果園噴藥機(jī)智能管控平臺(tái)的建設(shè)研究

周通，李雯，左小林

（212013 江蘇省 鎮(zhèn)江市 江蘇大學(xué) 管理學(xué)院）

0 引言

我國是全球第一水果生產(chǎn)與消費(fèi)大國，水果產(chǎn)業(yè)也是我國第三大農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)業(yè)。據(jù)《中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》2020 年數(shù)據(jù)顯示，截至2019 年末，我國實(shí)有果園面積達(dá)12 276.7 khm2，比2018 年同期增長3.4%。隨著我國果園種植面積的逐步擴(kuò)大、農(nóng)業(yè)機(jī)械化的不斷推進(jìn)以及勞動(dòng)力成本的不斷攀升，果園規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展和智能化管理是未來發(fā)展的必然要求、必然趨勢(shì)[1]。果園管理作業(yè)主要可分為土地耕整、樹體保護(hù)、病蟲害預(yù)防、灌溉與收獲等5 個(gè)方面。病蟲害的預(yù)防工作被視為主要作業(yè)環(huán)節(jié)之一，其中的噴藥作業(yè)要占據(jù)果園管理總體作業(yè)量的25%以上[2]。由于噴藥作業(yè)多在果樹枝葉繁茂時(shí)期進(jìn)行，且果園環(huán)境較為復(fù)雜，如田間障礙較多、果園形狀不規(guī)則、作業(yè)路徑寬窄不一等，對(duì)噴藥機(jī)作業(yè)產(chǎn)生了較大的限制。另外，部分種植戶的果園面積較小，而購買噴藥機(jī)成本較高，租賃需求又得不到及時(shí)滿足，因此仍采用人工噴藥，這嚴(yán)重背離了農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展趨勢(shì)。

近年來，以信息化、智能化為特點(diǎn)的“智慧農(nóng)業(yè)”在國內(nèi)興起，為實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程智能化控制，相關(guān)軟件平臺(tái)的構(gòu)建被提上日程。本文將以此為背景，探討我國果園噴藥機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及農(nóng)業(yè)智能管控相關(guān)平臺(tái)的建設(shè)現(xiàn)狀，分析當(dāng)前研究可實(shí)現(xiàn)的功能特點(diǎn)及存在的問題，然后給出相應(yīng)的對(duì)策與建議。最后提出果園噴藥機(jī)智能化管控平臺(tái)的建設(shè)方案，以期實(shí)現(xiàn)噴藥機(jī)的智能管控，進(jìn)而提高噴藥效率與農(nóng)藥利用率，降低果園生產(chǎn)成本，減少大氣土壤污染，并實(shí)現(xiàn)果園、農(nóng)戶、企業(yè)等的信息集成，追求整體效益最大化。

1 相關(guān)概念及技術(shù)支撐

噴藥機(jī)智能管控指的是通過各類傳感器收集數(shù)據(jù)、通過無線通訊技術(shù)傳輸?shù)椒?wù)器，對(duì)作業(yè)環(huán)境、作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴藥機(jī)各項(xiàng)功能的智能化、自動(dòng)化控制。同時(shí)，通過智能管控平臺(tái)可以集成各類信息流，實(shí)現(xiàn)果園、噴藥機(jī)、農(nóng)戶與管理或操作人員的信息交互與共享。

1.1 噴藥機(jī)的工作參數(shù)

目前國內(nèi)果園最常用的機(jī)械植保設(shè)備為風(fēng)送式噴藥機(jī)，按照行走方式，主要分為牽引式噴藥機(jī)、懸掛式噴藥機(jī)和自走式噴藥機(jī)等[3]，影響噴藥機(jī)行駛及作業(yè)效率的主要工作參數(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 噴藥機(jī)主要工作參數(shù)表Tab.1 Main operating parameters of the sprayer

1.2 智能管控平臺(tái)的技術(shù)支撐

農(nóng)業(yè)類的智能管控平臺(tái)一般由數(shù)據(jù)采集端、服務(wù)資源端和應(yīng)用端組成，集成了衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析和無線通訊技術(shù)等。

