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摘 要：农业物联网是物联网技术在农业生产、经营、管理和服务领域的具体应用，利用农业信息感知、传输、处理等关键技术，推动实现农业高产、优质、高效、生态和安全的目标。农业物联网技术应用于葡萄种植可以帮助农户实时监控葡萄的生长状况，推进葡萄种植的自动化与智能化，实现对葡萄种植的科学管理，增产增收。
关键词：农业;物联网技术;葡萄种植;应用
中图分类号 TP31 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）23-0122-03
1 基本情况
全椒湾桥果树种植农民专业合作社成立于2014年11月，主要从事葡萄种植销售及苗木种植技术咨询，成员出资额100万元，现有成员15户，拥有葡萄基地13.3hm2（其中牧龙山片6.67hm2）。合作社组织机构健全，运行管理规范，现有办公经营用房超过100m2，常年员工4人，其中技术人员2人，聘短期用工20多人。其生产的葡萄主销南京、合肥等地，成熟期间吸引周边城市众多游客入园采摘。全椒六镇镇牧龙山现代农业示范区的葡萄片区是全椒湾桥果树种植农民专业合作社的重点种植基地，种植了夏黑、美人指等不同熟期的葡萄，采用避雨栽培、滴灌等技术，科技含量较高。园区地势平坦、规模连片，土壤肥沃、交通便利、水源充足、沟渠配套、电力畅通、网络开通，葡萄品种优良，种植水平较高，为物联网建设提供了良好的基础条件。
2 建设背景
近年来，农业物联网技术广泛应用于农业生产、流通、加工、消费以及农村社会、经济、管理等环节，实现了农业生产经营从粗放式、经验性管理到精细化、科学化管理的快速转换，提高农产品的产量与品质，降低农业生产成本，保护农业环境，产生巨大的社会、经济和生态效益，是加快推进现代农业发展的有效途径，对促进农业增效、农民增收、农村稳定具有重大推动作用。为了贯彻落实中央和省、市、县政府工作部署，创新农业服务方式，发展现代农业，改变农业生产方式，提高资源利用率和劳动生产效率，加快现代化建设，推动农村社会进步，同时为了强化综合服务平台保障，稳步扩大示范规模，努力打造全省农业物联网应用工程典范，做好农业物联网与现代农业融合的高新技术应用示范，全椒县农委在湾桥果树种植农民专业合作社建设了葡萄物联网精细种植示范点。其目的：一是实现对园区葡萄种植的环境状况实时监测、视频监控、报警提醒、设备控制和信息追溯以及葡萄苗情、墒情、病虫情、灾情的实时监测预警，建立葡萄精细种植全过程的物联网应用示范;二是实现对合作社葡萄基地的实时监控，提高管理能力;三是实现葡萄园物联网应用的全方位宣传展示，扩大物联网影响力。
3 物联网应用
为了应用农业物联网技术，实现科学种植、科学监测，提升农业效益，该示范点建立了1个智能生产管理平台、1个物联网应用控制中心和1个物联网数据中心。
3.1 智能生产管理平台 以物联网和互联网技术为支撑，实现基地生产智能化、网络化管理。合作社智能生产管理平台主要包括葡萄精细种植管理物联网应用和葡萄园区视频监控物联网应用2部分。
3.1.1 葡萄精细种植管理 主要是在监测点安装气象、土壤环境传感设备以及视频设备，实现传感器数据和视频影像数据的实时采集，并通过合作社的通信网络，存储至物联网数据中心，实现对园区监测点空气和土壤环境进行实时监测、阈值超限自动报警，葡萄苗情、病虫情、灾情的视频监控，结合大数据分析和自动控制系统，做到远程管理、在线诊断，实现葡萄种植物联网精细管理。同时通过手机APP实现移动互联智能查看监测数据、视频监控、设备远程控制，并通过短信自动提醒。其系统功能如下：
