，要考慮病蟲(chóng)監(jiān)控系統(tǒng)在日常作業(yè)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以及如何才能夠更加簡(jiǎn)單、快捷地進(jìn)行維護(hù)。整體系統(tǒng)不能是封閉的，需要考慮相關(guān)功能和技術(shù)的延展性，保證前期和后續(xù)的投入能夠有效銜接。

2 農(nóng)作物病蟲(chóng)害智能化監(jiān)測(cè)站設(shè)計(jì)

農(nóng)作物病蟲(chóng)害智能化監(jiān)測(cè)站建設(shè)內(nèi)容主要包括基地信息化建設(shè)和智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)?；匦畔⒒ㄔO(shè)通過(guò)智能蟲(chóng)情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、智能病害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、生物實(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)、害蟲(chóng)自動(dòng)性誘監(jiān)測(cè)儀、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及太陽(yáng)能供電系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境、病蟲(chóng)害情況等詳細(xì)參數(shù)信息的精確化監(jiān)測(cè)。測(cè)量結(jié)果可以在監(jiān)測(cè)站的大屏電視機(jī)和LED屏上實(shí)時(shí)展示，同時(shí)可以將數(shù)據(jù)上傳至綜合分析平臺(tái)，進(jìn)行智能化的數(shù)據(jù)分析處理，在結(jié)合農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治管理的具體標(biāo)準(zhǔn)，能夠提供更加合理的防治策略和具體建議。智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)實(shí)現(xiàn)了基地農(nóng)作物信息化管理。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)管理在基地的智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備，為生產(chǎn)決策提供即時(shí)有效的信息和管理工具。

2.1 基地信息化建設(shè)

2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)智能蟲(chóng)情測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能蟲(chóng)情測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要由害蟲(chóng)誘捕裝置、害蟲(chóng)收集裝置、害蟲(chóng)滅殺裝置、害蟲(chóng)散蟲(chóng)裝置、高清攝像機(jī)與光源、履帶傳送裝置、控制器、顯示器、電源與防雷系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊等組成。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝一套蟲(chóng)情設(shè)備，可以安裝在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的任何位置[3]。測(cè)報(bào)燈會(huì)對(duì)設(shè)定時(shí)間段內(nèi)收集的害蟲(chóng)分別進(jìn)行分段存放、拍照與計(jì)數(shù)，測(cè)報(bào)燈內(nèi)置1 200 W高清工業(yè)攝像頭，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置或網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程設(shè)置后自動(dòng)拍照，將現(xiàn)場(chǎng)拍攝的圖片發(fā)送至監(jiān)測(cè)平臺(tái)，平臺(tái)整理并計(jì)算每天的數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，以供農(nóng)業(yè)專(zhuān)家遠(yuǎn)程診斷。

2.1.2 智能病害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能病害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由孢子捕捉裝置、孢子承載裝置、圖像采集裝置、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、電源與防雷系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)利用現(xiàn)代光電數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)捕捉各種花粉和孢子信息、自動(dòng)更換載玻片、自動(dòng)拍照、圖片數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳、自動(dòng)運(yùn)行等功能?？筛鶕?jù)需要，實(shí)時(shí)將環(huán)境氣象和孢子病害情況上傳到指定網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，專(zhuān)業(yè)分析人員可在平臺(tái)對(duì)每個(gè)時(shí)間段內(nèi)收集到的孢子進(jìn)行手工分類(lèi)與計(jì)數(shù)，形成孢子測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)，供專(zhuān)家遠(yuǎn)程對(duì)病害的發(fā)生與發(fā)展進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供服務(wù)，滿(mǎn)足病情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及標(biāo)本采集的需要，及時(shí)防止病害發(fā)生。

2.1.3 生物實(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生物實(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)由攝像、傳輸、控制、顯示、存儲(chǔ)五大部分組成。根據(jù)不同農(nóng)作物品種的防蟲(chóng)害預(yù)警要求，在農(nóng)田中的指定區(qū)域安裝固定式槍式攝像機(jī)和360°遠(yuǎn)紅外攝像機(jī)各一套，用戶(hù)通過(guò)視頻系統(tǒng)可清晰直觀的實(shí)時(shí)查看病蟲(chóng)害情況，并對(duì)突發(fā)性異常事件的過(guò)程進(jìn)行及時(shí)監(jiān)視和記憶，提供及時(shí)高效地指揮和調(diào)度，一般情況下，需要在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝一套。

