CN102413161A - 一种苹果果园精准管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种苹果果园精准管理系统，包括分布在各个苹果果园的传感器组、若干传感器节点、若干网关节点、通信服务器和监控中心，各个传感器节点收集各传感器采集到的数据，并将数据汇聚到网关节点，进而由网关节点将数据实时传输到远端通信服务器，通信服务器对数据进行解析，并存入数据库，监控中心从数据库中读取数据，对数据进行分析，将生产指导建议以短信方式通知果园管理者。本发明针对生产中的实际问题，采用信息化管理技术，建立苹果精准管理系统，提升了苹果产业的科技含量，促进产业健康发展和农民增产增收，对西部欠发达地区地方经济发展发挥了重要作用。

Description

一种苹果果园精准管理系统

技术领域

本发明涉及一种苹果果园精准管理系统，属于农业技术及农业信息化技术领域。

背景技术

苹果是西部的优势产业，近年来苹果在西部地区发展迅猛，已真正成为果农增收的支柱产业和新农村建设的主要力量，是广大农民脱贫致富，增加收入的重要途径，但从总体上讲苹果产业水平仍然较低，生产依然存在不少问题。主要问题是苹果和猕猴桃主要以家庭经营为主，生产规模、集约化栽培程度低，新优技术普及率和应用率低，生产技术不统一，不同农户之间的果园管理水平差异很大，生产过程中，从果园施肥、灌水、病虫害防治、果实管理等方面技术措施多数依靠经验，盲目性较大，缺乏果树优质生产的精准化技术规范，造成果品质量差异较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种苹果精准管理专家系统。

一种苹果果园精准管理系统，包括分布在各个苹果果园的传感器组、若干传感器节点、若干网关节点、通信服务器和监控中心，传感器组合内包括土壤温度传感器、土壤水分传感器、空气温湿度传感器和光照传感器，根据苹果生长期的需求，以适合的采样周期采集监测区域的大气温度、大气湿度、光照数据、土壤温度、土壤水分，各个传感器节点收集各传感器采集到的数据，并将数据汇聚到网关节点，进而由网关节点将数据实时传输到远端通信服务器，通信服务器对数据进行解析，并存入数据库，监控中心从数据库中读取数据，对数据进行分析，将生产指导建议以短信方式通知果园管理者。

所述的苹果果园精准管理系统，每十亩果园安装3套传感器组。

所述的苹果果园精准管理系统，所述监控中心设置施肥量管理模块、灌水量管理模块、病虫害防治管理模块和信息发送模块，所述施肥量管理模块、所述灌水量管理模块、所述病虫害防治管理模块根据采集到的大气温湿度、光照、土壤温度、土壤水分，分别就苹果果园的施肥、灌水、病虫害防治进行诊断并提出准确的管理措施，所述信息发送模块自动将所述管理措施及时传送给果农，果农收到信息后即可进行果园实地操作，进行果园精准管理。

所述的苹果果园精准管理系统，所述施肥量管理模块：肥料需要量＝(苹果树树体吸收养分-土壤可供给养分量)÷肥料的养分利用率，肥料的养分利用率氮肥按40％计算，磷肥按20％计算，钾肥按40～50％计算；或者施肥量也可按照丰产园的施肥经验确定，一般每生产100千克苹果需要纯氮0.8～2.0千克，磷肥(P₂O₅)0.26～1.2千克，钾肥(K₂O)0.8～1.8千克。也可根据树龄计算，每株每龄树施用50克氮(亩100株)。

所述的苹果果园精准管理系统，所述灌水管理模块包括以下单元：

(1)萌芽期灌水管理单元，萌芽期灌水对启动树体生长有利，利于开花、坐果和新梢生长，萌芽期土壤适宜含水量应为田间持水量的70％～80％，当土壤含水量低于65％时，应灌水；

(2)春梢旺长期灌水管理单元，春梢旺长期是需水高峰期，供水不足，不但春梢生长量小，还会造成大量落果，影响果实发育和花芽分化；次期适宜土壤含水量应为田间持水量的60％～70％，当土壤含水量低于60％时灌水，但应注意灌水适度，灌水量不宜过大；