1.2.1 衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航定位是通過天線、接收機(jī)等接收、解算衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位的技術(shù)，為了提高定位精度，通常需要給接收機(jī)實(shí)時(shí)提供一組差分改正數(shù)據(jù)。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)。

1.2.2 傳感器技術(shù)

傳感器一般是由敏感元件及轉(zhuǎn)換元件組成，能將農(nóng)業(yè)類的半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用數(shù)據(jù)。傳感器技術(shù)是我國農(nóng)業(yè)信息化的前沿技術(shù)之一[4]，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能分析與決策的基礎(chǔ)。

1.2.3 大數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中通過傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，做出科學(xué)合理的決策，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

1.2.4 無線通訊技術(shù)

無線通訊技術(shù)一般利用微波，可不經(jīng)由導(dǎo)體或纜線進(jìn)行傳輸通訊，目前主要包括Zigbee/藍(lán)牙/Wifi/2G/4G 等技術(shù)，現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一般通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸，將各類信息上傳到服務(wù)器。

2 研究現(xiàn)狀

通過文獻(xiàn)閱讀與實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國噴藥機(jī)的研制起步較晚，國內(nèi)噴藥機(jī)與國外相比，整體性能較為落后，作業(yè)效率較低，許多高精度技術(shù)雖有研究，但并不能大規(guī)模運(yùn)用到噴藥作業(yè)中去，因此我國的農(nóng)藥有效利用率仍然很低，僅為20%～40%[5]。另外，國內(nèi)“智慧農(nóng)業(yè)”相關(guān)平臺(tái)建設(shè)處于起步階段，現(xiàn)有的平臺(tái)數(shù)量極少，且功能不完善，通常僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)天氣、土壤墑情、蟲情信息的監(jiān)測(cè)與農(nóng)機(jī)的監(jiān)管功能，并不能實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的智能管控，如田間作業(yè)路徑規(guī)劃及自動(dòng)駕駛等功能。

2.1 噴藥機(jī)研究現(xiàn)狀

為了提高農(nóng)藥利用率、提升農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，我國的專家學(xué)者從噴藥機(jī)類型、噴頭、變量噴藥系統(tǒng)、對(duì)靶噴藥技術(shù)、風(fēng)量調(diào)節(jié)等多個(gè)方面做出了大量研究。李超等[6]針對(duì)葡萄園的作業(yè)環(huán)境，設(shè)計(jì)了牽引式立管風(fēng)送噴藥機(jī)，能夠?qū)λ幰哼M(jìn)行二次霧化，增加其穿透性和附著率，有效提高了農(nóng)藥利用率；魏新華等[7]將超聲波測(cè)距傳感器引入噴藥機(jī)噴桿高度調(diào)控中，有效保障了噴藥機(jī)在行駛過程中噴桿的平穩(wěn)性，避免了因地面起伏引起的噴藥不均問題；周天文等[8]設(shè)計(jì)了一種小型自走式噴藥機(jī)，該機(jī)利用風(fēng)送噴霧技術(shù)，可有效防止前進(jìn)過程中產(chǎn)生藥液飄移，增加了霧滴在枝葉上的附著率；李龍龍等[9]以高精度的激光傳感器為探測(cè)源，設(shè)計(jì)的自動(dòng)仿形噴藥機(jī)可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量和噴霧量，并在蘋果園內(nèi)進(jìn)行了田間試驗(yàn)，結(jié)果表明，該機(jī)提高了噴藥的精準(zhǔn)度，并且霧滴的穿透性強(qiáng)、沉積性高；尹潤蓉等[10]設(shè)計(jì)出一種可以實(shí)時(shí)混藥的靜電噴霧機(jī)，與傳統(tǒng)噴霧機(jī)相比，混藥更均勻、更穩(wěn)定，噴霧效果更佳；鄒偉等[11]設(shè)計(jì)了果園對(duì)靶噴藥控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)噴藥機(jī)的行駛速度，探測(cè)樹冠靶標(biāo)位置，進(jìn)而通過電磁閥調(diào)節(jié)噴頭流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)靶變量噴藥；杜慎忠等[12]針對(duì)葡萄園噴霧機(jī)研究了藥液回收系統(tǒng)，并通過田間試驗(yàn)研究了藥液回收率與噴霧距離、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、噴霧壓力等的關(guān)系，最終可將農(nóng)藥回收率提高到16.2%,農(nóng)藥沉積率提高到52%以上；江蘇大學(xué)和寧夏大學(xué)共同研制了自走式智能對(duì)靶超低量靜電噴霧機(jī)，兩邊各有一個(gè)600 L 容量的藥箱，噴藥幅寬14 m，噴藥效率高，噴藥效果良好，分別如圖1、圖2 所示。