2.1.4 農(nóng)作物病蟲(chóng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物病蟲(chóng)預(yù)警監(jiān)控的基礎(chǔ)上，還要能夠?qū)οx(chóng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)觀察農(nóng)作物病蟲(chóng)情況的變化。在本研究中，借鑒當(dāng)前農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用較多的害蟲(chóng)自動(dòng)性誘監(jiān)測(cè)儀設(shè)備的技術(shù)，設(shè)計(jì)農(nóng)作物病蟲(chóng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物在生長(zhǎng)各個(gè)階段病蟲(chóng)防治的精細(xì)化、科學(xué)化管理[4]。

2.1.5 利用田間小氣候監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的監(jiān)測(cè)

農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端和各種環(huán)境傳感器組成，儀器可將采集的傳感器數(shù)值通過(guò)GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)端服務(wù)器或存儲(chǔ)至采集終端待客戶(hù)下載，也可根據(jù)客戶(hù)需要將采集值實(shí)時(shí)顯示至現(xiàn)場(chǎng)LED屏。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS/3G/4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中心云平臺(tái)，用戶(hù)可登陸網(wǎng)頁(yè)查看詳細(xì)的墑情信息，通過(guò)攝像機(jī)遠(yuǎn)程觀察植物的生長(zhǎng)狀況。數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，可及時(shí)反應(yīng)環(huán)境中的各項(xiàng)參數(shù)狀況，為農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)防治提供數(shù)據(jù)化的管理技術(shù)支撐，特別適合無(wú)人長(zhǎng)期觀測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境與現(xiàn)場(chǎng)狀況的場(chǎng)合。

2.2 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)

智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)以先進(jìn)的信息采集系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)以及互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)為基礎(chǔ)，各級(jí)用戶(hù)通過(guò)Web、PC可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)管理功能，該系統(tǒng)主要包含以下幾種模塊。

2.2.1 “四情”監(jiān)測(cè)模塊

“四情”檢測(cè)模塊包括蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)、孢子監(jiān)測(cè)、氣象墑情監(jiān)測(cè)和苗情監(jiān)測(cè)，每個(gè)模塊的主要功能包括蟲(chóng)情、孢子、氣象墑情、苗情等信息實(shí)時(shí)查看、手工錄入功能、統(tǒng)計(jì)分析功能、預(yù)警管理等功能。小氣候觀測(cè)站數(shù)據(jù)采集模塊，按照特定的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)前端各個(gè)氣候觀測(cè)站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)可靈活設(shè)定采集間隔。采集空氣濕度、光照時(shí)間以及強(qiáng)度和風(fēng)速、雨量、土壤、土壤pH值等指標(biāo)[5]。在實(shí)際作業(yè)中，田間的智能蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)農(nóng)作物病蟲(chóng)進(jìn)行捕殺，這種滅蟲(chóng)方法主要是通過(guò)物理方法捕殺農(nóng)作物病蟲(chóng)，符合當(dāng)前農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)防治領(lǐng)域?qū)G色環(huán)保的要求。檢測(cè)模塊中病蟲(chóng)災(zāi)情采集信息系統(tǒng)，將采集到農(nóng)作物病蟲(chóng)數(shù)據(jù)信息，以圖像、視頻等方式，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街悄鼙O(jiān)控服務(wù)平臺(tái)，技術(shù)人員通過(guò)智能終端設(shè)備就可以隨時(shí)觀察農(nóng)作物的病蟲(chóng)害情況，從而采取有效的病蟲(chóng)防治措施。

2.2.2 視頻監(jiān)控模塊

在農(nóng)作物的種植區(qū)域，安裝有視頻監(jiān)控設(shè)備，通過(guò)系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控模塊，用戶(hù)可以比較清晰地觀察作物的生長(zhǎng)環(huán)境及其生長(zhǎng)狀態(tài)，而且該模塊系統(tǒng)允許用戶(hù)選擇需要重點(diǎn)監(jiān)控的位置，還可以快速轉(zhuǎn)換生成視頻圖像。

2.2.3 設(shè)備設(shè)置管理模塊

通過(guò)設(shè)備管理模塊，用戶(hù)可以遠(yuǎn)程控制設(shè)備，隨時(shí)發(fā)布拍照指令、轉(zhuǎn)倉(cāng)指令、開(kāi)關(guān)燈等操作，也可以遠(yuǎn)程設(shè)置采集間隔、時(shí)間間隔、工作時(shí)段等參數(shù)，無(wú)需去現(xiàn)場(chǎng)更改。

