引 言

物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業(yè)發(fā)展 的第三次浪潮。國際電信聯盟（ITU）對物聯網的定義為 ：物 聯網實現物到物（Thing to Thing，T2T）、人到物（Human to Thing，H2T）和人到人（Human to Human，H2H）的互連。 這里人與物的互連指人使用傳感器等設備后與物體的互連，而 人與人的互連指人使用傳感系統而不是現在的電腦來實現人與 人之間的互連 [1]。物聯網技術是指通過射頻識別（RFID）、傳 感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定 的協議，將任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通訊， 以實現智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡技術 [2]。

農業(yè)作為我國的基礎產業(yè)，其信息化、智能化程度非常 重要。傳統的農田環(huán)境監(jiān)測有諸多局限性，如缺乏靈活性、 耗費人力和物力等，而物聯網技術的應用為農田環(huán)境監(jiān)測提供 了全新的方法。鑒于物聯網技術的眾多優(yōu)點，構建了基于物聯 網的農田環(huán)境監(jiān)測系統，并在此基礎上設計了一種基于物聯網 技術的藍莓病蟲害監(jiān)測預警系統。

1 農田環(huán)境監(jiān)測系統體系結構

目前，物聯網技術被廣泛運用于農業(yè)生產中，特別是農田環(huán)境監(jiān)測中，通過分析監(jiān)測得到的環(huán)境及植物的生長信息， 還可進行病蟲害的預測預報。

物聯網技術是一種全新的數據采集和信息處理方法，將物聯網技術應用于農田環(huán)境監(jiān)測已成為當前的熱點。應用物聯網技術構建的農田環(huán)境監(jiān)測體系結構如圖 1 所示。

物聯網技術的關鍵技術之一是傳感器網絡技術，傳感器網絡是利用大量傳感器節(jié)點通過無線通信方式組成的一個多跳自組織網絡系統，能夠實現數據的采集量化、處理融合和傳輸應用[3]。在圖 1所示的體系結構中，傳感層采用的是無線傳感網絡方式，其由大量的自組織傳感節(jié)點組成。普通節(jié)點采集農田環(huán)境數據后通過ZigBee無線傳輸到簇首節(jié)點，簇首節(jié)點再通過同樣的方式將數據傳給匯聚節(jié)點[4]。

系統中， 網絡層由網關節(jié)點、4G 網和 Internet 網組成。監(jiān)測數據通過網關節(jié)點后可直接由串口模塊傳輸到本地監(jiān)測端。此外，也可通過 4G 模塊傳給遠程監(jiān)控中心，然后遠程監(jiān)測端和手機端通過Internet 可從遠程服務器讀取監(jiān)測信息。

應用層由本地監(jiān)測端、手機端和遠程監(jiān)測端組成。本地監(jiān)測中心的技術人員通過本地監(jiān)測端實時監(jiān)測農田環(huán)境并根據環(huán)境變化提供相應的防治措施。農戶、網民和技術人員經過注冊后，可以用不同身份登錄手機端和遠程監(jiān)測端對監(jiān)測數據進行查詢和下載。

2 基于物聯網技術的藍莓病蟲害監(jiān)測預警系統設計

藍莓（Blueberry）又稱越桔、藍漿果， 果實可食率近100%，果肉細膩、口感好，含有多種人體必需的營養(yǎng)物質，有“世界水果之王”的美譽。目前，全球對藍莓的需求量在不斷增長。貴州是西南乃至全國最早大規(guī)模開展藍莓商業(yè)引種的區(qū)域。藍莓馴化和商業(yè)化栽培時間不長，規(guī)模化種植初期病蟲害較少，但隨著藍莓種植面積急劇增大，病原物日積月累，病蟲害造成的危害日益嚴重。經過對各藍莓種植基地的系統調查，發(fā)現貴州藍莓栽培區(qū)都有病蟲害發(fā)生。病害共分為 11 種，其中生理性病害有4 種，侵染性病害有 7 種，蟲害共12 種。除灰霉病、金龜子幼蟲和果蠅外，其他侵染性病蟲害發(fā)生數量少，造成的危害較輕。經調查，2014 年在部分果園中，灰霉病造成的藍莓減產達 60%。而金龜子幼蟲是地下害蟲，由于發(fā)現較為困難，因此發(fā)生程度嚴重。果蠅在果實接近成熟期會對其造成危害，而有效的防治方法卻不多，所以也會造成重大損失 [5]。

因此，通過對藍莓生長環(huán)境進行監(jiān)測，有助于針對藍莓進行及時、有效的病蟲害預警。病蟲害預警是指通過對環(huán)境、病原、個體本身等進行監(jiān)測，分析所獲得的監(jiān)測數據，并根據影響因子之間的相互關系對未來個體的發(fā)病情況進行預測， 預測的數據超過報警上限就進行預警 [6]。

以本地監(jiān)測端為例，通過結合物聯網技術，建立藍莓病蟲害監(jiān)測預警系統，可為廣大技術人員提供一個病蟲害數據處理分析和數據資料管理及傳輸的平臺，從而加快藍莓病蟲害信息發(fā)布的速度，提高藍莓病蟲害預警和防治的工作效率。參照物聯網體系結構，基于物聯網技術的藍莓病蟲害監(jiān)測預警系統的結構層次可分為數據接收層、業(yè)務處理層和結果顯示層三層。基于物聯網技術的藍莓病蟲害監(jiān)測預警系統結構圖如圖 2 所示。

(1) 數據接收層是藍莓病蟲害監(jiān)測預警系統中的信息獲取部分，由傳感器接收的數據和癥狀信息組成。

(2) 業(yè)務處理層通過對兩類接收信息進行綜合分析和處理，得出預警警級和預警預案，本層包括病蟲害預警子系統。藍莓病蟲害的發(fā)生情況受溫度、濕度等外部環(huán)境的影響，據此，可以對病蟲害的發(fā)生情況進行早期預警。該系統通過安裝 RFID傳感器等監(jiān)測藍莓生長過程中溫度、濕度、土壤等環(huán)境因素的變化，記錄的數據通過業(yè)務處理層進行數據庫匯總并傳送至病蟲害預警子系統，系統經過分析處理，及時發(fā)布病蟲害預警信息，以實現病蟲害的早期預警。通過該子系統， 用戶還可以瀏覽監(jiān)測數據，管理員也可通過系統維護實現數據的添加和用戶信息的維護。

(3) 結果顯示層將業(yè)務處理層處理的結果以短信或網頁的方式顯示給用戶。

病蟲害預警子系統流程圖如圖 3 所示。

病蟲害預警子系統的運行主要涉及數據預處理、建立病蟲害預測模型和發(fā)布預警信息三方面。數據預處理階段主要對采集的數據和調查資料進行分析，從中找出藍莓病蟲害發(fā)生的主要因素以及能夠評價病蟲害程度的一些指標，從而建立藍莓病蟲害預警指標體系，根據不同指標和因素對病蟲害程度進行分析，確定預警閾值。通過對多種方法進行比較，選用專家系統進行病蟲害預警子系統的搭建，借助該系統能對藍莓病蟲害類型、病蟲害發(fā)生時間和病蟲害發(fā)生范圍進行預測。系統還可通過 4G 無線通信模塊發(fā)布預警信息到遠程客戶端。

3 結 語

為了更好地實現對藍莓病蟲害的實時預警，設計了一個基于物聯網的藍莓病蟲害監(jiān)測預警系統。該系統的構建不僅可幫助植保技術人員實時查詢藍莓生長環(huán)境數據，結合專家系統，還能根據這些數據對藍莓病蟲害輿情進行預測預報。