圖1 自走式智能對(duì)靶超低量靜電噴霧機(jī)Fig.1 Self-propelled intelligent target ultra-low amount of electrostatic sprayer

圖2 噴霧機(jī)田間試驗(yàn)圖Fig.2 Field test diagram of spray machine

2.2 相關(guān)平臺(tái)研究現(xiàn)狀

李洪等[13]將農(nóng)機(jī)調(diào)度問題轉(zhuǎn)化為MTSP 問題，以列生成法求得模型精確解，并開發(fā)了農(nóng)機(jī)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)；2013 年，北京現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)萬畝示范區(qū)建立了當(dāng)?shù)氐谝粋€(gè)基于BDS 的新型農(nóng)機(jī)管理平臺(tái)，很大程度上提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)化水平[14]；楊立國等[15]根據(jù)多個(gè)農(nóng)機(jī)作業(yè)過程中出現(xiàn)的信息交互滯后等問題，構(gòu)建了全新的調(diào)度技術(shù)體系，運(yùn)用于農(nóng)機(jī)管理調(diào)度系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)機(jī)資源的科學(xué)合理分配；謝婷婷[16]以最小化作業(yè)成本和農(nóng)機(jī)派發(fā)數(shù)量為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建了農(nóng)機(jī)跨區(qū)調(diào)度模型，設(shè)計(jì)了跨區(qū)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)；康康等[17]基于物聯(lián)網(wǎng)建立農(nóng)機(jī)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，利用通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備下達(dá)調(diào)度命令，并在監(jiān)控基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行路線的繪制；胡江生[18]以Java EE 為基礎(chǔ)，基于MVC 設(shè)計(jì)模式，開發(fā)了包含企業(yè)信息、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品溯源等模塊的智慧農(nóng)業(yè)軟件平臺(tái)；寧波農(nóng)機(jī)局聯(lián)合寧波移動(dòng)，構(gòu)建了集無線通信、GPS、GIS 等先進(jìn)技術(shù)于一體的“智慧農(nóng)機(jī)”平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)監(jiān)管、農(nóng)機(jī)定位、農(nóng)機(jī)調(diào)度等功能；江蘇潤果農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司開發(fā)的農(nóng)機(jī)智慧管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)狀態(tài)查詢、作業(yè)監(jiān)測(cè)、歷史軌跡回放等功能，但田間作業(yè)調(diào)度功能尚在開發(fā)中。

3 平臺(tái)建設(shè)存在的問題分析

若要通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)果園噴藥機(jī)的智能化管控，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，必須從軟件、硬件及人員、設(shè)備配置等全方面入手。通過大量文獻(xiàn)閱讀及實(shí)地調(diào)研，可以發(fā)現(xiàn)，阻礙我國噴藥機(jī)智能管控平臺(tái)發(fā)展的因素主要分為以下幾點(diǎn)：

