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茶园病虫害智能监测系统的设计.doc

来源：花匠小妙招时间：2024-11-13 08:57

茶园病虫害智能监测系统的设计

茶园病虫害智能监测系统的设计　　摘要：针对各种优质茶叶（有机茶、无公害茶、绿色食品茶）生产中对农药及化肥使用的要求，设计了面向茶园环境的病虫害智能监测系统，旨在通过视频监视茶园的病虫害发生，通过传感器监测影响病虫害发生的环境因子，以实现茶园病虫害的针对性防治，避免农药过量使用，保护茶园生态环境。　　关键词：病虫害；茶园；生态环境；智能监测系统　　中图分类号：S431.9+S435.711 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2014）04-0012-04 　　中国是茶叶之乡，茶在人们日常生活中占有重要地位，随着生活水平的提高，茶叶的需求量日益增加，对茶叶品质的要求日益提高，茶叶经济正进入快速发展阶段。在这个大背景下，茶叶生产有了新的特点：①出现了大规模的茶叶企业。如：安徽省宣郎广茶业总公司拥有茶园面积1 400 hm2，福安市农垦茶业有限公司的茶园面积超过400 hm2。如何有效管理如此大规模的茶园，是茶企业亟需解决的问题。②社会对优质茶叶的需求日益增加。有机茶、无公害茶、绿色食品茶的生产都对农药和化肥的使用情况以及生长环境作了严格要求，如何在限制农药、化肥的使用且不破坏茶园生态环境的条件下保证优质茶叶的产出，是茶叶生产面临的新问题。③茶园病虫害问题仍然严重。病虫害是优质茶叶生产的重要威胁，据统计，一般病虫害会导致茶叶减产10%～20%[1]，而大规模病虫害带来的损失更大。茶园规模扩大，农药限制使用，都加大了茶园病虫害防治的困难性。　　本文即针对上述问题设计了茶园病虫害智能监测系统，以求在智能农业的思路上寻找解决问题的新途径。该系统将茶园作为一个整体，通过摄像头、传感器和气象站的多方位监测，动态显示茶园视频图像和各环境因子的变化情况，从而对病虫害进行预测预警，为优质茶叶的生产提供技术支持。　　1 智能监测系统的总体设计　　目前对大田作物长势和病虫害的观测仍然广泛依靠人力，这使得茶园企业面临日益增加的人工成本压力。另一方面，对病虫害预测预警的探索集中在GIS（地理信息系统）的应用上[2～4]。通过GIS可以有效地进行病虫害预测的区域性分析，防止病虫害的大范围发生和扩散。但GIS的特点也决定了利用其对病虫害预测预警具有先天时效性不足的缺陷。因而，GIS更适用于政府部门面向区域农业发布预测信息。　　茶园病虫害智能监测系统则是针对每个茶园的生产管理而设计的，可通过多链路视频监视单元对茶树长势、叶表病虫害情况进行监视，根据病虫害特征及时调整防治措施。同时，土壤传感器和气象站实时监测记录茶园环境因子的变化动态，当环境条件有利于病虫害发生时发出预警信息，以方便工作人员加强监测并采取应对措施。　　茶园病虫害智能监测系统按照三层架构[5]，分别为信息感知层、信息传输层和应用层（见图1）。　　图1 茶园病虫害智能监测系统架构　　本文中系统感知层的建设分为视频监视和环境监测两部分，包括视频监视单元、水分传感器、土壤电导率传感器、土壤养分检测仪、生物传感器、农业气象站等。此外，该层的建设还包括制定传感器量程规范、面向茶园应用的传感器的接口规范以及与各种网络、总线接口的专用集成电路规范。　　传输层主要实现信息的可靠和安全传输，包括网络传输标准及有线网络和无线网络的建设。茶园智能监测系统在视频监视环节使用有线网络，在环境监测环节使用无线网络。　　应用层主要实现信息的存储、利用和服务，按功能分三层架构：①数据中心将传输层传递来的数据存储到数据库，包括数据库建设、数据标准建设，应用标准接口建设；②分析中心对数据库中的数据加工利用，分析病虫害图像、生态环境指数、病虫害易发生指标，从而得到直观的、有价值的信息；③监视中心将信息传达给用户，通过多屏幕联动显示监测信息，并将预警信息通过App或者短信发送到移动终端。　　根据设计目标，茶园病虫害智能监测系统可实现两个功能：病虫害的视频监视和环境因子的动态监测。　　2 病虫害视频监视　　病虫害视频监视模块通过分散布置于茶园中的高清监视节点实时观察茶树叶表疾病和虫害迹象。该模块按照智能监测系统的三层架构进行建设：信息感知层进行监视节点的建设，信息传输层进行有线传输网络的建设，应用层建设服务平台以展示视频监视结果。　　2.1 监视节点的布设　　设置的监视节点要能充分观察到茶园病虫害的发生迹象，因此，需依照茶园病虫害的特征进行科学布置。　　茶园常见病虫害，如假眼小绿叶蝉、茶尺蠖、茶毛虫、茶橙瘿螨、茶芽枯病、茶炭疽病等[6]，存在4个显著特征：多数害虫具有群居性；幼虫多居于叶片背面；虫害发生时叶子呈焦枯、萎缩或被啃食状，虫害越严重越明显；病害发生时叶子出现病斑，随着病害加重特征越明显。　　根据上述特征，可以在茶园定点安放摄像装置，观察局域