基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙小娟，葉 云※，冉耀虎

（1. 廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院生態(tài)環(huán)境技術(shù)學(xué)院，廣州510300；2. 廣州海睿信息科技有限公司，廣州510663）

0 引言

廣東省英德市是華南茶區(qū)之一，產(chǎn)茶歷史悠久。英德紅茶以其外形勻稱優(yōu)美、色澤烏黑紅潤(rùn)、湯色紅艷明亮、香氣濃郁純正等特點(diǎn)，與云南滇紅、安徽祁紅并稱“中國(guó)三大紅茶”，是我國(guó)主要的紅茶出口品種。“英德紅茶”于2006年12月獲得國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品保護(hù)。近年來(lái)，隨著英德紅茶種植面積的不斷擴(kuò)大及茶樹(shù)樹(shù)齡的增加，加之氣候變化的影響，茶樹(shù)病蟲(chóng)害日趨嚴(yán)重，成為制約英德紅茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題之一［1］。

英德地區(qū)氣候條件溫暖高濕，茶樹(shù)樹(shù)冠茂密，容易發(fā)生病蟲(chóng)繁衍和孳生。茶樹(shù)常發(fā)生的蟲(chóng)害主要有黑刺粉虱、茶網(wǎng)蝽、茶小綠葉蟬、茶尺蠖、茶毛蟲(chóng)等；常見(jiàn)病害主要有炭疽病、茶餅病、茶云紋葉枯病、芽枯病等［2］。每年因病蟲(chóng)害造成的茶葉產(chǎn)量損失高達(dá)10%～20%，茶樹(shù)病蟲(chóng)害大面積爆發(fā)對(duì)茶樹(shù)造成的危害更為嚴(yán)重［3-4］。目前茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展相對(duì)比較落后，仍然以傳統(tǒng)的人工巡查為主，依靠農(nóng)業(yè)專家定時(shí)開(kāi)展田間普查，監(jiān)測(cè)范圍有限，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很難達(dá)到對(duì)病蟲(chóng)害的實(shí)時(shí)有效監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了基于網(wǎng)絡(luò)的物物相連技術(shù)，通過(guò)信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理［5］，其智能化、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)技術(shù)變革，在農(nóng)業(yè)信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入、個(gè)性化服務(wù)等方面都有廣泛應(yīng)用。近年來(lái)相關(guān)學(xué)者開(kāi)展了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害防治方面的應(yīng)用，傅曉耕［6］通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)資源對(duì)農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，利用簇間優(yōu)化機(jī)制解決物聯(lián)網(wǎng)病蟲(chóng)害監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控點(diǎn)區(qū)域路徑抖動(dòng)問(wèn)題；高磊［7］基于ZigBee與GPRS技術(shù)，開(kāi)發(fā)蟲(chóng)害傳播的昆蟲(chóng)誘捕監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)了果園局部區(qū)域蟲(chóng)害信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；陳令芳等［8］提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的藍(lán)莓病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)想；馬菁等［9］利用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)開(kāi)展枸杞病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究和應(yīng)用；易寧等［10］采用客戶/服務(wù)和瀏覽器/服務(wù)器相結(jié)合的開(kāi)發(fā)方式，結(jié)合地理信息系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水稻大田智能預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)。目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方面的研究還不多見(jiàn)。

文章針對(duì)茶樹(shù)病蟲(chóng)害綠色防治需求，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別、GIS等信息技術(shù)，開(kāi)發(fā)茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的茶園病蟲(chóng)害信息采集、儲(chǔ)存、分析和預(yù)警，并在英德市試點(diǎn)茶園進(jìn)行病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警應(yīng)用。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的總體架構(gòu)主要包括物聯(lián)網(wǎng)感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層、應(yīng)用服務(wù)層3層（圖1）。在感知識(shí)別層，系統(tǒng)利用自動(dòng)蟲(chóng)情燈、自動(dòng)性誘儀、孢子捕捉儀、智能氣象儀等多種傳感器設(shè)備采集茶園環(huán)境、病蟲(chóng)害信息，實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)時(shí)感知；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層提供了感知層數(shù)據(jù)的等網(wǎng)絡(luò)的傳輸、分析和處理；應(yīng)用服務(wù)層通過(guò)網(wǎng)站、APP等為用戶提供了環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程專家診斷等智能監(jiān)控及管理服務(wù)。

圖1 茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Tea tree pests and disease monitoring and early warning system architecture diagram