（1）噴藥機(jī)數(shù)量不足且性能落后。我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平雖在穩(wěn)步提升，但我國的果園以丘陵山區(qū)果園為主，約占果園總面積的65%以上[19]，丘陵山區(qū)地形地貌較為復(fù)雜，給噴藥機(jī)作業(yè)帶來了極大的不便，大部分果園只能采用小型噴藥機(jī)，藥箱容量少，作業(yè)效率低下。以實(shí)地調(diào)研的酒莊為例，寧夏西鴿酒莊當(dāng)前采用的風(fēng)送式噴藥機(jī)，藥箱容量僅為400 L，紅寺堡酒莊采用的噴藥機(jī)藥箱容量為600 L。小容量噴藥機(jī)需要頻繁裝水混藥，增加了總作業(yè)時(shí)長，降低了噴藥機(jī)的作業(yè)效率。由于噴藥作業(yè)有一定的時(shí)間窗要求，故而對(duì)噴藥機(jī)的數(shù)量有著較高的要求。據(jù)《中國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)年鑒 2019》，截至2018 年年末，我國共有植保機(jī)械615.26 萬臺(tái)，果園機(jī)械植保面積為6 124.24 khm2，僅占果園總面積的一半，噴藥機(jī)的數(shù)量嚴(yán)重不足，噴藥需求無法滿足。另外，雖然我國近年來逐步開展了對(duì)提升噴藥性能的研究，主要包括變量噴藥技術(shù)及自動(dòng)對(duì)靶技術(shù)的研究，但是目前的研究不夠成熟，與發(fā)達(dá)國家相比，在對(duì)靶準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性方面還有一定的差距，且現(xiàn)有的研究多停留在試驗(yàn)階段，并沒有推廣應(yīng)用。我國當(dāng)前的農(nóng)藥有效利用率仍不足40%，為了追求防治效果，過量施藥現(xiàn)象十分普遍，這意味著大量的農(nóng)藥彌漫在空氣中或是飄落在地上，這不僅極大地浪費(fèi)了農(nóng)藥、水源、人力，還會(huì)造成水果內(nèi)的農(nóng)藥殘留過高，影響水果的風(fēng)味及質(zhì)量，降低整體的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）果園種植標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。我國大部分果園種植戶平均年齡較大、文化水平不高，且缺乏專家的指導(dǎo)，果樹種植全憑經(jīng)驗(yàn)。為了追求高產(chǎn)量，果樹種植較密，行間距較小且不固定，沒有考慮到農(nóng)機(jī)的行駛、轉(zhuǎn)彎等問題，部分果園中甚至出現(xiàn)噴藥機(jī)無法駛?cè)氲膯栴}。由于我國對(duì)于果園種植并沒有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化起步較晚，即使在規(guī)范化管理的大規(guī)模果園，許多老基地內(nèi)果樹種植的行距、株距等也并不相同，給果園機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)帶來較大的麻煩，果園種植管理不規(guī)范已經(jīng)嚴(yán)重限制了噴藥機(jī)智能管控的發(fā)展。

（3）設(shè)備配置不健全。若想建設(shè)噴藥機(jī)的智能管控平臺(tái)，除了要提升噴藥機(jī)自身的性能、智能化水平外，還要完善配套設(shè)施，比如4G/5G 的基站建設(shè)，傳感器的功能提升、數(shù)量配備等。我國的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，在5G 建設(shè)等方面處于世界領(lǐng)先水平，但農(nóng)業(yè)傳感器仍是制約我國“智慧農(nóng)業(yè)”發(fā)展的重要因素之一[20]。現(xiàn)有的傳感器功能落后且穩(wěn)定性較差，嚴(yán)重阻礙了噴藥機(jī)等農(nóng)機(jī)設(shè)備的智能化發(fā)展。據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在一些大規(guī)模果園，為了加快噴藥速度，購買或是租賃了足夠數(shù)量的噴藥機(jī)，但由于大部分噴藥用水是由拖拉機(jī)運(yùn)載水箱拉取，而配備的水箱一般數(shù)量少且容量?。s為2 000 L），噴藥機(jī)排隊(duì)裝水、混藥等過程浪費(fèi)了大量時(shí)間，導(dǎo)致最終的噴藥效率并不高。