(3)果实膨大期灌水管理单元，果实膨大期如遇干旱应及时灌水，以促进果实生长，提高产量，在果实成熟前灌水不宜过多，否则会降低果实品质，次期适宜土壤含水量应为田间持水量的80％，当土壤含水量低于75％时应灌水；

(4)秋施基肥后灌水管理单元灌水应灌满肥坑，使肥分随水分向周围扩散，以利根系吸收；

(5)落叶休眠期灌水管理单元，在土壤结冻前灌水称封冻水，此次灌水量应足，灌水后土壤含水量为田间持水量的100％，对果树安全越冬有利。

所述的苹果果园精准管理系统，所述病虫害防止模块包括以下单元：

(1)苹果早期落叶病预报单元当苹果树展叶后至开花前，日平均气温15℃以上时，此期间若有降雨即预示着病菌孢子开始散发和侵入。此后隔3～5天田间将会出现病叶，及时预报喷药；

(2)苹果黑星病预报单元

渭北旱塬苹果黑星病预测模型通过当年4月的降雨量R₄与前一年12月份的平均相对湿度RH₁₂，可以准确预测当年黑星病的发病程度；渭北旱塬苹果黑星病预测模型：Y＝3.0772-0.05496RH₁₂+0.65183R4，RH₁₂∈[50.2，70.0]，R₄∈[1.2，7.4]，Pr＜0.000，结合果园监控，一旦发现病原的子囊孢子，即发出预报喷药；

(3)轮纹病预报单元  苹果树落花后10天，在日平均气温达15℃时若遇10毫米降雨，将有大量孢子散发，此时可预报在雨前或10毫米以上降雨后立即喷药；

(4)锈病预报单元  在5千米内有桧柏、刺柏或龙柏的情况下，从3月下旬注意观察天气，当有大于15毫米降雨，且其后2天相对湿度大于90％时，应立即预报对苹果树喷药；

(5)桃小食心虫预报单元  在苹果落花后半月左右，当旬平均气温达到17℃，地温达19℃时，幼虫开始出土。幼虫出土受土壤含水量影响较大，土壤含水量在10％以上时，幼虫能顺利出土。

所述的苹果果园精准管理系统，其特征在于，还包括花期冻害预测与防治模块：

采用基于果园气象因子的苹果始花期预测模型：

y＝-1.4T₁-1.13T₂+0.11r+95.1(n＝42，R＝0.84；F＝29＞F0.01)；

y为始花日期的预测日序，T₁为该县1月份平均气温，T₂为该县3月份平均气温，r为该县3月下旬日照时数，结合果园环境因子的实时监测，如果发生花期降温天气，果园精准管理专家系统会在第一时间将花期冻害发生信息发到果农的手机上，并同时给出预防方法。

本发明针对生产中的实际问题，采用信息化管理技术，建立苹果精准管理系统，提升了苹果产业的科技含量，促进产业健康发展和农民增产增收，对西部欠发达地区地方经济发展发挥了重要作用。本发明利用布设的环境信息与生物信息的监测网络，从施肥、灌水、病虫害防治等方面实现果园管理的精准化，化肥用量减少了15％以上，化学农药用量减少30％以上，灌溉水的用量减少30％-60％，节约了资源，并降低了过量农药化肥对生态环境的破坏，本发明在节约能源、资源和保护环境方面发挥了重要作用。

附图说明

图1为本发明苹果果园精准管理系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

参考图1，苹果果园精准管理系统包括分布在各个苹果果园的传感器组、若干传感器节点、若干网关节点、通信服务器和监控中心，传感器组合内包括土壤温度传感器、土壤水分传感器、空气温湿度传感器和光照传感器，根据苹果生长期的需求，以适合的采样周期(大气温度、大气湿度、光照数据、土壤温度每10分钟测一次数据；土壤水分每30分钟测一次数据)采集监测区域的大气温度、大气湿度、光照数据、土壤温度、土壤水分，各个传感器节点收集各传感器采集到的数据，并将数据汇聚到网关节点，进而由网关节点将数据实时传输到远端通信服务器，通信服务器对数据进行解析，并存入数据库，监控中心从数据库中读取数据，对数据进行分析，将生产指导建议以短信方式通知果园管理者。