（1）环境数据检测：对园区监测点采集到的传感器数据进行汇总和分析，将园区监测点按照葡萄生产环境分为空气、土壤2个层面，每5min采集传输1次数据。空气层面有空气温湿度、光照强度传感器作为园区气象数据采集站，及时掌握园区的大气环境状况;土壤层面有土壤温度、土壤水分传感器，及时掌握该区域土壤环境状况。将这些数据存储至数据库管理系统，可通过电脑或手机端对环境数据进行实时监测查看和历史数据查询。
（2）环境预警：通过在系统中设置各种环境数据的阈值，如土壤湿度阈值，超过设置的阈值，将触发“预警子系统”，超警信息通过相应渠道（手机短信、微信和系统平台等）发送给用户和相关管理人员，短信预警功能设置群组群发功能，用户收到预警信息后立即对异常情况进行处理，系统可以自动保存预警信息，用户可以查询历史环境预警的详细信息，如预警信息、处理过程、处理时间、处理后效果。
（3）设备控制：根据葡萄在各生长周期对环境的需求不同，系统自定义设置环境参数预警区间，对灌溉水泵设备开启的频率和时长进行设置，以及设置各设备开启的先后顺序，实现分步控制，完成自动灌溉等控制，并可通过电脑、手机实现灌溉等手动控制，从而实现葡萄精细化、智能化管理。系统可以记录每次控制操作信息，用户可以查询历史的操作情况。
（4）数据管理：可以查看园区的实时种植数据信息，包括不同品種、土壤温湿度情况，可以通过选择数据的名称、种植品种等进行数据查询筛选，以及实现对采集历史数据的查询、统计和分析，可以选择查询每日、每周、每月的环境参数（土壤温湿度等）的变化趋势。对系统监测到的环境原始数据进行分类、分拣和融合，综合得出系统数据报告，形成统计数据和报表，通过直方图、饼图、曲线的方式进行表现处理。可以计算每日平均数以及某时段的最高值、最低值，以及数据求和，数据可以导出、打印等。
（5）视频监控：软件系统中可以实时查看园区的视频监控图像，通过电脑端和手机端随时可远程控制摄像头，设置步长1～4，360°无死角旋转、20倍变焦，视频图像达到200万像素以上，时刻监控葡萄苗情、病虫情、灾情和生长发育以及周边环境等情况，视频数据保存15d。 （6）生产管理日志：生产管理日志可以供生产者记录生产工作具体情况，如整地、种植、施肥、用药等日常工作的电子详细记录，记录各生产管理过程的时间、操作人、操作方法和操作结果。
（7）手机端远程管理：用户安装智能生产管理手机端应用系统，可通过手机查看到园区的空气温湿度等环境数据，也可实时查到基地的视频数据，并可以控制摄像头角度和焦距。通过系统，使用手机端对灌溉设备进行远程控制和管理。
3.1.2 葡萄园视频监控 在园区安装智能球和枪式摄像头，建立视频监控点，实现园区监控全覆盖。通过电脑、手机可实时查看到整个园区的视频影像数据。能够发现摄像头视野内的移动物体，并在应用中心向管理者进行提醒报警。在最北边的葡萄园安装1个高音喇叭，应用者通过高音喇叭向移动物体喊话，令其离开。安装智能球1个、360°巡视园区道路、周边及整个园区状况，在相关道口安装7个枪式摄像头，将智能球和枪式摄像头的视频实时存储到硬盘录像机，回看时间达到15d。
3.2 物联网应用控制中心 物联网应用控制中心设置在合作社管理区办公室内。依托县农业物联网综合服务平台，通过光纤网络传输信息，将项目的视频信号、信息数据等应用系统接入县平台，实现农业物联网功能。办公室配有1台计算机和1台显示器，通过互联网使用全椒县农业物联网平台，实现数据、视频、报警、水泵控制的统一管理和物联网各项功能的展示。