2.2.4 地圖查看模塊

通過(guò)地圖查看模塊，用戶(hù)可以在地圖上查看所有設(shè)備的位置信息，單擊設(shè)備點(diǎn)圖標(biāo)，可以查看設(shè)備詳細(xì)信息。還可以設(shè)計(jì)手機(jī)APP端查詢(xún)模塊，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)能夠與智能終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換，用戶(hù)借助智能終端設(shè)備可以清楚方便地查看相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行操作[6]。農(nóng)作物的蟲(chóng)害災(zāi)情數(shù)據(jù)信息可通過(guò)手機(jī)APP在線觀看，工作人員可隨時(shí)隨地查看相關(guān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，隨時(shí)了解氣象相關(guān)信息?？赏ㄟ^(guò)手機(jī)對(duì)前端采集的情況進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控，有助于管理更便捷化、高效化。

2.2.5 組織架構(gòu)模塊

通過(guò)組織架構(gòu)模塊用戶(hù)可以添加多級(jí)子賬號(hào)，管理員可以根據(jù)用戶(hù)類(lèi)別設(shè)置相應(yīng)的用戶(hù)權(quán)限。這就使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理過(guò)程中，用戶(hù)能夠運(yùn)用該組織架構(gòu)模塊，進(jìn)行更加合理的職責(zé)劃分，使得大規(guī)模的病蟲(chóng)災(zāi)害分級(jí)、分類(lèi)防治更加科學(xué)合理。

2.3 動(dòng)力系統(tǒng)

上述的基地信息化系統(tǒng)、智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的需要為其設(shè)置電力支持系統(tǒng)，本文在研究過(guò)程中，提出的動(dòng)力系統(tǒng)是太陽(yáng)能系統(tǒng)。在農(nóng)田里太陽(yáng)能資源相對(duì)充足，尤其是在我國(guó)的北方地區(qū)，白天利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電為蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池通過(guò)控制器進(jìn)行管理；同時(shí)為用電設(shè)備提供電源。若陽(yáng)光資源不好，則控制系統(tǒng)會(huì)將蓄電池中的電量釋放，為系統(tǒng)提供電源。當(dāng)太陽(yáng)光照條件滿(mǎn)足充電要求時(shí)，控制器控制太陽(yáng)電池組件就會(huì)進(jìn)行充電。控制系統(tǒng)與蓄電池的功能組合，使得系統(tǒng)的電力供應(yīng)保障平穩(wěn)。當(dāng)遇到連續(xù)陰雨天，太陽(yáng)能發(fā)電量不足，蓄電池電壓持續(xù)下降，到了設(shè)定值，系統(tǒng)關(guān)閉負(fù)載輸出功能，保護(hù)蓄電池。當(dāng)蓄電池電壓升到設(shè)定值，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)供電。

3 物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用效果

在上述技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用效果方面，在研究過(guò)程中，跟蹤調(diào)查了一些農(nóng)戶(hù)，從其反饋的結(jié)果來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）提高了物力防控的效果，減少了對(duì)農(nóng)藥的依賴(lài)。通過(guò)基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的農(nóng)作物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)及防治技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)較高程度的物理防治，進(jìn)而減少了對(duì)農(nóng)藥滅蟲(chóng)的依賴(lài)，總體上農(nóng)藥使用比例呈現(xiàn)較大幅度的下降。

（2）對(duì)農(nóng)作物病蟲(chóng)災(zāi)害實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)化、自動(dòng)化的預(yù)警處理，而且預(yù)警結(jié)果能夠呈現(xiàn)可視化的數(shù)據(jù)，用戶(hù)能夠根據(jù)預(yù)警數(shù)據(jù)及時(shí)采取有效的蟲(chóng)害防治措施，在提高農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)防治效果的同時(shí)，降低了成本費(fèi)用。

（3）提升了農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和質(zhì)量，保障糧食生產(chǎn)安全。農(nóng)作物病蟲(chóng)防治更加科學(xué)，使得農(nóng)作物在生長(zhǎng)的每個(gè)階段都能夠最大限度地避免蟲(chóng)害造成的農(nóng)作物傷害，保障了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

病蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)與防治是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中十分關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等在農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)災(zāi)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越成熟。本文通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，提出了農(nóng)作物病蟲(chóng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和智慧農(nóng)業(yè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)理論和方法，對(duì)當(dāng)前農(nóng)作物的病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)防治等問(wèn)題具有一定的借鑒和啟發(fā)意義。