基于无线传感和互联网技术，将果园、专家、农户超时空紧密结合在一起，专家通过系统可以随时掌握果园的实际情况，并依托系统可以将果园管理措施随时传输给果农，果农接收到指令能够做到果园管理的精准化。

传感器选型如下表1所示，一般每十亩果园安装温湿度传感器、光照传感器、土壤水份传感器、土壤温度传感器各3套，以平均值表示果园大气温湿度、光照、土壤温度、土壤水分等参数的变化。

表1传感器类型

传感器类型	器件型号
		温湿度传感器	SHTxx
光照传感器	ISL29001
		土壤水份传感器	FDS100
土壤温度传感器	PT1000

实施例2

监控中心设置施肥量管理模块、灌水量管理模块、病虫害防治管理模块和信息发送模块，施肥量管理模块、灌水量管理模块、病虫害防治管理模块根据采集到的大气温湿度、光照、土壤温度、土壤水分等参数，分别就苹果果园的施肥、灌水、病虫害防治进行诊断并提出准确的措施，信息发送模块自动将管理措施及时传送给果农，果农收到信息后即可进行果园实地操作，进行果园精准管理。

监控中心同步采集了果园的相关信息，包括果园地点、果农姓名、手机号、栽培的品种、树龄、株行距等。

监控中心同步采集天气信息，包括气温、降雨量信息。

实施例3

施肥量管理模块：依据养分平衡原理，可根据苹果树体吸收量和土壤养分可供给量之间的关系估算。

肥料需要量＝(苹果树树体吸收养分-土壤可供给养分量)÷肥料的养分利用率

肥料的养分利用率氮肥按40％计算，磷肥按20％计算，钾肥按40～50％计算。

苹果树树体吸收养分和土壤可供给养分量可以分别通过叶片和土壤养分实验室分析获得。

施肥量也可按照丰产园的施肥经验确定，一般每生产100千克苹果需要纯氮0.8～2.0千克，磷肥(P₂O₅)0.26～1.2千克，钾肥(K₂O)0.8～1.8千克。也可根据树龄计算，每株每龄树施用50克氮(亩100株)。

实施例4

灌水管理模块：

萌芽期、春梢旺长期、果实膨大期、落叶休眠期是苹果四个关键的需水时期。灌水管理模块通过土壤水分的监测数据变化和果园生物学信息的汇总处理，可以准确判断出是否需要灌水、应该灌多少水量，从而做到果园水分的精准管理。

(1)萌芽期灌水管理单元，萌芽期灌水对启动树体生长有利，利于开花、坐果和新梢生长，萌芽期土壤适宜含水量应为田间持水量的70％～80％，当土壤含水量低于65％时，应灌水。

(2)春梢旺长期灌水管理单元，春梢旺长期是需水高峰期，供水不足，不但春梢生长量小，还会造成大量落果，影响果实发育和花芽分化。次期适宜土壤含水量应为田间持水量的60％～70％，当土壤含水量低于60％时灌水，但应注意灌水适度，灌水量不宜过大。

(3)果实膨大期灌水管理单元，果实膨大期如遇干旱应及时灌水，以促进果实生长，提高产量，在果实成熟前灌水不宜过多，否则会降低果实品质，次期适宜土壤含水量应为田间持水量的80％，当土壤含水量低于75％时应灌水。

(4)秋施基肥后灌水管理单元  灌水应灌满肥坑，使肥分随水分向周围扩散，以利根系吸收。

(5)落叶休眠期灌水管理单元，在土壤结冻前灌水称封冻水，此次灌水量应足，灌水后土壤含水量为田间持水量的100％，对果树安全越冬有利。

实施例5

病虫害防止模块：

准确的预测预报是科学地使用农药防治病虫的依据，应根据专家系统预测情况及时预防。

(1)苹果早期落叶病预报单元  当苹果树展叶后至开花前，日平均气温15℃以上时，此期间若有降雨(以湿润树冠下的表土为限)即预示着病菌孢子开始散发和侵入。此后隔3～5天田间将会出现病叶，及时预报喷药。