1.1 感知識(shí)別層

感知識(shí)別層利用部署在茶園的各種物聯(lián)網(wǎng)信息采集終端，對(duì)環(huán)境信息、病蟲(chóng)害信息等茶園生產(chǎn)信息進(jìn)行采集和監(jiān)測(cè)。感知識(shí)別層集成了蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)設(shè)備、病菌孢子監(jiān)測(cè)設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備和高清攝像機(jī)等物聯(lián)網(wǎng)信息采集終端設(shè)備。

（1）蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)設(shè)備

蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)設(shè)備主要選用自動(dòng)蟲(chóng)情燈，其工作原理是利用紫外線誘蟲(chóng)燈發(fā)出令害蟲(chóng)敏感的光線，引誘害蟲(chóng)飛撲撞擊玻璃屏、電網(wǎng)擊落到殺蟲(chóng)倉(cāng)，攝像頭按照系統(tǒng)設(shè)置定時(shí)拍攝殺蟲(chóng)倉(cāng)內(nèi)的害蟲(chóng)圖片。該系統(tǒng)將從害蟲(chóng)的誘集、分類統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)報(bào)傳、遠(yuǎn)程檢測(cè)、蟲(chóng)害預(yù)警和防治指導(dǎo)的自動(dòng)化、智能化方面設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)功能。

（2）病菌孢子監(jiān)測(cè)設(shè)備

病菌孢子監(jiān)測(cè)設(shè)備主要采用孢子捕捉儀，可檢測(cè)隨空氣流動(dòng)、傳染的病害病原菌孢子及花粉塵粒，主要用于監(jiān)測(cè)病害孢子存量及其擴(kuò)散動(dòng)態(tài)，為預(yù)測(cè)和預(yù)防病害流行、傳染提供可靠數(shù)據(jù)，是農(nóng)業(yè)植保部門應(yīng)當(dāng)配備的農(nóng)作物病害檢測(cè)專用設(shè)備。用于監(jiān)測(cè)病害孢子存量及其擴(kuò)散動(dòng)態(tài)，可定時(shí)清晰拍攝孢子圖片，以4G網(wǎng)絡(luò)上傳至云服務(wù)器，監(jiān)測(cè)并分析孢子情況。

（3）環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備

環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備包括智能氣象儀及土壤傳感器等，用于監(jiān)測(cè)茶園空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、土壤溫濕度、土壤EC值等生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)。

（4）高清攝像機(jī)

高清攝像機(jī)用于拍攝茶樹(shù)長(zhǎng)勢(shì)、葉片病蟲(chóng)害侵襲視頻和圖像，通過(guò)4G或?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)將田間監(jiān)測(cè)視頻和圖像傳輸?shù)皆品?wù)器，實(shí)現(xiàn)茶園的遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞和信息傳遞、處理層，包括綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、視頻服務(wù)器、GIS服務(wù)器等，用于傳遞和處理感知層獲取的信息。氣象數(shù)據(jù)、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)Lora協(xié)議傳輸至物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過(guò)TCP/IP協(xié)議發(fā)送至服務(wù)器；視頻圖像直接通過(guò)寬帶網(wǎng)路或WIFI上傳至視頻服務(wù)器。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)和處理環(huán)境數(shù)據(jù)、病蟲(chóng)害數(shù)據(jù)、茶樹(shù)病蟲(chóng)害知識(shí)信息；視頻服務(wù)器是用于以太網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)字音視頻的多媒體服務(wù)器，其通過(guò)以太網(wǎng)（局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)）將實(shí)時(shí)的圖像和聲音通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用端的訪問(wèn)；GIS服務(wù)器主要用于執(zhí)行地理信息處理和分析工作。

1.3 應(yīng)用服務(wù)層

茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)層通過(guò)軟件系統(tǒng)向茶農(nóng)、茶園管理者提供了茶園病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)和管理功能，以網(wǎng)站、APP等形式提供了茶園環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程專家診斷等功能。

2 系統(tǒng)功能

茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)由環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、病蟲(chóng)害預(yù)警子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程專家診斷子系統(tǒng)4部分組成，實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析、病蟲(chóng)害數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、病蟲(chóng)害地圖可視化展示、病蟲(chóng)害發(fā)生氣候模擬、病蟲(chóng)害預(yù)警、病蟲(chóng)害診斷和監(jiān)測(cè)設(shè)備控制等功能。

2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)利用布置在茶園的智能氣象儀及土壤傳感器，自動(dòng)監(jiān)測(cè)空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、土壤溫濕度、土壤EC值等影響茶樹(shù)生長(zhǎng)及病蟲(chóng)害發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)境因子，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖等形式展示。茶園工作人員可通過(guò)手機(jī)APP和電腦Web頁(yè)面實(shí)時(shí)查看茶園環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)氣象環(huán)境數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)判斷病蟲(chóng)害發(fā)生的概率情況。