3.3 物联网数据中心 物联网数据中心是物联网应用平台建设的基础设施，用于存储园区综合应用平台的视频和传感信息及业务数据，并提供业务应用服务。数据中心存储园区农业生产各环节信息，是园区各项应用系统的基础数据源。各环节采集的信息必须输入数据中心的数据库系统或与数据中心的数据库系统无缝交换。数据的存储、处理、应用由县农业物联网中心的服务器等设备进行，主要包括应用服务器、数据库服务器、视频服务器、视频存储、交换机和防火墙及其配套设施。物联网数据中心分为基础设施层和数据服务层，上层应用软件系统通过数据服务层向下延伸;基础设施层向上发展，演变成智能架构，实现基础设施的自动化。视频数据存储于项目的硬盘等设备中。
4 基本配置
4.1 系统配置 园区监测点系统配置：球机1个，在葡萄架下，距地面高约1.4m，覆盖相应区域;空气温湿度、光照强度传感器各1个，在葡萄架与避雨棚之间，距地面高约1.8m;土壤温湿度传感器各1个，在地下距地面约15cm的土层。另有数据采集器（含网关）、设备控制器各1个，立杆2根，以及其他辅助设施。水泵、滴灌系统等生产设备由合作社提供。
4.2 设备配置 园区设备配置为计算机1台、显示器1台、硬盘录像机1台、硬盘1个和相关辅助设备。合作社原有50M宽带可用于信息网络传输。
5 综合效益
5.1 经济效益提高 应用农业物联网技术建立从产前、产中到产后的全程智能控制农业体系，通过宏观资讯及智能决策实现农业生产布局、结构的优化设计和指挥部署;通过对生产过程中自然及农业生产环境关键信息的采集、传输和分析，实现专家诊断和及时采取技术对策。因此，农业物联网的建设和应用极大地改变农业的生产组织方式和技术传播方式，提高农业的管理效率和技术水平，明显提高农业生产产量，提升质量与安全性，节约生产物耗与成本，从而大幅度地提高经济效益。园区葡萄单产1.87万kg/hm2，产量稳定，损失减少1%，异形果减少5%，果穗颗粒大小均匀，质量和售价有所提升;同时，用水用肥用药精准，人工大幅度减少，成本约减少10%。整个园区年产优质葡萄12.5万kg，销售收入125万元，年成本90万元，年纯收入35万元，利润率28%。與物联网未建之前相比，共增收14.925万元，其中：销量增加增收1.25万元，质量、售价提高增收12.375万元，投入品减少增收0.3万元，减少1个零时工增收1万元。
5.2 社会效益提高 通过项目实施，应用先进的物联网技术，结合完善的基础设施条件，推广优良品种和种植技术，建成全县农业结构调整、学习新技术的窗口，提升葡萄种植管理信息化水平，推动葡萄产业发展壮大，提高种植经济效益，促进葡萄产业扶贫脱贫，具有重大的示范带动意义。
5.3 生态效益提高 通过农业物联网的应用，可以及时掌握葡萄园区空气和土壤环境等数据以及葡萄长势、病虫害发生情况，以实时数据指导葡萄种植，科学防治病虫害和浇水施肥，减少用药、用水和用肥，既是绿色生产又保护了环境，提高了葡萄质量和品质。
6 结语
葡萄种植中的农业物联网应用是通过无线网络传输和各类传感器的监测来实现对葡萄种植的管理，实时采集葡萄种植区域的环境信息，种植者在办公室可以时刻关注葡萄的生长状况，点点鼠标，发发短信就可以对葡萄的生长了如指掌，尤其是对葡萄园区土壤水分和养分进行实时自动检测，使品质和质量得到了保障，节约了葡萄种植成本，综合效益大幅度提高。在生产管理上，由原来的田间地头技术指导服务，转变为实时视频指导服务和技术资料查询，可实现多位专家多视频同时指导服务，对农户的服务更加周到、及时、全面，充分发挥合作社的技术优势，带动更多的农民从事设施农业生产，促进了葡萄种植健康可持续性发展。
