物联网与人工智能结合的智慧园林系统初探

文 屈敬朝 赵宏彬

1.引言

随着科技进步和人类文明的快速发展，智慧城市的概念得到了人们的广泛关注。城市建设结合新科技帮助解决城市快速发展所遇到的问题，智慧城市以物联网、云计算为核心技术，能够对包括民生、公共安全、城市服务、灾害防治等各类需求做出快速响应，提升城市运作效率，改善人们生活品质。智慧城市发展的一个重要议题就是城市可持续性发展，其中，城市园林等绿色基础设施建设是智慧城市可持续性和复原力的关键组成部分，为城市居民提供健康生活保障，为智慧城市发展提供绿色屏障。

城市园林建设完成后，面对其复杂的绿化管理和后期维护工作，传统的维护与管理方式已经无法满足城市园林多元化的工作内容。利用新科技发展城市园林智慧化体系已成为必要趋势，智慧园林的发展全面提升了城市园林维护与管理水平，改进了工作流程和方法，降低了城市园林管理工作中的人工成本，提高了园林维护与管理效率，减少了资源浪费。智慧化的园林体系，提高了园林在社会和公众眼中的认可度。

本文探讨一种物联网与人工智能结合的智慧园林理念，旨在结合新科技完善园林养护和管理、区域灾害防治等工作，实现园林体系智能化，节省人力资源和不必要的物质资源浪费。人工智能隶属计算机科学，是依靠计算机学习人类的思维、动作、语言等人类独有的思维特性和智能行为，从而使计算机拥有人脑的思维逻辑，实现更高层次的应用。人工智能技术强大的分析能力、准确的择优能力让现代园林建设实现了数字化、智能化发展。物联网指物物相连，互联互通，利用信息传感设备与计算机通信实现信息可视化，实现人、机、物智能交互。物联网与人工智能密不可分，通过物联网采集的数据利用人工智能的计算能力得到最优解。智慧园林理念旨在利用物联网设备实时测量园林环境参数，采集数据信息并进行处理，使用计算机进一步处理检测信息，将结果发送给人类或通过自动控制技术解决遇到问题。智慧园林主要目标是基于信息和通信技术，物联网、无线传感器网络、人工智能技术的概念，改善园林环境，提高园林管理效率，提升人类生活品质。

2.相关技术应用现状

近年来，智能技术在污染检测、农作物病虫害防治、森林灾害监测领域都有所应用，许多国家也开始实施智能城市试点项目，同样对园林智能化的要求也越来越高。园林智能化的发展经历四个阶段：信息化、数字化、智能化、智慧化，智慧化是现代园林建设的最新目标，是进一步完整实现园林智能化的更高阶段。智慧园林的建设融合多领域技术，结合多方面因素，最终目标是建成智能检测、智能养护、智能管理一体化智慧园林体系。本文分析智慧园林理念的相关技术发展现状，结合实际，探讨融合新技术的智慧园林理念。

2.1 园林养护与管理相关智慧化实例

日常的园林养护与管理包括植被病虫害防治、绿植灌溉和污水处理等基本工作。传统的人工养护手段冗余复杂，会造成灾害防治不及时、重复养护等问题，智慧园林旨在利用智能技术手段来处理这些日常工作，提高工作效率，减少资源浪费。

2.1.1 植被病虫害防治

高光谱技术具有光谱分辨率高的优势，在植被特征检测中发挥着重要作用。高光谱技术最初用来表征地物特征，通过高分辨率获取数据或影像，分析连续的光谱信息，得出地物特征变化。随着智慧园林的兴起，加上高光谱技术在表征地物特征中的广泛应用，植被病虫害的防治工作也利用高光谱技术实现了智能化防治。

植物内部因病虫害侵染引起的结构变化，通过高光谱技术检测得出相应的光谱变化，实现智能检测防治。《高光谱技术监测植物病虫害方法研究综述》一文中列举了几种利用高光谱技术检测植物病虫害的方法，总结了如今国内外植物病虫害检测及防治的技术手段，通过高光谱成像仪采集植物图像，利用算法分析植物内部结构变化，成像技术和图像处理技术相结合对植物病虫害进行检测，具有快速、准确、监测范围广等优点，改善了传统人工检测的不及时性和检测范围较小的问题，解决了化学检测手段对植物的损害和环境的污染。

2.1.2 绿植灌溉

绿植灌溉是园林养护的重要任务之一，城市园林中所有的绿色植物都需要定期浇灌，传统的灌溉任务需要耗费大量的人力资源和水资源，智能化发展使智能灌溉技术得到广泛应用。《基于单片机的土壤湿度检测系统设计》文章通过硬件与软件结合实现智能检测，利用湿度传感器测量土壤水分含量，并将实时数据转换送至单片机进行处理，在外围设置显示、报警等功能，通过实验验证了系统的稳定性，为土壤检测、节水浇灌提供了有效、可靠的技术手段。《基于无线传感器网络的山地柑橘园灌溉控制系统设计与试验》一文通过无线传感器网络实现对山地柑橘园的智能灌溉，实时检测土壤湿度和精准灌溉，达到节约用水、合理灌溉目的，并选取种植园进行试验验证，通过实时采集数据误差计算验证了该系统的可靠性。