4 對(duì)策與建議

4.1 提升噴藥機(jī)的自身性能

（1）提高通用性。由于我國的果園面積大，果樹品種多，即使同一品種的水果，各個(gè)果園的行距、株距、果樹高度等也不一致，可通過提高噴藥機(jī)的通用性，使其適用于不同的作業(yè)場(chǎng)景，提升平臺(tái)對(duì)不同果園的適用性。例如：設(shè)計(jì)輪距可調(diào)的噴藥機(jī)，可使其適用于不同行距的果園。對(duì)于高地隙噴藥機(jī)，可設(shè)計(jì)底盤高度可調(diào)，使其適用于不同冠高的果樹。針對(duì)果園行間距較小，地頭轉(zhuǎn)彎不便等情況，可設(shè)計(jì)四輪轉(zhuǎn)向的小型噴藥機(jī)，以減小轉(zhuǎn)彎半徑，加快噴藥機(jī)的轉(zhuǎn)彎、調(diào)頭等時(shí)間，進(jìn)而提升作業(yè)效率。針對(duì)一些松軟、泥濘的土地，可設(shè)計(jì)履帶式自走噴藥機(jī)，保證行駛速度及平穩(wěn)性。

（2）變量噴藥系統(tǒng)研究。變量噴藥是提高農(nóng)藥有效利用率的重要手段之一。當(dāng)前普遍采用的噴藥量計(jì)算模型分別基于果園面積、樹體面積、冠層高度和冠層體積，但這4 種模型考慮的約束都較為單一，并不能得到最合理的結(jié)果。在今后的研究中，可針對(duì)果樹的品種、生長期、蟲情信息、樹體面積、冠層高度等進(jìn)行綜合考慮，噴藥時(shí)通過各類傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量上傳，利用大數(shù)據(jù)分析得出最優(yōu)方案，智能控制噴藥量，實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)變量噴藥，從而提高農(nóng)藥有效利用率。

（3）自動(dòng)對(duì)靶噴藥技術(shù)研究。自動(dòng)對(duì)靶噴藥[21]是利用超聲波、光學(xué)和紅外傳感等技術(shù)，通過系統(tǒng)終端分析傳感器收集的數(shù)據(jù)，確定樹冠的形狀及位置，然后調(diào)節(jié)噴頭位置及方向，對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)噴藥的技術(shù)。自動(dòng)對(duì)靶噴藥技術(shù)可提高農(nóng)藥利用率，控制噴頭不向空隙處噴藥，既能保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又能保障農(nóng)機(jī)手及作業(yè)相關(guān)人員的安全。實(shí)踐證明，激光傳感器比紅外傳感器和超聲波傳感器工作更穩(wěn)定、響應(yīng)更快速、方向性更好[22]。因此，日后的研究可將激光傳感器作為主要的探測(cè)裝置，再對(duì)控制系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。靜電噴霧技術(shù)能夠減小霧滴粒徑,增加農(nóng)藥沉積量，提高均勻性[23]，噴藥時(shí)根據(jù)噴頭霧滴細(xì)度等級(jí)[24]選擇合適的噴頭也可以增加農(nóng)藥沉積量并減少飄移。

（4）風(fēng)量控制系統(tǒng)研究。風(fēng)送式噴藥機(jī)作為目前果園噴藥的主流設(shè)備，具有省水省藥、作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn)，有著廣闊的前景。但是目前的風(fēng)送式噴藥機(jī)送風(fēng)量多為固定，不可自動(dòng)調(diào)節(jié)。風(fēng)量過大會(huì)導(dǎo)致霧滴飄散，難以附著；風(fēng)量過小會(huì)導(dǎo)致穿透性差，噴藥不均勻。若要智能化控制則需要設(shè)計(jì)風(fēng)量可調(diào)節(jié)的噴藥機(jī)，通過傳感器感知樹冠高度、枝葉密度等，通過系統(tǒng)分析，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量，提高農(nóng)藥的附著率。

4.2 明確果園種植標(biāo)準(zhǔn)

可以借鑒一些發(fā)達(dá)國家的種植經(jīng)驗(yàn)，從行距、株距等方面著手，考慮噴藥機(jī)的行駛、轉(zhuǎn)彎等問題，同時(shí)也要考慮其他農(nóng)機(jī)如剪枝機(jī)、起藤機(jī)等的作業(yè)要求，制定科學(xué)、規(guī)范的種植標(biāo)準(zhǔn)。新果園應(yīng)當(dāng)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)種植，而一些傳統(tǒng)果園，為了適應(yīng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化的發(fā)展要求，應(yīng)當(dāng)逐步改造，使其規(guī)范化，滿足各類農(nóng)機(jī)的作業(yè)條件。另外，現(xiàn)階段常用的噴藥機(jī)使用壽命多在3～5 y，在果園種植標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一之后，可研制適合于新果園作業(yè)的新型噴藥機(jī)等設(shè)備，從而加強(qiáng)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝融合水平，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