(2)苹果黑星病预报单元

影响渭北旱塬苹果黑星病流行程度的因素主要包括4月的降雨量(R₄)、前一年12月份的平均相对湿度(RH₁₂)；4月降雨量是影响渭北早塬苹果黑星病流行程度的主要因素，决定着苹果黑星病菌于囊孢子的成熟、释放、传播，萌发和侵人等关键环节。预测模型通过4月的降雨量(R₄)与前一年12月份的平均相对湿度(RH₁₂)，可以准确预测当年黑星病的发病程度。

渭北旱塬苹果黑星病预测模型：Y＝3.0772-0.05496RH₁₂+0.65183R₄，RH₁₂∈[50.2，70.0]，R₄∈[1.2，7.4]，预测符合参数Pr＜0.0001(小于0.0001说明预测与实际符合)。结合果园监控，一旦发现病原的子囊孢子，即发出预报喷药。其中Y表示发病程度，其数值范围为0-5；依据Y值大小可以预测发病程度；黑星病田间发病程度分为六级，Y＝0，表示不发病；Y＝1，轻度发生；Y＝2，中度偏轻发生；Y＝3，中度发生；Y＝4，中度偏重发生；Y＝5，大发生。

(3)轮纹病预报单元  苹果树落花后10天，在日平均气温达15℃时若遇10毫米降雨，将有大量孢子散发，此时可预报在雨前或10毫米以上降雨后立即喷药。

(4)锈病预报单元  在5千米内有桧柏、刺柏或龙柏的情况下，从3月下旬注意观察天气，当有大于15毫米降雨，且其后2天相对湿度大于90％时，应立即预报对苹果树喷药。

(5)桃小食心虫预报单  元在苹果落花后半月左右，当旬平均气温达到17℃，地温达19℃时，幼虫开始出土。幼虫出土受土壤含水量影响较大，土壤含水量在10％以上时，幼虫能顺利出土。

实施例6

花期冻害预测与防治模块：

花期气温冻害会对果树产量造成严重影响，陕西果树产区特别是苹果经常遭受花期低温冻害，造成落花落果严重影响产量和品质。

本发明采用基于果园气象因子的苹果始花期预测模型：

y＝-1.4T1-1.13T2+0.11r+95.1(n＝42，R＝0.84；F＝29＞F0.01)；

y为始花日期的预测日序，T1为该县1月份平均气温，T2为该县3月份平均气温，r为该县3月下旬日照时数。

据此可对苹果花期做出预测，结合果园环境因子的实时监测，如果发生花期降温天气，果园精准管理专家系统会在第一时间将花期冻害发生信息发到果农的手机上，并同时给出预防方法。

这种方法提高了果农对花期冻害的反应能力，为果农提供了抵御花期冻害的机会，如果措施得当能够做到大灾面前不减产。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种苹果果园精准管理系统，其特征在于，包括分布在各个苹果果园的传感器组、若干传感器节点、若干网关节点、通信服务器和监控中心，传感器组合内包括土壤温度传感器、土壤水分传感器、空气温湿度传感器和光照传感器，根据苹果生长期的需求，以适合的采样周期采集监测区域的大气温度、大气湿度、光照数据、土壤温度、土壤水分，各个传感器节点收集各传感器采集到的数据，并将数据汇聚到网关节点，进而由网关节点将数据实时传输到远端通信服务器，通信服务器对数据进行解析，并存入数据库，监控中心从数据库中读取数据，对数据进行分析，将生产指导建议以短信方式通知果园管理者。

2.根据权利要求1所述的苹果果园精准管理系统，其特征在于，每十亩果园安装3套传感器组。

3.根据权利要求1所述的苹果果园精准管理系统，其特征在于，所述监控中心设置施肥量管理模块、灌水量管理模块、病虫害防治管理模块和信息发送模块，所述施肥量管理模块、所述灌水量管理模块、所述病虫害防治管理模块根据采集到的大气温湿度、光照、土壤温度、土壤水分，分别就苹果果园的施肥、灌水、病虫害防治进行诊断并提出准确的管理措施，所述信息发送模块自动将所述管理措施及时传送给果农，果农收到信息后即可进行果园实地操作，进行果园精准管理。