（责编：徐世红）
关键词：农业;物联网技术;葡萄种植;应用
中图分类号 TP31 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）23-0122-03
1 基本情况
全椒湾桥果树种植农民专业合作社成立于2014年11月，主要从事葡萄种植销售及苗木种植技术咨询，成员出资额100万元，现有成员15户，拥有葡萄基地13.3hm2（其中牧龙山片6.67hm2）。合作社组织机构健全，运行管理规范，现有办公经营用房超过100m2，常年员工4人，其中技术人员2人，聘短期用工20多人。其生产的葡萄主销南京、合肥等地，成熟期间吸引周边城市众多游客入园采摘。全椒六镇镇牧龙山现代农业示范区的葡萄片区是全椒湾桥果树种植农民专业合作社的重点种植基地，种植了夏黑、美人指等不同熟期的葡萄，采用避雨栽培、滴灌等技术，科技含量较高。园区地势平坦、规模连片，土壤肥沃、交通便利、水源充足、沟渠配套、电力畅通、网络开通，葡萄品种优良，种植水平较高，为物联网建设提供了良好的基础条件。
2 建设背景
近年来，农业物联网技术广泛应用于农业生产、流通、加工、消费以及农村社会、经济、管理等环节，实现了农业生产经营从粗放式、经验性管理到精细化、科学化管理的快速转换，提高农产品的产量与品质，降低农业生产成本，保护农业环境，产生巨大的社会、经济和生态效益，是加快推进现代农业发展的有效途径，对促进农业增效、农民增收、农村稳定具有重大推动作用。为了贯彻落实中央和省、市、县政府工作部署，创新农业服务方式，发展现代农业，改变农业生产方式，提高资源利用率和劳动生产效率，加快现代化建设，推动农村社会进步，同时为了强化综合服务平台保障，稳步扩大示范规模，努力打造全省农业物联网应用工程典范，做好农业物联网与现代农业融合的高新技术应用示范，全椒县农委在湾桥果树种植农民专业合作社建设了葡萄物联网精细种植示范点。其目的：一是实现对园区葡萄种植的环境状况实时监测、视频监控、报警提醒、设备控制和信息追溯以及葡萄苗情、墒情、病虫情、灾情的实时监测预警，建立葡萄精细种植全过程的物联网应用示范;二是实现对合作社葡萄基地的实时监控，提高管理能力;三是实现葡萄园物联网应用的全方位宣传展示，扩大物联网影响力。
3 物联网应用
为了应用农业物联网技术，实现科学种植、科学监测，提升农业效益，该示范点建立了1个智能生产管理平台、1个物联网应用控制中心和1个物联网数据中心。
3.1 智能生产管理平台 以物联网和互联网技术为支撑，实现基地生产智能化、网络化管理。合作社智能生产管理平台主要包括葡萄精细种植管理物联网应用和葡萄园区视频监控物联网应用2部分。
3.1.1 葡萄精细种植管理 主要是在监测点安装气象、土壤环境传感设备以及视频设备，实现传感器数据和视频影像数据的实时采集，并通过合作社的通信网络，存储至物联网数据中心，实现对园区监测点空气和土壤环境进行实时监测、阈值超限自动报警，葡萄苗情、病虫情、灾情的视频监控，结合大数据分析和自动控制系统，做到远程管理、在线诊断，实现葡萄种植物联网精细管理。同时通过手机APP实现移动互联智能查看监测数据、视频监控、设备远程控制，并通过短信自动提醒。其系统功能如下：
