智慧果园关键技术

在发展推广智慧农业的道路上，科技是需要先行一步的。在无数科研机构、高校院所的努力下，基于信息获取、无人机、智能作业机具等部分，在北京市平谷区峪口镇西营村研究了智慧果园示范园，进行实验。

智慧果园关键技术方向的研究，参与机构较多，涉及中国农业大学、华为技术有限公司、北京市平谷区西营村村委会等多家机构，组成跨学科、跨专业的联合团队。智慧果园包含了信息获取部分、历史数据储存及决策部分和执行部分。智慧果园示范园，包括桃园10 hm2(40.1920°N，116.9870°E，约150亩)，梨园20 hm2(40.1951°N，116.9835°E，约300亩)，种植行距4 m，株距1.5 m。标准化种植利于机械化作业。

平谷智慧果园共应用了10多种病、虫、水、肥、药的传感器与装置，装备了28种机械化智能化技术支持的农机作业装备(如植保无人机、智能割草机、智能喷雾机、修剪、施肥、水肥一体系统、采摘机器人等)。管理系统主要包含智能信息获取子系统、水肥一体化管理子系统、病虫害智能管理子系统、智能作业装备子系统、智能果园管理平台及农产品溯源系统等。示范园的建设基本解决了传统果园的管理粗放、机械化程度低等问题，基本实现了生产全程的无人化管理。

一、智能信息获取系统

信息获取系统是果园管理作业决策的前提，融合多传感器的数据为智慧果园田间管理提供依据。信息获取系统包含空地协同的多元信息感知设备，固定的干站系统及布设在田间的物联网传感器。通过多传感器信息融合可获取多种植被指数、病虫害信息、温湿度、风速风向、土壤及作物水分等信息来进行综合决策，同时可根据历史数据和人工干预的结果，进行更精准的模型来提供决策依据。

平谷智慧果园的智能信息获取系统，主要包括多光谱无人机、地面杆站系统、地面信息获取系统以及物联网传感器等。

1、多光谱无人机

使用DJI P4M多光谱无人机进行光谱信息获取，将不同波段的航拍图像进行组合拼接，形成多种植被指数结果，经进一步处理可以反映出植被长势、水胁迫情况、营养状况等信息。

2、地面杆站系统

地面杆站系统包含固定在田间的摄像头、物联网传感器和农情信息采集系统，不间断获取气象信息，包含风速、风向、温湿度、气压、降水等参数。通过架设带光学变焦的监控摄像头可以观测到田间作物生长状态，代替人工巡田，利用其光学变焦功能可以清楚地观察到作物上的病虫害，将拍摄图片上传到系统后台，结合机器学习方法实现病虫害自动识别和预警。

3、地面信息获取系统

采用该团队自行开发的多功能农情信息采集无人系统搭载16线激光雷达，载波相位差分技术差分定位系统，第一人称摄像头及工控机，可以采集树体点云信息及可见光RGB图片。激光雷达可实现树行识别进而实现自主导航。获取点云后可以计算出树体体积、冠层密度等信息，为植保喷雾、树体修剪等果园作业提供信息支撑。在树行中近距离获取的RGB图像信息可以进行病虫害远程诊断，减少固定摄像头的盲区。搭载的RTK差分定位系统可以进行轨迹录制和获取标记点坐标，为农机具无人驾驶的路径规划提供支持。

4、物联网传感器

物联网茎水势传感器可以精准地测量果树茎中水势的变化，获取植物真实的需水状况。结合物联网土壤传感器获取的土壤氮磷钾等信息，可以对水肥一体化系统进行自动控制，减少人工干预。

二、水肥一体管理系统

基于水肥一体化管路系统，水肥管理全部实现了自动化，无需人工介入，可以有效减少人力投入，节约氮肥及钾肥的施用。通过连接到物联网的混合器将肥料和水混合到一起，再通过预先架设在树形中的固定管路系统滴灌或喷洒，实现水肥一体化施用。将智慧果园中水肥管理控制系统接入控制网络，融合多元传感器数据进行水肥施用决策，进而实现水肥自动化精准控制。

结合物联网水势传感器和土壤湿度传感器，大数据平台监测作物出现缺水的趋势，且土壤含水量不足时会控制水肥一体系统开始滴灌，同时会结合气象传感器的历史数据对未来的降雨进行预测，将滴灌和降雨时间错开，充分利用水分，同时滴灌时间避开高温的正午，进一步节约了用水，综合节水量可达70%，水溶性肥料随滴灌带直接滴在植物根部，避免了施在树形中间造成肥料利用率低的问题，全生长季节约氮肥20%~30%，钾肥20%～35%。

三、病虫害智能管理系统

传统果园中虫情观测往往采用人工巡检的方式，对于大面积的果园和山地果园，人工巡检费时费力，同时很依赖于人员的经验。智慧果园的病虫害管理，以果树生长状况为核心，融合物理化学生物等多种防治手段，以较低的成本和更小的环境污染来有效控制病虫害的发生。

在智慧果园中，该团队架设了物联网虫情测报灯、物联网杀虫灯、虫情信息采集分析系统、孢子自动捕捉系统等设备，可以完成虫情及孢子信息采集，对捕获的害虫和病菌孢子拍照并上传服务器，进行识别及计数，管理人员可以方便地通过后台网页或手机App来远程查看病虫害情况。结合智能获取信息，对病虫害的发生情况进行预测，提前进行预防性用药。

物联网杀虫灯为一种典型的物理防治手段，绿色环保，可捕杀鳞翅目与鞘翅目等害虫，同时无化学农药带来的环境污染等问题，配合包含性诱剂的粘虫板可以实现绿色防治。通过物联网杀虫灯的物理防治，及虫情测报系统指导下的精准预防性用药，减少了化学农药的过度使用，减少全生长季用药。

平谷智慧果园示范园的出现，是科研机构共同努力的成果，也是国内科研水平的体现。掌握智慧农业科研知识，充分了解未来农业的发展之路。

审核编辑黄宇