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“物联网+”下的智慧农场

记“植物-环境信息快速感知与物联网实时监控技术及装备”研究

发布时间:2016-01-08来源:浙大新闻办作者:夏平 卢绍庆浏览次数:18656



    传统农业中,作物的灌溉、施肥、施药,都依靠农民凭经验操作,这不但会造成作业效率低下、肥水药的严重浪费,还使得农产品品质与安全难以保证。我国农业用水利用率仅为51%,相当于发达国家的三分之二;亩均施肥量是美国的2.6倍,农药利用率仅为发达国家的五分之三。
    
    “实施按需施用、精准管理的数字化农业是解决这些问题的关键。”浙江大学生物系统自动化与信息技术研究所的何勇教授介绍说,“为了实现这一目的,需要突破两大技术瓶颈:一是如何准确快速获知作物生长状态和实际需求,二是如何根据作物实际需求实现精准化管理。”
    
    何勇教授及其团队多年来致力于数字化农业和农业物联网的研究。自2004年起,在国家863计划等项目支持下,经过近十年攻关,建立了植物-环境信息快速感知与物联网实时监控系统,并开发了与之配套的系列装备,攻克了农田信息快速感知、稳定传输和精准管控三大关键技术难题。
    
    快测
    

    是要实现数字化农业与精准化管理,首先要快速获取植物-环境信息。
    
    项目提出了从作物叶片、个体、群体三个尺度开展生命信息快速获取方法研究的新思路;揭示了特征电磁波谱与植物养分、生理变化的响应机理和耦合关系,自主研制了便携式植物养分无损快速测定仪和植物生理生态信息监测系统;率先提出了植物真菌病害早期四阶段诊断方法,实现了典型病害侵入和感病初期的早期快速诊断。
    
    对植物信息的获取,项目还研发了土壤多维水分快速测量仪和不同监测尺度的墒情监测网;发明了非侵入式快速获取土壤三维剖面盐分连续分布的方法与装置;研发了土壤养分野外光谱快速测试技术与仪器。
    
    稳传
    

    针对农业复杂环境下无线传输网络低能耗、低成本、稳定传输的需求,项目发明了主动诱导式低功耗自组网与消息驱动机制的异步休眠网络通信方法,解决了农业信息的低功耗与远程传输问题;提出了网络局部重组与越级路由维护算法,实现了网络故障自诊断和自修复,解决了野外节点故障或植物生长与设施对无线信号干扰导致网络局部瘫痪的难题,提高了无线传输网络的稳定性,单点传输距离由500米提高到5000米。
    
    智控
    

    在植物-环境信息即时获取并稳定传输的基础上,项目研发了植物生长智能化管理协同控制和实时监控系统。何勇介绍说,系统可以根据植物环境的成长需要,实现信息的全自动获取和温室的全自动控制,实现了肥、水、药的精准管理和温室协同智能调控,大大节省了人力和肥力,取得很好的社会经济效益。
    
    项目还研发了基于物联网工厂化水稻育秧催芽智能调控装备和设施果蔬质量安全控制管理系统,提出并开发了农产品原产地包装防伪标识生成方法及系统,提高了质量安全溯源的可控性、防伪性和安全性。
    
    经过近十年的研究,项目获授权发明专利36项,实用新型20项,软著16项,在顶级期刊发表论文105篇,出版著作教材9部。开发的系统及设备已实现了产业化,部分产品出口美国、越南、孟加拉国等国家。近三年在浙江、北京、黑龙江等20多个省市推广应用,覆盖了粮油、果蔬和花卉等多种农作物,累计培训农技人员1万余人次,累计推广面积728.3万亩,累计新增产值28.5亿元,取得了显著的社会、经济和生态效益,推动了农业科技进步。
    
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    (文 夏平/摄影 卢绍庆)