（1）环境数据检测：对园区监测点采集到的传感器数据进行汇总和分析，将园区监测点按照葡萄生产环境分为空气、土壤2个层面，每5min采集传输1次数据。空气层面有空气温湿度、光照强度传感器作为园区气象数据采集站，及时掌握园区的大气环境状况;土壤层面有土壤温度、土壤水分传感器，及时掌握该区域土壤环境状况。将这些数据存储至数据库管理系统，可通过电脑或手机端对环境数据进行实时监测查看和历史数据查询。
（2）环境预警：通过在系统中设置各种环境数据的阈值，如土壤湿度阈值，超过设置的阈值，将触发“预警子系统”，超警信息通过相应渠道（手机短信、微信和系统平台等）发送给用户和相关管理人员，短信预警功能设置群组群发功能，用户收到预警信息后立即对异常情况进行处理，系统可以自动保存预警信息，用户可以查询历史环境预警的详细信息，如预警信息、处理过程、处理时间、处理后效果。
（3）设备控制：根据葡萄在各生长周期对环境的需求不同，系统自定义设置环境参数预警区间，对灌溉水泵设备开启的频率和时长进行设置，以及设置各设备开启的先后顺序，实现分步控制，完成自动灌溉等控制，并可通过电脑、手机实现灌溉等手动控制，从而实现葡萄精细化、智能化管理。系统可以记录每次控制操作信息，用户可以查询历史的操作情况。
（4）数据管理：可以查看园区的实时种植数据信息，包括不同品種、土壤温湿度情况，可以通过选择数据的名称、种植品种等进行数据查询筛选，以及实现对采集历史数据的查询、统计和分析，可以选择查询每日、每周、每月的环境参数（土壤温湿度等）的变化趋势。对系统监测到的环境原始数据进行分类、分拣和融合，综合得出系统数据报告，形成统计数据和报表，通过直方图、饼图、曲线的方式进行表现处理。可以计算每日平均数以及某时段的最高值、最低值，以及数据求和，数据可以导出、打印等。
（5）视频监控：软件系统中可以实时查看园区的视频监控图像，通过电脑端和手机端随时可远程控制摄像头，设置步长1～4，360°无死角旋转、20倍变焦，视频图像达到200万像素以上，时刻监控葡萄苗情、病虫情、灾情和生长发育以及周边环境等情况，视频数据保存15d。 （6）生产管理日志：生产管理日志可以供生产者记录生产工作具体情况，如整地、种植、施肥、用药等日常工作的电子详细记录，记录各生产管理过程的时间、操作人、操作方法和操作结果。
（7）手机端远程管理：用户安装智能生产管理手机端应用系统，可通过手机查看到园区的空气温湿度等环境数据，也可实时查到基地的视频数据，并可以控制摄像头角度和焦距。通过系统，使用手机端对灌溉设备进行远程控制和管理。
3.1.2 葡萄园视频监控 在园区安装智能球和枪式摄像头，建立视频监控点，实现园区监控全覆盖。通过电脑、手机可实时查看到整个园区的视频影像数据。能够发现摄像头视野内的移动物体，并在应用中心向管理者进行提醒报警。在最北边的葡萄园安装1个高音喇叭，应用者通过高音喇叭向移动物体喊话，令其离开。安装智能球1个、360°巡视园区道路、周边及整个园区状况，在相关道口安装7个枪式摄像头，将智能球和枪式摄像头的视频实时存储到硬盘录像机，回看时间达到15d。
3.2 物联网应用控制中心 物联网应用控制中心设置在合作社管理区办公室内。依托县农业物联网综合服务平台，通过光纤网络传输信息，将项目的视频信号、信息数据等应用系统接入县平台，实现农业物联网功能。办公室配有1台计算机和1台显示器，通过互联网使用全椒县农业物联网平台，实现数据、视频、报警、水泵控制的统一管理和物联网各项功能的展示。