4.3 完善配套設(shè)施

近年來，中央和地方施行了各項(xiàng)惠農(nóng)政策，包括農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼等，但是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入回報(bào)周期普遍較長，若想提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，政府還應(yīng)投入更多資金，加強(qiáng)農(nóng)機(jī)設(shè)備購置補(bǔ)貼政策，或是提供低息貸款等服務(wù)，鼓勵(lì)農(nóng)民和農(nóng)業(yè)類企業(yè)積極購買、使用現(xiàn)代化噴藥機(jī)；其次，促進(jìn)農(nóng)業(yè)企業(yè)與高校合作，創(chuàng)辦研究生工作站等技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)或產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)，加大研究力度，引導(dǎo)我國農(nóng)業(yè)傳感器的發(fā)展，為“智慧農(nóng)業(yè)”相關(guān)平臺(tái)的建設(shè)打下良好的硬件基礎(chǔ)。另外，還要系統(tǒng)性地考慮智能管控平臺(tái)建設(shè)及運(yùn)營所需的各類條件，如水箱、拖拉機(jī)等的數(shù)量配備，裝水混藥的合理地點(diǎn)，天線型號(hào)與導(dǎo)航系統(tǒng)的選擇以及職業(yè)農(nóng)民的培訓(xùn)等。

5 平臺(tái)建設(shè)

果園噴藥機(jī)智能管控平臺(tái)以Java語言為基礎(chǔ)，采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)開發(fā)方法、面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行開發(fā)，平臺(tái)客戶端將由界面層、服務(wù)層和持久層構(gòu)成，各層之間的工作流程如圖3 所示，系統(tǒng)平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖3 各層工作流程圖Fig.3 Flowchart of each layer

圖4 系統(tǒng)平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Functional structure diagram of the system

該平臺(tái)預(yù)期可實(shí)現(xiàn)對(duì)果園及噴藥機(jī)的信息監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴藥機(jī)的智能管控。具體功能如下：通過4G 通信技術(shù)將傳感器收集的果園信息、人工發(fā)布的作業(yè)需求信息、噴藥機(jī)信息等上傳到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)噴藥機(jī)與作業(yè)需求的合理調(diào)配。將作業(yè)環(huán)境的各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到服務(wù)器，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析，做出科學(xué)合理的決策，遠(yuǎn)程控制噴藥機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變風(fēng)量、變噴霧量、調(diào)節(jié)噴頭位置等功能。統(tǒng)計(jì)噴藥機(jī)的作業(yè)面積、作業(yè)時(shí)長，用以分析噴藥機(jī)的作業(yè)效率，為提高噴藥機(jī)性能提供研究方向。最后，通過元啟發(fā)式算法對(duì)田間路徑進(jìn)行合理規(guī)劃，以減少作業(yè)沖突，降低油耗，提高噴藥機(jī)的作業(yè)效率以及利用率，實(shí)現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

6 結(jié)語

雖然我國噴藥機(jī)的數(shù)量與性能正穩(wěn)步提升，但是與“智慧農(nóng)業(yè)”的發(fā)展要求相比仍有較大的差距，噴藥機(jī)的性能及智能化水平還有待提高。果園噴藥機(jī)智能化管控平臺(tái)的建設(shè)并非一朝一夕的功夫，要系統(tǒng)地、全面地考慮各種因素，不僅要從提升噴藥機(jī)數(shù)量、性能入手，還要關(guān)注果園的規(guī)范化種植、管理及操作人員的專業(yè)化培訓(xùn)、配套設(shè)施的完善等，這需要政府、農(nóng)業(yè)企業(yè)、果園種植戶及高校、研究院等的共同努力。果園噴藥機(jī)的智能化發(fā)展及智能管控平臺(tái)的建設(shè)對(duì)降低果園生產(chǎn)成本、提升經(jīng)濟(jì)效益及提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平有著重要意義，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。