邢孔尧

（海南菱云科技有限公司，海南 海口 571199）

现代化社会发展趋势下我国信息技术迅猛发展，层出不穷，运用现代信息技术，为病虫害监测、防治提供更直观、更有效的手段，可改善传统病虫害监测中存在的不足，继而实现将灾害有效地控制在可接受的范围，对减少损失及增加生产具有深远意义。

1 概念界定

1.1 物联网技术

物联网技术的出现，让所有的独立个体可以通过“万物互联”的方式实现共享化、融通化。主要技术即通过射频识别、红外传感器、GPS、激光扫描仪等多种信息感知装置，能够有效地进行数据的传递与交互，从而为大数据、云计算等提供更大的数据存储空间。而随着5G的普及，物联网技术在未来的发展中将会有更广阔的发展空间，这将会极大地改善传统的距离、带宽、速率、延迟、能耗、成本等问题，从而为未来产业的发展提供了无限的可能[1-2]。

本文所提的物联网技术及研究目的主要是利用物联网技术中的传感器感知能力，对农业病虫害实施监测，同时通过数据采集及分析，然后按照应用的特性将数据分配给各个环节，以此实现病虫害防治科学化、信息化。

1.2 物联网技术在农业病虫害监测及防治中的价值

随着我国农业的发展，在防治病虫害上的成就和经验的积累，将会对保证粮食产量、保证产品质量起到至关重要的作用。但是，由于传统的方法已经很难适应现代农业的发展，因此，从长远来看，病虫害控制的成效并不显著。依托物联网装置优化农作物病虫害监测，坚决突破以往的信息孤岛，加强资源整合，提升综合效能[3]。对测报方法进行改进，建立起一个具有实际意义的大数据平台，以平台的价值激活流量构建运营能力，为广大农业区域提供实时、高效的交互性平台[4-5]。

2 基于物联网技术的病虫害监测系统设计及功能

2.1 系统架构

2.1.1 管理系统

（1）基础资料管理模块见表1。

表1 基础资料管理模块

（2）设备管理模块见表2。

表2 设备管理模块

（3）信息处理。数据管理是设备资料的后期处理单位，主要从查看、统计、预警等方面进行相关的管理，见表3。

表3 信息处理管理模块

信息处理作为物联网监测农作物病虫害的重要子系统，此次系统设计基于数据汇总后的病虫害综合信息服务管理系统的分析、展示能力。包含多通道数据采集平台，综合图形分析展示，地图分析，系统安全，运行管理等子系统。根据采集方式，多路采集可分为人工采集、设备自动采集和半自动采集。在数据共享与管理方面，实现了省级数据与省级数据的对接，省级数据共享与权限管理，上级机构对下属机构数据的配置和权限管理。按采集数据的种类划分为病虫业务类数据、设备原始数据、设备状态数据。其具体功能包括与国家系统数据库对接、各省特色业务表和数据库、数据提交、数据查询、数据核查、报表汇总、填报任务管理等。

2.1.2 监测系统

本系统包括三层网络：网络感知层，监测数据传输层，数据终端处理层。

（1）网络感知层。感测资讯节点遍布于监控范围内的各个角落，可以以自我组织的形式组成网络。每隔一段时间，由传感节点对监控区进行一次害虫数量检测，并在结点中对收集到的信息进行初步的处理，然后顺着其他结点数据传递到汇合点，然后由汇合点在外界进行数据传输。

（2）监控数据传输层。传输层的作用是把汇集节点所传送的资讯，经由普遍的通信网络，如互联网、卫星、移动通信网络等，与物理通信网络连接，并以适当的路径与网络安全协定，将资料传送至控制中心。

（3）数据终端机处理层。指在无线通信网络层面上传资讯的终端，也就是电脑系统。该系统的监控中心对采集到的数据进行处理，然后向用户发送。使用者可以利用“云计算”对采集到的信息进行准确的处理，对农作物进行分析，对病虫害进行监测，然后再决定要不要进行处理。

2.1.3 监测及防治功能

（1）“虫情”系统。“虫情”系统由两个部分组成：自动“虫情”测报系统和目标害虫自动检测系统，利用自动“虫情”测报灯捕捉昆虫并进行图像处理，采用分类、定量的方式研究虫情；对特别微小的害虫，采用Xie等的面积计算方法进行系统处理。

（2）杀虫灯及智能控制系统。杀虫灯是一种生态植物保护技术，其物联网技术则是一项独特的生态植保技术。到现在为止，国际上还没有其他能够实现生物控制和信息素控制的物联网，只有杀虫灯能够实现物联网的控制，并且已经成熟。

（3）自动“虫情”测报灯+杀虫灯技术。该系统的工作原理是通过对虫情自动监测灯捕捉到的昆虫数目进行控制，从而达到降低农药灯使用次数、维持生物多样性、维持生态平衡的目的。自动感应器+灭虫灯技术能根据“虫情”检测灯的诱杀时间和“虫情”自动检测灯的开启和关闭次数。

