基于物聯(lián)網(wǎng)的柑橘病蟲害智慧防預(yù)系統(tǒng)構(gòu)建

秦兆華 洪賢淑 梁宇

摘 要 山地柑橘病蟲害的傳統(tǒng)防治方式存在耗時(shí)耗力和防預(yù)不及時(shí)等問題。基于此，提出了一種優(yōu)化空氣和土壤溫濕度傳感器的布局策略，實(shí)現(xiàn)柑橘生長環(huán)境條件參數(shù)的精確感知。通過建立山地柑橘病蟲繁衍代數(shù)隨空氣溫濕度化的模型，對(duì)柑橘病蟲害發(fā)生的區(qū)域和時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。實(shí)際測(cè)試表明，該系統(tǒng)能夠及時(shí)預(yù)防病蟲害的發(fā)生。

關(guān)鍵詞 柑橘;病蟲害防預(yù);物聯(lián)網(wǎng);系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.15.097

信息化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志和關(guān)鍵[1]，農(nóng)業(yè)信息化可大大改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、時(shí)空變異大、規(guī)模效益差等行業(yè)性弱點(diǎn)，對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展及全面實(shí)現(xiàn)小康起到重要支撐作用[2-6]。物聯(lián)網(wǎng)是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全面結(jié)合的一種新型農(nóng)業(yè)，將農(nóng)業(yè)帶入了數(shù)字信息時(shí)代[7-10]。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)Ω鞣N農(nóng)業(yè)要素實(shí)施數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能化控制、精準(zhǔn)化運(yùn)行和科學(xué)化管理，從而實(shí)現(xiàn)全面感知、可靠傳輸和智能處理，達(dá)到高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)和安全的目的[11-14]。

但是在國內(nèi)，山地柑橘培育還處于比較落后階段，柑橘生長環(huán)境的參數(shù)監(jiān)測(cè)，如空氣和土壤的水分、養(yǎng)分和溫濕度還處于人工監(jiān)測(cè)階段，耗時(shí)費(fèi)力，獲取數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，無法實(shí)現(xiàn)園區(qū)的科學(xué)化和精準(zhǔn)化管理。

病蟲害的影響，是決定柑橘品質(zhì)的重要因素。山地柑橘主要集中在西南片區(qū)，傳統(tǒng)方法對(duì)病蟲害的預(yù)防效果較差。主要原因是病蟲害防治依靠的是以往積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)分析是否存在病蟲害，然后采取防范措施。該方法是一種經(jīng)驗(yàn)法，無法根據(jù)不同區(qū)域的環(huán)境條件，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的準(zhǔn)確感知和病蟲害的自動(dòng)預(yù)測(cè)。

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于山地柑橘的病蟲害防預(yù)，可根據(jù)山地柑橘生長環(huán)境，分析果樹林區(qū)溫濕度分布特性，提出果樹林區(qū)無線傳感器的布局策略。可將采集到的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，建立山地柑橘病蟲害防預(yù)模型，并通過搭建的柑橘培育系統(tǒng)，結(jié)合傳感器布局位置，實(shí)現(xiàn)柑橘病蟲害不同區(qū)域的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

1 果樹林區(qū)無線傳感器布局策略

選取重慶榮昌區(qū)秦橙園的3個(gè)片區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)，主栽血臍品種。果樹的行間距為5 m，列間距為2.6 m，果樹高約2 m，主干高約0.5 m。果樹冠層長寬約為3 m×3 m，分別對(duì)果樹冠層、邊緣果樹、中心果樹、果樹間隙以及果園水平面和垂直面進(jìn)行溫濕度測(cè)量。

試驗(yàn)結(jié)果表明，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）部署在果園中實(shí)現(xiàn)空氣溫濕度的監(jiān)測(cè)應(yīng)用時(shí)，使用一種“先平面后整體，外密里疏”的節(jié)點(diǎn)部署方法，即由果園邊緣至果園中心位置，依據(jù)果樹距離邊緣的遠(yuǎn)近選定幾棵果樹，對(duì)于每棵果樹將多個(gè)節(jié)點(diǎn)部署在同一水平高度層，在其他高度放置2、3個(gè)節(jié)點(diǎn)在固定位置。由于果園邊緣的果樹空氣溫濕度的變化范圍較果園中心區(qū)大很多，因此邊緣的果樹所部署的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)要遠(yuǎn)大于果園中心區(qū)果樹的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

2 山地柑橘病蟲害智慧防預(yù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 山地柑橘病蟲害防預(yù)模型

通過專家調(diào)查發(fā)現(xiàn)，山地柑橘病蟲害一共有500多種。其中病害有100多種，蟲害有400多種，為害嚴(yán)重的病蟲害約有20多種，從病蟲害發(fā)生的總體上看，蟲害重于病害，其中以柑橘全爪螨（紅蜘蛛）和柑橘黃蜘蛛為典型蟲害。此次構(gòu)建的病蟲害防預(yù)系統(tǒng)主要應(yīng)用于上述兩種蟲害的防預(yù)。

根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)可知，柑橘紅蜘蛛一年發(fā)生多代，世代重疊，年均溫15 ℃地區(qū)發(fā)生12～15代，17～18 ℃發(fā)生16～17代，20 ℃以上的地區(qū)發(fā)生20～24代。因此，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，建立了山地柑橘病蟲繁衍代數(shù)隨空氣溫濕度變化的模型。該模型對(duì)每個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)每個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)的病蟲害情況，實(shí)現(xiàn)山地柑橘病蟲害的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和防治。

2.2 無線傳感器數(shù)據(jù)采集硬件平臺(tái)

設(shè)計(jì)一款適用于監(jiān)測(cè)山地柑橘生長環(huán)境參數(shù)的無線傳感器數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，能夠準(zhǔn)確感知果樹林區(qū)環(huán)境溫濕度，該平臺(tái)穩(wěn)定可靠。1）測(cè)量數(shù)據(jù)類型：空氣溫度、空氣濕度和光照強(qiáng)度3路傳感器檢測(cè)。2）通訊方式：ZigBee無線傳輸方式。3）通信距離可達(dá)400 m。4）工作條件：工作環(huán)境溫度-40～70 ℃，相對(duì)濕度0%～95%。5）供電系統(tǒng)：電池供電方式，3.3～12.0 V。

2.3 山地柑橘培育數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

依據(jù)果樹林區(qū)域溫濕度與光照動(dòng)力學(xué)模型與傳感器節(jié)點(diǎn)布局策略，通過無線傳感器節(jié)點(diǎn)自動(dòng)采集空氣溫濕度、光照強(qiáng)度等多項(xiàng)信息，采用ZigBee無線傳輸方式上傳數(shù)據(jù)，通過山地柑橘病蟲害防預(yù)模型數(shù)據(jù)分析與決策，實(shí)現(xiàn)山地柑橘病蟲害的準(zhǔn)確感知與預(yù)測(cè)。

3 結(jié)論

針對(duì)山地柑橘病蟲害傳統(tǒng)防治方式存在的及時(shí)性和準(zhǔn)確性差等問題，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的柑橘病蟲害智慧防預(yù)系統(tǒng)。山地柑橘病蟲害防預(yù)智慧系統(tǒng)可以為規(guī)模化柑橘生產(chǎn)提供個(gè)性化服務(wù)，促進(jìn)了柑橘生產(chǎn)管理的智能化和精細(xì)化作業(yè)水平，應(yīng)用前景良好，具有推廣使用價(jià)值。

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（責(zé)任編輯：趙中正）