2.2 病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要由蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)模塊、病菌孢子監(jiān)測(cè)模塊和病蟲(chóng)害遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)模塊組成，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)信息采集終端采集的蟲(chóng)害、病害以及茶園視頻信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)茶樹(shù)生長(zhǎng)狀況。

（1）蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)模塊主要實(shí)現(xiàn)蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)功能。該模塊以列表形式展示蟲(chóng)情信息，可查詢某一時(shí)間段、特定區(qū)域的害蟲(chóng)總數(shù)、害蟲(chóng)圖像及某種害蟲(chóng)的發(fā)生數(shù)量等情況，并以統(tǒng)計(jì)圖展示蟲(chóng)情發(fā)展變化趨勢(shì)。此外，該模塊還提供了害蟲(chóng)發(fā)生區(qū)域的專題圖制作等功能，在地圖上直觀顯示害蟲(chóng)發(fā)生區(qū)域及害蟲(chóng)密度，以可視化方式展示茶園蟲(chóng)害發(fā)生情況。

（2）病菌孢子監(jiān)測(cè)模塊主要實(shí)現(xiàn)了病菌孢子監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的展示功能，提供了病菌孢子數(shù)量按時(shí)間段、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位篩選查詢，以統(tǒng)計(jì)圖形式展示病菌孢子數(shù)量化發(fā)展趨勢(shì)及不同維度的數(shù)據(jù)對(duì)比。該模塊提供了病害發(fā)生區(qū)域的專題圖制作等功能，在地圖上直觀顯示病害發(fā)生區(qū)域及為害程度，以可視化方式展示茶園病害發(fā)生情況。

（3）病蟲(chóng)害遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)模塊包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史視頻、圖片中心等內(nèi)容，其中實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了茶園攝像頭的多路畫面展示及云臺(tái)控制功能，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程在線查看茶樹(shù)植株生長(zhǎng)情況及病蟲(chóng)害發(fā)生、侵害情況，為工作人員判斷病蟲(chóng)害類型及發(fā)展程度提供了參考依據(jù)。

2.3 病蟲(chóng)害預(yù)警子系統(tǒng)

由于病蟲(chóng)害的發(fā)生與氣候、環(huán)境有著密切的關(guān)系，在系統(tǒng)上設(shè)置茶園空氣溫濕度、土壤溫濕度等環(huán)境參數(shù)對(duì)應(yīng)病蟲(chóng)害發(fā)生的閾值，當(dāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)閾值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出病蟲(chóng)害發(fā)生概率等預(yù)警信息。預(yù)警信息在GIS地圖上顯示，并通過(guò)系統(tǒng)向工作人員及農(nóng)戶自動(dòng)發(fā)送微信、短信進(jìn)行提醒。另外，茶園工作人員通過(guò)查看系統(tǒng)內(nèi)的環(huán)境及病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可通過(guò)人工分析來(lái)預(yù)測(cè)病蟲(chóng)害發(fā)生情況，并使用系統(tǒng)預(yù)警功能手動(dòng)發(fā)送預(yù)警信息給農(nóng)戶等相關(guān)人員。

蟲(chóng)害預(yù)測(cè)方法采用基于環(huán)境數(shù)據(jù)的多元回歸分析方法［11］，從與蟲(chóng)害發(fā)生有關(guān)的所有數(shù)據(jù)中選取對(duì)茶樹(shù)病蟲(chóng)害的發(fā)生產(chǎn)生重大影響的因素作為自變量，以蟲(chóng)害發(fā)生期或發(fā)生量作為因變量，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法構(gòu)建因變量和自變量之間的回歸方程式，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)，多元回歸模型為：

式（1）中，Y為蟲(chóng)害發(fā)生程度預(yù)測(cè)指標(biāo)，βn為回歸系數(shù)，Xn為環(huán)境數(shù)據(jù)因子（空氣溫度、空氣濕度、降雨、光照、土壤溫度、土壤含水量等），系統(tǒng)主要針對(duì)茶樹(shù)的常見(jiàn)蛾類蟲(chóng)害進(jìn)行混合預(yù)測(cè)分析，不單獨(dú)針對(duì)具體某類蟲(chóng)害。

蟲(chóng)情測(cè)報(bào)燈以誘殺蛾類為主，通過(guò)殺蟲(chóng)次數(shù)、害蟲(chóng)圖像等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)蟲(chóng)情發(fā)生情況，蟲(chóng)情測(cè)報(bào)結(jié)果可以反映小區(qū)域內(nèi)的短期蟲(chóng)害發(fā)生情況，并進(jìn)一步與預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