高光谱技术具有光谱分辨率高的优势，在植被特征检测中发挥着重要作用。

2.1.3 污水处理

现代城市的快速发展导致城市污染加快，其中城市污水带来的水污染情况日益严重，而大部分的城市园林都会涵盖城市的河流或观景湖，园林是美化城市的关键，是绿色发展的基石，所以对于园林的污水处理也是整个园林管理中的重要一环。然而大部分污水处理系统较为落后，技术不完善，许多时候需要依靠人力和简易的工具来进行垃圾打捞、杂质清理等工作。物联网与人工智能的发展使现代污水处理工艺得到显著提升，通过智能化设备检测、实时数据传输与算法分析，实现智能污水处理。《智能化信息技术在污水处理中的应用》一文从多个方面分析智能化信息技术在污水处理中存在的问题与现实的应用。结合物联网、大数据技术以及自动控制系统创建智能化污水治理体系，通过检测系统将污水信息实时传递给相关控制平台，让工作人员了解阶段污水处理情况，及时发现问题并解决，提高污水治理效率，降低污水处理成本。

2.2 新科技在现代生活中的应用

物联网与人工智能在现代化城市建设中发挥了很大的作用，智能设备与大数据分析手段提升城市居民生活品质，提高城市建设质量。新技术也在森林灾害防治中体现出其高效报警、及时预防灾害的优势，在广阔的林区通过智能设备有效、实时地监测林区环境变化，精准布控灾害预防。随着智慧城市建设中绿色发展理念的兴起，智能化技术也在城市园林建设中得到了广泛应用并起到了显著的效果。

我国智慧城市的建设可以细分为三个发展阶段，从2010年前的建设萌芽期，到2010～2015年的多地开展智慧城市建设项目，通过项目落实使智慧城市发展得到显著提高，再到2016年的新形态智慧城市建设开启。我国的智慧城市建设规模一步步扩大，智能化水平不断提高，加上近些年提出的城市大数据概念，逐步形成了智能设施、智能数据和智能服务一体化的智慧城市体系。在智能灾害防治方面，国家逐步推进利用智能监测设备、物联网、大数据分析技术实现智能化灾害防治，《森林火灾智能预警系统设计与实现》一文中提出一种森林火灾预警系统设计，设计基于ZigBee智能组网系统，由前端采集模块、传输模块以及终端模块组成，是数据采集与分析、实时显示报警集成的智能系统，能够有效对森林火灾初期浓烟监测，并提供自动报警。通过智能化监测手段达到对森林火情的多元感知和精准防控，有效解决了过去对于森林火灾检测困难与火情发现不及时的问题。

传统的城市园林建设在规划时期对区域文化、气候等因素考虑存在诸多不足之处，建设完成后的管理与养护工作繁琐，耗费大量人力的同时还会造成许多地方的管理不足，无法给游客呈现一个美好的园林环境。智慧园林的兴起给城市园林在建设、管理与养护等方面提供了技术支持与保障，提高了城市园林建设的质量，提高了园林后期管理与维护的效率。在城市园林建设期，可以通过大数据与遥感监测技术，对自然要素信息进行有效整理，开展数据信息采集、景观过程分析评估应对园林建设强度、密度、复杂度等设计问题。智能化时代的园林管理与维护集成一体，使园林具有可持续的旺盛生命力，通过构建模型与综合信息服务平台对园林所有构成要素进行定量分析与监测，采用智能灌溉、智慧监测等人工智能技术完成园林日常养护任务。利用科技手段实现对城市园林智慧建设及自动化管理与养护，提高城市园林管理效率，提升城市园林整体形象。

利用科技手段实现对城市园林智慧建设及自动化管理与养护，提高城市园林管理效率，提升城市园林整体形象。

3.智慧园林系统理念

3.1 智慧园林系统模型

结合新科技在智慧园林建设与管理中的发展，探讨一种基于物联网与人工智能的智慧园林系统，该系统由智能监测设备网络、物联网系统和智能设备终端组成。结构框图1所示，系统分为不同的工作模块：前端数据采集、数据传输与环境监测，数据信息处理分析、智能控制与监视四个阶段相结合，打造一个完整的智能化园林系统。

3.2 智能监测设备部署

图1 智慧园林系统结构图

首先通过大数据分析手段确定合理的智能设备部署区域，利用数据信息分析能力得出最佳监测点或需求度高的监测区域。在绿地部署传感器用于监测土壤湿度，在植被周围安装高光谱遥感设备，监测植被内部结构信息，在水塘边部署水质监测设备，用来监测水质变化。在某些必要区域或园林主干道上部署传感器，用于收集环境参数，实时采集温度、湿度、烟雾等各种环境参数。传感器节点之间使用射频链路相互通信，并将数据传输到接收器节点，智能设备可设置分时间段提供实时数据，形成全覆盖、范围广、实时监视的智能化系统。

3.3 物联网与智能设备终端

物联网系统接受并存储智能监测设备传达的实时数据，利用人工智能技术进行数据聚合、可视化及数据分析，对于分析数据中出现的任何异常信息，如土壤湿度低于阈值、植被内部结构有病变情况、水质过差、垃圾箱感烟报警等情况。异常信息数据连同触发节点的GPS坐标一起传输到控制站，控制站通过大数据分析与图像处理技术，确定目标点异常信息的准确性，做出正确报警并发送信息给工作人员，工作人员收到信息，便可以通过GPS定位准确找到问题区域，有效、快速解决问题。智能设备终端也可以发送控制信息给前端设备，自动处理所出现的问题，如绿地灌溉、垃圾箱灭火等工作，提高工作效率，节省人力资源。

4.结语

新时代带来新技术，智慧城市园林的建设是我国治理体系和治理能力现代化的体现，符合我国新发展理念，是我国现代化发展的必然趋势。物联网与人工智能结合的智慧园林可以使城市园林在管理与维护方面实现智能化，减少资源浪费，创造更美好的园林环境。但目前我国智慧园林建设还在发展阶段，一些智能化设备费用过高，智能化水平还不够先进，无法达到完全智能化水准，所以在智慧城市园林发展过程中，还需要不断探索创新，完善智能化体系。