在發(fā)展推廣智慧農(nóng)業(yè)的道路上，科技是需要先行一步的。在無(wú)數(shù)科研機(jī)構(gòu)、高校院所的努力下，基于信息獲取、無(wú)人機(jī)、智能作業(yè)機(jī)具等部分，在北京市平谷區(qū)峪口鎮(zhèn)西營(yíng)村研究了智慧果園示范園，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

智慧果園關(guān)鍵技術(shù)方向的研究，參與機(jī)構(gòu)較多，涉及中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、華為技術(shù)有限公司、北京市平谷區(qū)西營(yíng)村村委會(huì)等多家機(jī)構(gòu)，組成跨學(xué)科、跨專業(yè)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)。智慧果園包含了信息獲取部分、歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及決策部分和執(zhí)行部分。智慧果園示范園，包括桃園10 hm2(40.1920°N，116.9870°E，約150畝)，梨園20 hm2(40.1951°N，116.9835°E，約300畝)，種植行距4 m，株距1.5 m。標(biāo)準(zhǔn)化種植利于機(jī)械化作業(yè)。

平谷智慧果園共應(yīng)用了10多種病、蟲、水、肥、藥的傳感器與裝置，裝備了28種機(jī)械化智能化技術(shù)支持的農(nóng)機(jī)作業(yè)裝備(如植保無(wú)人機(jī)、智能割草機(jī)、智能噴霧機(jī)、修剪、施肥、水肥一體系統(tǒng)、采摘機(jī)器人等)。管理系統(tǒng)主要包含智能信息獲取子系統(tǒng)、水肥一體化管理子系統(tǒng)、病蟲害智能管理子系統(tǒng)、智能作業(yè)裝備子系統(tǒng)、智能果園管理平臺(tái)及農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)等。示范園的建設(shè)基本解決了傳統(tǒng)果園的管理粗放、機(jī)械化程度低等問(wèn)題，基本實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)全程的無(wú)人化管理。

一、智能信息獲取系統(tǒng)

信息獲取系統(tǒng)是果園管理作業(yè)決策的前提，融合多傳感器的數(shù)據(jù)為智慧果園田間管理提供依據(jù)。信息獲取系統(tǒng)包含空地協(xié)同的多元信息感知設(shè)備，固定的干站系統(tǒng)及布設(shè)在田間的物聯(lián)網(wǎng)傳感器。通過(guò)多傳感器信息融合可獲取多種植被指數(shù)、病蟲害信息、溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、土壤及作物水分等信息來(lái)進(jìn)行綜合決策，同時(shí)可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和人工干預(yù)的結(jié)果，進(jìn)行更精準(zhǔn)的模型來(lái)提供決策依據(jù)。

平谷智慧果園的智能信息獲取系統(tǒng)，主要包括多光譜無(wú)人機(jī)、地面桿站系統(tǒng)、地面信息獲取系統(tǒng)以及物聯(lián)網(wǎng)傳感器等。

1、多光譜無(wú)人機(jī)

使用DJI P4M多光譜無(wú)人機(jī)進(jìn)行光譜信息獲取，將不同波段的航拍圖像進(jìn)行組合拼接，形成多種植被指數(shù)結(jié)果，經(jīng)進(jìn)一步處理可以反映出植被長(zhǎng)勢(shì)、水脅迫情況、營(yíng)養(yǎng)狀況等信息。

2、地面桿站系統(tǒng)

地面桿站系統(tǒng)包含固定在田間的攝像頭、物聯(lián)網(wǎng)傳感器和農(nóng)情信息采集系統(tǒng)，不間斷獲取氣象信息，包含風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度、氣壓、降水等參數(shù)。通過(guò)架設(shè)帶光學(xué)變焦的監(jiān)控?cái)z像頭可以觀測(cè)到田間作物生長(zhǎng)狀態(tài)，代替人工巡田，利用其光學(xué)變焦功能可以清楚地觀察到作物上的病蟲害，將拍攝圖片上傳到系統(tǒng)后臺(tái)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)病蟲害自動(dòng)識(shí)別和預(yù)警。

3、地面信息獲取系統(tǒng)

采用該團(tuán)隊(duì)自行開發(fā)的多功能農(nóng)情信息采集無(wú)人系統(tǒng)搭載16線激光雷達(dá)，載波相位差分技術(shù)差分定位系統(tǒng)，第一人稱攝像頭及工控機(jī)，可以采集樹體點(diǎn)云信息及可見光RGB圖片。激光雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)樹行識(shí)別進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。獲取點(diǎn)云后可以計(jì)算出樹體體積、冠層密度等信息，為植保噴霧、樹體修剪等果園作業(yè)提供信息支撐。在樹行中近距離獲取的RGB圖像信息可以進(jìn)行病蟲害遠(yuǎn)程診斷，減少固定攝像頭的盲區(qū)。搭載的RTK差分定位系統(tǒng)可以進(jìn)行軌跡錄制和獲取標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)，為農(nóng)機(jī)具無(wú)人駕駛的路徑規(guī)劃提供支持。