2.4 遠(yuǎn)程專家診斷子系統(tǒng)

遠(yuǎn)程專家診斷子系統(tǒng)提供了向植保專家問(wèn)診，由專家通過(guò)遠(yuǎn)程視頻查看病蟲(chóng)害情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷并提供防治方法的功能。茶樹(shù)病蟲(chóng)害種類眾多，一般工作人員無(wú)法準(zhǔn)確診斷和識(shí)別病蟲(chóng)害，給茶樹(shù)病蟲(chóng)害的防治工作造成困難。針對(duì)該問(wèn)題，當(dāng)工作人員遇到無(wú)法識(shí)別的病蟲(chóng)害時(shí)，病蟲(chóng)害遠(yuǎn)程專家診斷子系統(tǒng)提供了向植保專家進(jìn)行遠(yuǎn)程問(wèn)診的功能，通過(guò)提出問(wèn)題并發(fā)送病蟲(chóng)害相關(guān)照片、視頻，由農(nóng)業(yè)植保專家通過(guò)系統(tǒng)專家端進(jìn)行診斷、答復(fù)，雙方也可建立視頻連接進(jìn)行線上實(shí)時(shí)對(duì)話。

3 應(yīng)用案例

3.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)、C#開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、Visual Studio軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理部分采用MySQL系統(tǒng)，WebGIS前端開(kāi)發(fā)技術(shù)采用ArcGIS API for JavaScript，將ArcGIS Server上的地圖服務(wù)嵌入到Web應(yīng)用中。業(yè)務(wù)層控制器接受用戶查看專題地圖的請(qǐng)求，從綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中提取環(huán)境及病蟲(chóng)害信息，生成并返回JSON格式數(shù)據(jù)，通過(guò)ArcGIS API for JavaScript實(shí)現(xiàn)地圖服務(wù)的調(diào)用，并將環(huán)境及病蟲(chóng)害信息疊加到對(duì)應(yīng)空間圖層上，最終完成專題地圖的動(dòng)態(tài)生成。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用

茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在廣東英德某茶業(yè)基地進(jìn)行應(yīng)用示范，該基地位于廣東省英德市，種植面積約200 hm2，基地處于南亞熱帶向中亞熱帶的過(guò)渡地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。

學(xué)生管理工作與教師自身素質(zhì)分不開(kāi)，有些教師受傳統(tǒng)管理理念的影響，過(guò)分死板，忽視學(xué)生個(gè)體的發(fā)展需求，管理形式較為單一化和片面化。由于社會(huì)的進(jìn)步，學(xué)校也在不斷更新符合自身校園文化的學(xué)生管理制度，很多管理問(wèn)題也隨之出現(xiàn)，導(dǎo)致有時(shí)候很多管理問(wèn)題得不到充分解決，大部分流于形式，執(zhí)行不嚴(yán)，管理處于不規(guī)范、不穩(wěn)定的狀態(tài)。目前在學(xué)院“以學(xué)生為本”的全員育人環(huán)境還沒(méi)有形成，很多學(xué)院的學(xué)生管理工作者對(duì)這一事業(yè)缺乏責(zé)任心，工作不積極，更多關(guān)注自己的事業(yè)，很少把心思放在學(xué)生身上，工作者思想體制不健全，缺乏學(xué)習(xí)交流的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致思想能力跟不上制度的要求，管理制度效果不是很理想。

3.2.1 設(shè)備部署

在示范基地1、2、3號(hào)茶園各布置自動(dòng)蟲(chóng)情燈1套、孢子捕捉儀1套、智能視頻氣象站1套及土壤溫濕度傳感器3組，設(shè)備均選自廣州海睿信息科技有限公司（圖2）。

圖2 茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)信息采集終端Fig.2 IoT monitoring equipments of tea tree pests and disease monitoring and early warning system

（1）自動(dòng)蟲(chóng)情燈

選用HRCQ-ZD18型號(hào)自動(dòng)蟲(chóng)情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，利用現(xiàn)代光、電、數(shù)控技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、構(gòu)建害蟲(chóng)生態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)。該設(shè)備誘集光源為主波長(zhǎng)365 nm、20 W的黑光燈管，燈管啟動(dòng)時(shí)間≤5 s，供電模塊為320 W太陽(yáng)能板、 200 A·h蓄電池，工作功率≤450 W、待機(jī)功率≤5 W，絕緣電阻≥2.5 MΩ，燈體尺寸為650 mm×650 mm×2 000 mm，撞擊屏互成120°角，單屏尺寸長(zhǎng)595±2 mm、寬213±2 mm、厚5 mm，配置800萬(wàn)像素內(nèi)置相機(jī)，內(nèi)置GPS模塊。該設(shè)備提供了高清蟲(chóng)體圖像采集、識(shí)別、計(jì)數(shù)，采集并上傳蟲(chóng)害發(fā)生環(huán)境數(shù)據(jù)和地理位置數(shù)據(jù)，進(jìn)行害蟲(chóng)圖像異常自動(dòng)分析報(bào)警，可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

