基于物联网的柑橘病虫害智慧防预系统构建

秦兆华 洪贤淑 梁宇

摘 要 山地柑橘病虫害的传统防治方式存在耗时耗力和防预不及时等问题。基于此，提出了一种优化空气和土壤温湿度传感器的布局策略，实现柑橘生长环境条件参数的精确感知。通过建立山地柑橘病虫繁衍代数随空气温湿度化的模型，对柑橘病虫害发生的区域和时间进行实时预测。实际测试表明，该系统能够及时预防病虫害的发生。

关键词 柑橘;病虫害防预;物联网;系统

中图分类号：TP315 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.15.097

信息化是農业现代化的标志和关键[1]，农业信息化可大大改变农业生产规模小、时空变异大、规模效益差等行业性弱点，对农业的发展及全面实现小康起到重要支撑作用[2-6]。物联网是“物物相连的互联网”，农业物联网是当今世界农业发展的新潮流，是物联网技术与农业生产全面结合的一种新型农业，将农业带入了数字信息时代[7-10]。农业物联网能够对各种农业要素实施数字化设计、智能化控制、精准化运行和科学化管理，从而实现全面感知、可靠传输和智能处理，达到高产、高效、优质、生态和安全的目的[11-14]。

但是在国内，山地柑橘培育还处于比较落后阶段，柑橘生长环境的参数监测，如空气和土壤的水分、养分和温湿度还处于人工监测阶段，耗时费力，获取数据不准确，无法实现园区的科学化和精准化管理。

病虫害的影响，是决定柑橘品质的重要因素。山地柑橘主要集中在西南片区，传统方法对病虫害的预防效果较差。主要原因是病虫害防治依靠的是以往积累的经验数据，根据人工经验分析是否存在病虫害，然后采取防范措施。该方法是一种经验法，无法根据不同区域的环境条件，实现环境的准确感知和病虫害的自动预测。

将物联网技术应用于山地柑橘的病虫害防预，可根据山地柑橘生长环境，分析果树林区温湿度分布特性，提出果树林区无线传感器的布局策略。可将采集到的传感器数据进行统计分析，结合专家经验，建立山地柑橘病虫害防预模型，并通过搭建的柑橘培育系统，结合传感器布局位置，实现柑橘病虫害不同区域的准确预测。

1 果树林区无线传感器布局策略

选取重庆荣昌区秦橙园的3个片区作为试验区，主栽血脐品种。果树的行间距为5 m，列间距为2.6 m，果树高约2 m，主干高约0.5 m。果树冠层长宽约为3 m×3 m，分别对果树冠层、边缘果树、中心果树、果树间隙以及果园水平面和垂直面进行温湿度测量。

试验结果表明，将无线传感器网络（WSN）部署在果园中实现空气温湿度的监测应用时，使用一种“先平面后整体，外密里疏”的节点部署方法，即由果园边缘至果园中心位置，依据果树距离边缘的远近选定几棵果树，对于每棵果树将多个节点部署在同一水平高度层，在其他高度放置2、3个节点在固定位置。由于果园边缘的果树空气温湿度的变化范围较果园中心区大很多，因此边缘的果树所部署的节点个数要远大于果园中心区果树的节点个数。

2 山地柑橘病虫害智慧防预系统设计

2.1 山地柑橘病虫害防预模型

通过专家调查发现，山地柑橘病虫害一共有500多种。其中病害有100多种，虫害有400多种，为害严重的病虫害约有20多种，从病虫害发生的总体上看，虫害重于病害，其中以柑橘全爪螨（红蜘蛛）和柑橘黄蜘蛛为典型虫害。此次构建的病虫害防预系统主要应用于上述两种虫害的防预。

根据专家经验可知，柑橘红蜘蛛一年发生多代，世代重叠，年均温15 ℃地区发生12～15代，17～18 ℃发生16～17代，20 ℃以上的地区发生20～24代。因此，根据专家经验，建立了山地柑橘病虫繁衍代数随空气温湿度变化的模型。该模型对每个传感器采集的数据进行了统计分析，能够准确预测每个传感器监测的病虫害情况，实现山地柑橘病虫害的实时预测和防治。

2.2 无线传感器数据采集硬件平台

设计一款适用于监测山地柑橘生长环境参数的无线传感器数据采集平台，能够准确感知果树林区环境温湿度，该平台稳定可靠。1）测量数据类型：空气温度、空气湿度和光照强度3路传感器检测。2）通讯方式：ZigBee无线传输方式。3）通信距离可达400 m。4）工作条件：工作环境温度-40～70 ℃，相对湿度0%～95%。5）供电系统：电池供电方式，3.3～12.0 V。

2.3 山地柑橘培育数据分析系统

依据果树林区域温湿度与光照动力学模型与传感器节点布局策略，通过无线传感器节点自动采集空气温湿度、光照强度等多项信息，采用ZigBee无线传输方式上传数据，通过山地柑橘病虫害防预模型数据分析与决策，实现山地柑橘病虫害的准确感知与预测。

3 结论

针对山地柑橘病虫害传统防治方式存在的及时性和准确性差等问题，设计了基于物联网的柑橘病虫害智慧防预系统。山地柑橘病虫害防预智慧系统可以为规模化柑橘生产提供个性化服务，促进了柑橘生产管理的智能化和精细化作业水平，应用前景良好，具有推广使用价值。

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（责任编辑：赵中正）