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)
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。
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。
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
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。
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。
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
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。