（2）孢子捕捉儀

選用HRBZ-ZD18型號(hào)固定式孢子捕捉儀，該設(shè)備符合GB/T 24689.3 2009植物保護(hù)器械孢子捕捉儀（器）標(biāo)準(zhǔn)，采用100 W太陽(yáng)能板和76 A·h蓄電池供電，可設(shè)24個(gè)時(shí)間段，材料為鍍鋅噴塑。設(shè)備內(nèi)置GPS模塊，可定位站點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸將茶樹(shù)病菌孢子數(shù)據(jù)及位置等信息傳輸至云服務(wù)器。通過(guò)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)機(jī)、自動(dòng)拍照、設(shè)置工作時(shí)段、設(shè)置空氣采樣時(shí)間、查詢?cè)O(shè)備工作狀態(tài)等功能。

（3）智能視頻氣象站

表1 智能氣象站監(jiān)測(cè)指標(biāo)量程及精度Table 1 Range and accuracy of monitoring indicators of intelligent weather stations

（4）土壤傳感器

采用HRTR-1701型號(hào)土壤傳感器監(jiān)測(cè)土壤濕度和土壤溫度，其中土壤濕度測(cè)量量程為0～100%，精度±3%；土壤溫度量程-40～80℃，精度±0.5℃。

3.2.2 應(yīng)用結(jié)果

茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了試點(diǎn)茶園環(huán)境和茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集及綜合展示，其環(huán)境監(jiān)測(cè)和蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)界面如圖3、圖4所示。工作人員通過(guò)統(tǒng)計(jì)比較，能夠直觀地分析茶樹(shù)病蟲(chóng)害發(fā)生的周期性特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)。系統(tǒng)利用GIS功能模塊生成了茶樹(shù)病害、蟲(chóng)害發(fā)生地圖，可清晰展示茶園病蟲(chóng)害分布情況。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置的超閾值提醒功能和人工發(fā)布病蟲(chóng)害預(yù)警信息功能，實(shí)現(xiàn)了茶樹(shù)病蟲(chóng)害發(fā)生的預(yù)警。系統(tǒng)的應(yīng)用有效提高了茶樹(shù)病蟲(chóng)害防治工作效率。

圖3 茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)界面Fig.3 Environmental monitoring interface of the tea tree pests monitoring and early warning system

圖4 茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)界面Fig.4 Pest condition monitoring interface of tea tree pests monitoring and early warning system

4 結(jié)論與討論

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了英德市區(qū)域性的茶樹(shù)病蟲(chóng)害遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和預(yù)警。病蟲(chóng)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能能夠幫助工作人員和農(nóng)戶及早采取措施防止病蟲(chóng)害的發(fā)生和擴(kuò)大，減輕茶園工作人員及農(nóng)戶勞動(dòng)強(qiáng)度，減少農(nóng)藥及其他防治措施的投入，為病蟲(chóng)害防治降本增效，有效地促進(jìn)了英德市茶葉產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)和可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)于系統(tǒng)的后續(xù)升級(jí)和發(fā)展，包括以下幾個(gè)方面：（1）該系統(tǒng)采用開(kāi)放式設(shè)計(jì)，可通過(guò)WebAPI/JSON完成與第三方平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)與政府、科研單位系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)接，為相關(guān)平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支持，幫助政府及科研部門實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物病蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)和預(yù)警工作的統(tǒng)一管理。（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用模式具有可復(fù)制及擴(kuò)展性，可推廣應(yīng)用至其他地區(qū)的茶樹(shù)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方面。（3）隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷進(jìn)步及茶樹(shù)病蟲(chóng)害知識(shí)庫(kù)的不斷完善，系統(tǒng)可進(jìn)一步升級(jí)實(shí)現(xiàn)病蟲(chóng)害的精確自動(dòng)識(shí)別功能，并建立更加精準(zhǔn)的氣候變化、茶樹(shù)生育階段與病蟲(chóng)害發(fā)生的數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)病蟲(chóng)害的自動(dòng)識(shí)別、智能診斷和智能預(yù)警。