（4）靶标害虫自动识别系统+杀虫灯技术。该控制系统的关键在于，通过启动杀虫灯控制目标害虫的数量来达到有选择地诱杀目标害虫。目标有害生物识别系统监控具体有害生物，也可以通过监控具体有害生物的活动节拍（时间）和捕捉到的有害生物的数量来控制杀虫灯的打开次数。

2.1.4 无线传感器的信息节点体系

基于无线传感器技术的农作物病虫害监测系统，包括数据采集、处理、无线通信、供电等四大模块。每个传感器的能量消耗特征都不同，而无线通信模块的能量消耗最大。由于节点以高效能源的电池为主，节点数目多、分布广泛，因此无法通过更换电池来延长网络的使用寿命。所以，在构建全网时，首先要考虑的是节点的能量消耗，并采用最优的能源节约策略。为减少各传感器节点的能量消耗，有两种方法：一是选择低功耗、结构优化的无线通信模块，从而延长网络的寿命。二是利用低功耗动态功率管理技术（DPM）、动态电压调整技术（DVS，Dynamic Volage Scaling），能够有效地减少空闲节点的处理器及各个部件的功耗。

2.1.5 检验方法

由于信息节点包含许多有害生物监测的传感器，因此它的监控技术将与各个节点紧密相连。常规的有害生物监控技术主要依靠昆虫之间的化学通信和物理响应来进行，目前常用的方法有性诱剂和暗光灯。但是，这两种方法的缺点是耗费大量的时间、人工、物力以及有害生物的资料质量。

2.1.6 物联网手机APP检测

该APP应用于有害生物监测数据采集系统，包括GPS、有害生物信息采集、无线传输模块等。本系统的主要功能是数据通信、数据录入、数据查询、标准地等。数据输入模块可以输入疾病（树种、病名）、害虫（树种、虫名、虫态）等信息。

2.2 功能实现

2.2.1 病虫害视频远程实时监测

农作物病虫害实时监测系统包括在野外安装高清摄像机、远程服务器等。按照监测范围要求进行监测。在野外设置若干个照相机监视器。通过无线互联网连接到一个远程的服务器上。现场监视的图像被实时传送。利用移动电话或网络，对监控范围、角度、焦距等进行监控，实现对农田的作物生长及病虫害的监控。通过对病虫的分析，可以对病虫害的种类进行初步判断。

2.2.2 害虫性诱远程实时监测

本系统主要是在田间设置各种诱饵诱捕装置，利用专用诱饵诱捕某些害虫。当诱捕害虫被触碰后，感应器自动计数，通过对监测技术人员的手机、数据服务器进行自动分析，从而达到对害虫进行远程、实时监测的自动化数据采集。

2.2.3 基于气候模拟的病虫害实时监测预警

近年来，在气象流行疾病实时监控和预警方面，应用物联网技术已有显著的发展。此系统通过GIS地图的分析，得到病虫的病原特征，为病虫的防治提供依据。

2.2.4 远程视频诊断和会议

农作物病虫害的诊断与识别是农业生产中普遍存在的问题。昆虫种类繁多，一般技术人员不能完全正确地诊断和鉴别。我国在此方面的研究还没有取得实质性的进展，需要进一步加强对农作物病虫害远程视频诊断的研究。在基层植保和专业合作社安装高清照相机，或者移动电话，把不能精确辨识的昆虫样品，送到终端进行分析，并提出相应的预防措施。

3 结论

综上所述，文章以物联网装置在农作物病虫害监测中的实践应用为研究方向，通过物联网构建农作物病虫害监测体系，具有如下优势：

（1）通过对该地区主要农业区进行病虫暴发现场监测，农作物重大病虫害的损失率不超过5%，年均造成作物减产2%，由于示范效应带来的农业耕作制度及病虫害生态、农业、物理、生物防治等措施的改善，每年可直接减少农业化学投入20%以上，同时减少机械和人力的投资。

（2）利用监测点的远程监测和数据传送，实现自动诱杀、病虫孢子的捕捉、田间小气候的现场监测、实时图像和数据实时监测，大大减少基层植保人员的劳动强度、提高病虫预报的准确率，提高农业害虫的预报精度，提高农业害虫防治的技术水平和信息化程度。

（3）在没有掌握病虫害信息的情况下，“见虫打药”、“见病打药”的情况仍然十分普遍，防治频率高，但使用化学杀虫剂的比例高，严重危害生态环境。通过对病虫暴发的现场监测，可以有效地提高对农作物病虫害控制的准确性，每年可减少2～3次的农药使用，并能有效地降低土壤和水体中的有毒物质，从而有效改善当地的生态环境。