4、物聯(lián)網(wǎng)傳感器

物聯(lián)網(wǎng)莖水勢(shì)傳感器可以精準(zhǔn)地測(cè)量果樹莖中水勢(shì)的變化，獲取植物真實(shí)的需水狀況。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)土壤傳感器獲取的土壤氮磷鉀等信息，可以對(duì)水肥一體化系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，減少人工干預(yù)。

二、水肥一體管理系統(tǒng)

基于水肥一體化管路系統(tǒng)，水肥管理全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，無(wú)需人工介入，可以有效減少人力投入，節(jié)約氮肥及鉀肥的施用。通過(guò)連接到物聯(lián)網(wǎng)的混合器將肥料和水混合到一起，再通過(guò)預(yù)先架設(shè)在樹形中的固定管路系統(tǒng)滴灌或噴灑，實(shí)現(xiàn)水肥一體化施用。將智慧果園中水肥管理控制系統(tǒng)接入控制網(wǎng)絡(luò)，融合多元傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行水肥施用決策，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水肥自動(dòng)化精準(zhǔn)控制。

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)水勢(shì)傳感器和土壤濕度傳感器，大數(shù)據(jù)平臺(tái)監(jiān)測(cè)作物出現(xiàn)缺水的趨勢(shì)，且土壤含水量不足時(shí)會(huì)控制水肥一體系統(tǒng)開始滴灌，同時(shí)會(huì)結(jié)合氣象傳感器的歷史數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)的降雨進(jìn)行預(yù)測(cè)，將滴灌和降雨時(shí)間錯(cuò)開，充分利用水分，同時(shí)滴灌時(shí)間避開高溫的正午，進(jìn)一步節(jié)約了用水，綜合節(jié)水量可達(dá)70%，水溶性肥料隨滴灌帶直接滴在植物根部，避免了施在樹形中間造成肥料利用率低的問(wèn)題，全生長(zhǎng)季節(jié)約氮肥20%~30%，鉀肥20%～35%。

三、病蟲害智能管理系統(tǒng)

傳統(tǒng)果園中蟲情觀測(cè)往往采用人工巡檢的方式，對(duì)于大面積的果園和山地果園，人工巡檢費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)很依賴于人員的經(jīng)驗(yàn)。智慧果園的病蟲害管理，以果樹生長(zhǎng)狀況為核心，融合物理化學(xué)生物等多種防治手段，以較低的成本和更小的環(huán)境污染來(lái)有效控制病蟲害的發(fā)生。

在智慧果園中，該團(tuán)隊(duì)架設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)蟲情測(cè)報(bào)燈、物聯(lián)網(wǎng)殺蟲燈、蟲情信息采集分析系統(tǒng)、孢子自動(dòng)捕捉系統(tǒng)等設(shè)備，可以完成蟲情及孢子信息采集，對(duì)捕獲的害蟲和病菌孢子拍照并上傳服務(wù)器，進(jìn)行識(shí)別及計(jì)數(shù)，管理人員可以方便地通過(guò)后臺(tái)網(wǎng)頁(yè)或手機(jī)App來(lái)遠(yuǎn)程查看病蟲害情況。結(jié)合智能獲取信息，對(duì)病蟲害的發(fā)生情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，提前進(jìn)行預(yù)防性用藥。

物聯(lián)網(wǎng)殺蟲燈為一種典型的物理防治手段，綠色環(huán)保，可捕殺鱗翅目與鞘翅目等害蟲，同時(shí)無(wú)化學(xué)農(nóng)藥帶來(lái)的環(huán)境污染等問(wèn)題，配合包含性誘劑的粘蟲板可以實(shí)現(xiàn)綠色防治。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)殺蟲燈的物理防治，及蟲情測(cè)報(bào)系統(tǒng)指導(dǎo)下的精準(zhǔn)預(yù)防性用藥，減少了化學(xué)農(nóng)藥的過(guò)度使用，減少全生長(zhǎng)季用藥。

平谷智慧果園示范園的出現(xiàn)，是科研機(jī)構(gòu)共同努力的成果，也是國(guó)內(nèi)科研水平的體現(xiàn)。掌握智慧農(nóng)業(yè)科研知識(shí)，充分了解未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展之路。

審核編輯黃宇