3.3 物联网数据中心 物联网数据中心是物联网应用平台建设的基础设施，用于存储园区综合应用平台的视频和传感信息及业务数据，并提供业务应用服务。数据中心存储园区农业生产各环节信息，是园区各项应用系统的基础数据源。各环节采集的信息必须输入数据中心的数据库系统或与数据中心的数据库系统无缝交换。数据的存储、处理、应用由县农业物联网中心的服务器等设备进行，主要包括应用服务器、数据库服务器、视频服务器、视频存储、交换机和防火墙及其配套设施。物联网数据中心分为基础设施层和数据服务层，上层应用软件系统通过数据服务层向下延伸;基础设施层向上发展，演变成智能架构，实现基础设施的自动化。视频数据存储于项目的硬盘等设备中。
4 基本配置
4.1 系统配置 园区监测点系统配置：球机1个，在葡萄架下，距地面高约1.4m，覆盖相应区域;空气温湿度、光照强度传感器各1个，在葡萄架与避雨棚之间，距地面高约1.8m;土壤温湿度传感器各1个，在地下距地面约15cm的土层。另有数据采集器（含网关）、设备控制器各1个，立杆2根，以及其他辅助设施。水泵、滴灌系统等生产设备由合作社提供。
4.2 设备配置 园区设备配置为计算机1台、显示器1台、硬盘录像机1台、硬盘1个和相关辅助设备。合作社原有50M宽带可用于信息网络传输。
5 综合效益
5.1 经济效益提高 应用农业物联网技术建立从产前、产中到产后的全程智能控制农业体系，通过宏观资讯及智能决策实现农业生产布局、结构的优化设计和指挥部署;通过对生产过程中自然及农业生产环境关键信息的采集、传输和分析，实现专家诊断和及时采取技术对策。因此，农业物联网的建设和应用极大地改变农业的生产组织方式和技术传播方式，提高农业的管理效率和技术水平，明显提高农业生产产量，提升质量与安全性，节约生产物耗与成本，从而大幅度地提高经济效益。园区葡萄单产1.87万kg/hm2，产量稳定，损失减少1%，异形果减少5%，果穗颗粒大小均匀，质量和售价有所提升;同时，用水用肥用药精准，人工大幅度减少，成本约减少10%。整个园区年产优质葡萄12.5万kg，销售收入125万元，年成本90万元，年纯收入35万元，利润率28%。與物联网未建之前相比，共增收14.925万元，其中：销量增加增收1.25万元，质量、售价提高增收12.375万元，投入品减少增收0.3万元，减少1个零时工增收1万元。
5.2 社会效益提高 通过项目实施，应用先进的物联网技术，结合完善的基础设施条件，推广优良品种和种植技术，建成全县农业结构调整、学习新技术的窗口，提升葡萄种植管理信息化水平，推动葡萄产业发展壮大，提高种植经济效益，促进葡萄产业扶贫脱贫，具有重大的示范带动意义。
5.3 生态效益提高 通过农业物联网的应用，可以及时掌握葡萄园区空气和土壤环境等数据以及葡萄长势、病虫害发生情况，以实时数据指导葡萄种植，科学防治病虫害和浇水施肥，减少用药、用水和用肥，既是绿色生产又保护了环境，提高了葡萄质量和品质。
6 结语
葡萄种植中的农业物联网应用是通过无线网络传输和各类传感器的监测来实现对葡萄种植的管理，实时采集葡萄种植区域的环境信息，种植者在办公室可以时刻关注葡萄的生长状况，点点鼠标，发发短信就可以对葡萄的生长了如指掌，尤其是对葡萄园区土壤水分和养分进行实时自动检测，使品质和质量得到了保障，节约了葡萄种植成本，综合效益大幅度提高。在生产管理上，由原来的田间地头技术指导服务，转变为实时视频指导服务和技术资料查询，可实现多位专家多视频同时指导服务，对农户的服务更加周到、及时、全面，充分发挥合作社的技术优势，带动更多的农民从事设施农业生产，促进了葡萄种植健康可持续性发展。
（责编：徐世红）