4.根据权利要求1所述的苹果果园精准管理系统，其特征在于，所述施肥量管理模块：肥料需要量＝(苹果树树体吸收养分-土壤可供给养分量)÷肥料的养分利用率，肥料的养分利用率氮肥按40％计算，磷肥按20％计算，钾肥按40～50％计算；或者施肥量也可按照丰产园的施肥经验确定，一般每生产100千克苹果需要纯氮0.8～2.0千克，磷肥(P₂O₅)0.26～1.2千克，钾肥(K₂O)0.8～1.8千克。也可根据树龄计算，每株每龄树施用50克氮(亩100株)。

5.根据权利要求1所述的苹果果园精准管理系统，其特征在于，所述灌水管理模块包括以下单元：

(1)萌芽期灌水管理单元，萌芽期灌水对启动树体生长有利，利于开花、坐果和新梢生长，萌芽期土壤适宜含水量应为田间持水量的70％～80％，当土壤含水量低于65％时，应灌水；

(2)春梢旺长期灌水管理单元，春梢旺长期是需水高峰期，供水不足，不但春梢生长量小，还会造成大量落果，影响果实发育和花芽分化；次期适宜土壤含水量应为田间持水量的60％～70％，当土壤含水量低于60％时灌水，但应注意灌水适度，灌水量不宜过大；

(3)果实膨大期灌水管理单元，果实膨大期如遇干旱应及时灌水，以促进果实生长，提高产量，在果实成熟前灌水不宜过多，否则会降低果实品质，次期适宜土壤含水量应为田间持水量的80％，当土壤含水量低于75％时应灌水；

(4)秋施基肥后灌水管理单元灌水应灌满肥坑，使肥分随水分向周围扩散，以利根系吸收；

(5)落叶休眠期灌水管理单元，在土壤结冻前灌水称封冻水，此次灌水量应足，灌水后土壤含水量为田间持水量的100％，对果树安全越冬有利。

6.根据权利要求1所述的苹果果园精准管理系统，其特征在于，所述病虫害防止模块包括以下单元：

(1)苹果早期落叶病预报单元  当苹果树展叶后至开花前，日平均气温15℃以上时，此期间若有降雨即预示着病菌孢子开始散发和侵入。此后隔3～5天田间将会出现病叶，及时预报喷药；

(2)苹果黑星病预报单元

渭北旱塬苹果黑星病预测模型通过当年4月的降雨量R₄与前一年12月份的平均相对湿度RH₁₂，可以准确预测当年黑星病的发病程度；渭北旱塬苹果黑星病预测模型：Y＝3.0772-0.05496RH₁₂+0.65183R₄，RH₁₂∈[50.2，70.0]，R₄∈[1.2，7.4]，Pr＜0.000，结合果园监控，一旦发现病原的子囊孢子，即发出预报喷药；

(3)轮纹病预报单元  苹果树落花后10天，在日平均气温达15℃时若遇10毫米降雨，将有大量孢子散发，此时可预报在雨前或10毫米以上降雨后立即喷药；

(4)锈病预报单元  在5千米内有桧柏、刺柏或龙柏的情况下，从3月下旬注意观察天气，当有大于15毫米降雨，且其后2天相对湿度大于90％时，应立即预报对苹果树喷药；

(5)桃小食心虫预报单元  在苹果落花后半月左右，当旬平均气温达到17℃，地温达19℃时，幼虫开始出土。幼虫出土受土壤含水量影响较大，土壤含水量在10％以上时，幼虫能顺利出土。

7.根据权利要求1所述的苹果果园精准管理系统，其特征在于，还包括花期冻害预测与防治模块：

采用基于果园气象因子的苹果始花期预测模型：

y＝-1.4T₁-1.13T₂+0.11r+95.1(n＝42，R＝0.84；F＝29＞F0.01)；

y为始花日期的预测日序，T₁为该县1月份平均气温，T₂为该县3月份平均气温，r为该县3月下旬日照时数，结合果园环境因子的实时监测，如果发生花期降温天气，第一时间将花期冻害发生信息发到果农的手机上，并同时给出预防方法。

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