在發展推廣智慧農業的道路上，科技是需要先行一步的。在無數科研機構、高校院所的努力下，基于信息獲取、無人機、智能作業機具等部分，在北京市平谷區峪口鎮西營村研究了智慧果園示范園，進行實驗。

智慧果園關鍵技術方向的研究，參與機構較多，涉及中國農業大學、華為技術有限公司、北京市平谷區西營村村委會等多家機構，組成跨學科、跨專業的聯合團隊。智慧果園包含了信息獲取部分、歷史數據儲存及決策部分和執行部分。智慧果園示范園，包括桃園10 hm2(40.1920°N，116.9870°E，約150畝)，梨園20 hm2(40.1951°N，116.9835°E，約300畝)，種植行距4 m，株距1.5 m。標準化種植利于機械化作業。

平谷智慧果園共應用了10多種病、蟲、水、肥、藥的傳感器與裝置，裝備了28種機械化智能化技術支持的農機作業裝備(如植保無人機、智能割草機、智能噴霧機、修剪、施肥、水肥一體系統、采摘機器人等)。管理系統主要包含智能信息獲取子系統、水肥一體化管理子系統、病蟲害智能管理子系統、智能作業裝備子系統、智能果園管理平臺及農產品溯源系統等。示范園的建設基本解決了傳統果園的管理粗放、機械化程度低等問題，基本實現了生產全程的無人化管理。

一、智能信息獲取系統

信息獲取系統是果園管理作業決策的前提，融合多傳感器的數據為智慧果園田間管理提供依據。信息獲取系統包含空地協同的多元信息感知設備，固定的干站系統及布設在田間的物聯網傳感器。通過多傳感器信息融合可獲取多種植被指數、病蟲害信息、溫濕度、風速風向、土壤及作物水分等信息來進行綜合決策，同時可根據歷史數據和人工干預的結果，進行更精準的模型來提供決策依據。

平谷智慧果園的智能信息獲取系統，主要包括多光譜無人機、地面桿站系統、地面信息獲取系統以及物聯網傳感器等。

1、多光譜無人機

使用DJI P4M多光譜無人機進行光譜信息獲取，將不同波段的航拍圖像進行組合拼接，形成多種植被指數結果，經進一步處理可以反映出植被長勢、水脅迫情況、營養狀況等信息。

2、地面桿站系統

地面桿站系統包含固定在田間的攝像頭、物聯網傳感器和農情信息采集系統，不間斷獲取氣象信息，包含風速、風向、溫濕度、氣壓、降水等參數。通過架設帶光學變焦的監控攝像頭可以觀測到田間作物生長狀態，代替人工巡田，利用其光學變焦功能可以清楚地觀察到作物上的病蟲害，將拍攝圖片上傳到系統后臺，結合機器學習方法實現病蟲害自動識別和預警。

3、地面信息獲取系統

采用該團隊自行開發的多功能農情信息采集無人系統搭載16線激光雷達，載波相位差分技術差分定位系統，第一人稱攝像頭及工控機，可以采集樹體點云信息及可見光RGB圖片。激光雷達可實現樹行識別進而實現自主導航。獲取點云后可以計算出樹體體積、冠層密度等信息，為植保噴霧、樹體修剪等果園作業提供信息支撐。在樹行中近距離獲取的RGB圖像信息可以進行病蟲害遠程診斷，減少固定攝像頭的盲區。搭載的RTK差分定位系統可以進行軌跡錄制和獲取標記點坐標，為農機具無人駕駛的路徑規劃提供支持。

4、物聯網傳感器

物聯網莖水勢傳感器可以精準地測量果樹莖中水勢的變化，獲取植物真實的需水狀況。結合物聯網土壤傳感器獲取的土壤氮磷鉀等信息，可以對水肥一體化系統進行自動控制，減少人工干預。

二、水肥一體管理系統

基于水肥一體化管路系統，水肥管理全部實現了自動化，無需人工介入，可以有效減少人力投入，節約氮肥及鉀肥的施用。通過連接到物聯網的混合器將肥料和水混合到一起，再通過預先架設在樹形中的固定管路系統滴灌或噴灑，實現水肥一體化施用。將智慧果園中水肥管理控制系統接入控制網絡，融合多元傳感器數據進行水肥施用決策，進而實現水肥自動化精準控制。

結合物聯網水勢傳感器和土壤濕度傳感器，大數據平臺監測作物出現缺水的趨勢，且土壤含水量不足時會控制水肥一體系統開始滴灌，同時會結合氣象傳感器的歷史數據對未來的降雨進行預測，將滴灌和降雨時間錯開，充分利用水分，同時滴灌時間避開高溫的正午，進一步節約了用水，綜合節水量可達70%，水溶性肥料隨滴灌帶直接滴在植物根部，避免了施在樹形中間造成肥料利用率低的問題，全生長季節約氮肥20%~30%，鉀肥20%～35%。

三、病蟲害智能管理系統

傳統果園中蟲情觀測往往采用人工巡檢的方式，對于大面積的果園和山地果園，人工巡檢費時費力，同時很依賴于人員的經驗。智慧果園的病蟲害管理，以果樹生長狀況為核心，融合物理化學生物等多種防治手段，以較低的成本和更小的環境污染來有效控制病蟲害的發生。

在智慧果園中，該團隊架設了物聯網蟲情測報燈、物聯網殺蟲燈、蟲情信息采集分析系統、孢子自動捕捉系統等設備，可以完成蟲情及孢子信息采集，對捕獲的害蟲和病菌孢子拍照并上傳服務器，進行識別及計數，管理人員可以方便地通過后臺網頁或手機App來遠程查看病蟲害情況。結合智能獲取信息，對病蟲害的發生情況進行預測，提前進行預防性用藥。

物聯網殺蟲燈為一種典型的物理防治手段，綠色環保，可捕殺鱗翅目與鞘翅目等害蟲，同時無化學農藥帶來的環境污染等問題，配合包含性誘劑的粘蟲板可以實現綠色防治。通過物聯網殺蟲燈的物理防治，及蟲情測報系統指導下的精準預防性用藥，減少了化學農藥的過度使用，減少全生長季用藥。

平谷智慧果園示范園的出現，是科研機構共同努力的成果，也是國內科研水平的體現。掌握智慧農業科研知識，充分了解未來農業的發展之路。

審核編輯黃宇