農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施生產(chǎn)上的示范應(yīng)用

張寶宇

（天津市北辰區(qū)種植業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，天津 300400）

1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概念

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是指在設(shè)施溫室控制系統(tǒng)中，通過實(shí)時(shí)采集溫室內(nèi)溫度、濕度信號(hào)以及光照、土壤溫度、CO2濃度、葉面濕度、露點(diǎn)溫度等環(huán)境參數(shù)，自動(dòng)開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備。它可以根據(jù)用戶需求，隨時(shí)進(jìn)行處理，為設(shè)施農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息自動(dòng)監(jiān)測(cè)、環(huán)境自動(dòng)控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)，能保證農(nóng)作物有一個(gè)良好的、穩(wěn)定的、適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。

通過遠(yuǎn)程控制，技術(shù)人員在辦公室就能對(duì)多個(gè)溫室的環(huán)境因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。同時(shí)利用無線網(wǎng)絡(luò)來測(cè)量并獲得農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的最適宜條件，為溫室精確調(diào)控提供有力的科學(xué)保證，達(dá)到農(nóng)作物提前上市、增產(chǎn)增收、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長(zhǎng)周期、提高經(jīng)濟(jì)效益的最終目的。

2 實(shí)施地點(diǎn)

2013年，北辰區(qū)大力推廣農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，大張莊鎮(zhèn)小孟莊村雨農(nóng)蔬菜種植專業(yè)合作社率先引進(jìn)此技術(shù)，該合作社有新型二代節(jié)能日光溫室70棟，簡(jiǎn)易大棚10棟，占地面積13.3 hm2。引進(jìn)氣象娃娃4臺(tái)，旗碩農(nóng)用通1臺(tái)。主要應(yīng)用于芹菜、西紅柿、黃瓜溫室的監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集與種植管理。

3 應(yīng)用效果

3.1 “氣象娃娃”的應(yīng)用

“氣象娃娃”實(shí)行24 h全天監(jiān)測(cè)，每間隔5 min播報(bào)1次數(shù)據(jù)，記錄溫室內(nèi)溫度、濕度、露點(diǎn)等重要的環(huán)境參數(shù),懸掛上墻，以便查詢。工作人員依據(jù)詳細(xì)的“管理日記”，能夠準(zhǔn)確及時(shí)地掌握每個(gè)溫室所種植的不同蔬菜品種的播種和育苗時(shí)間、澆水施肥通風(fēng)時(shí)間、主要防治的病蟲害等內(nèi)容，做到縝密管理。

在種植芹菜的溫室中，芹菜根粗葉茂，長(zhǎng)勢(shì)喜人，香氣撲鼻，這全都?xì)w功于“氣象娃娃”的功勞，它通過無線溫濕度傳感器傳輸數(shù)據(jù)，讓溫室里的環(huán)境因素經(jīng)過電腦綜合分析處理，這大大地節(jié)省了人力和物力，使農(nóng)戶能夠科學(xué)合理地掌握農(nóng)作物即時(shí)生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，從而生產(chǎn)出產(chǎn)量更多、品質(zhì)更好的無公害果蔬新品種。

3.2 農(nóng)用通的應(yīng)用

農(nóng)用通主要監(jiān)測(cè)棚室光照度、空氣溫度、濕度、CO2濃度以及土壤溫度、濕度，每隔10 min（可調(diào)）上傳一次數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)由傳感器、無線采集器、智能網(wǎng)關(guān)、無線控制器、監(jiān)控管理系統(tǒng)5個(gè)基本部件組成。

運(yùn)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成先進(jìn)傳感器、無線通訊和網(wǎng)絡(luò)、輔助決策支持與自動(dòng)控制等高新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)、病蟲害、水肥狀況以及相應(yīng)生態(tài)環(huán)境的實(shí)時(shí)信息，并通過對(duì)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)模擬和對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境因子的科學(xué)調(diào)控，達(dá)到合理使用農(nóng)業(yè)資源、降低成本、改善環(huán)境、增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)的目的，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的普及化、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)示范基地30個(gè)設(shè)施蔬菜溫室環(huán)境信息、視頻圖像的全程監(jiān)控和滴灌等設(shè)備的全程自動(dòng)控制；對(duì)于主栽品種芹菜、西紅柿和黃瓜，根據(jù)環(huán)境情況形成指導(dǎo)生產(chǎn)的操作規(guī)程。預(yù)計(jì)主栽品種可增產(chǎn)30%以上，減少勞動(dòng)力20%以上，并且基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)情監(jiān)測(cè)診斷平臺(tái)在設(shè)施蔬菜中的應(yīng)用減少了生產(chǎn)管理的盲目性所造成的損失，可更好地為企業(yè)增收、增效，節(jié)約開支。

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)情監(jiān)測(cè)診斷綜合平臺(tái)其組成如下。

（1） 環(huán)境因子監(jiān)測(cè)子平臺(tái)。對(duì)蔬菜種植區(qū)環(huán)境信息進(jìn)行采集和水肥一體化自動(dòng)控制，在溫室內(nèi)部配備空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、土壤溫度、土壤含水量和土壤EC值傳感器（圖1），在耳房配備ASE采集控制器（圖2），采集空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、土壤溫度、土壤含水量和土壤EC值，采集的數(shù)據(jù)通過光纖傳回中控室，在軟件系統(tǒng)上顯示采集的數(shù)據(jù)（圖3）。

圖1 各類傳感器

圖2 ASE中央控制器

在溫室內(nèi)灌溉節(jié)點(diǎn)加裝24 V交流電磁閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)水肥一體化的自動(dòng)控制，同時(shí)預(yù)留控制端口，使其具備可擴(kuò)展性。

圖3 應(yīng)用示例圖

（2）智能決策子平臺(tái)。智能決策子平臺(tái)對(duì)監(jiān)控的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)情況進(jìn)行報(bào)警和自動(dòng)調(diào)控，從而提醒生產(chǎn)者準(zhǔn)確把握澆水、施肥、病蟲害防治等的合適時(shí)機(jī)，幫助實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化。

（3）專家遠(yuǎn)程科技咨詢服務(wù)子平臺(tái)。視頻監(jiān)控負(fù)責(zé)采集園區(qū)生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、重要流通環(huán)節(jié)的音、視頻信息，如圖4、圖5所示，所有圖像信息通過園區(qū)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)到主控機(jī)房的匯總、統(tǒng)一控制管理，并能夠?qū)崿F(xiàn)圖像信息的遠(yuǎn)程訪問。它有助于管理人員及時(shí)跟蹤植物的生長(zhǎng)情況，對(duì)植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行追蹤，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并記錄植物的各種不良反應(yīng)，為環(huán)境信息采集控制系統(tǒng)提供有效的數(shù)據(jù)補(bǔ)充。

圖4 視頻監(jiān)控點(diǎn)實(shí)物圖

圖5 電腦全程監(jiān)控

視頻錄像可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)錄像，并且結(jié)合定時(shí)巡航功能，實(shí)現(xiàn)定時(shí)在對(duì)某個(gè)區(qū)域的錄像記錄。同時(shí)，如圖6所示，形成操作規(guī)范和農(nóng)事日志。

圖6 操作規(guī)范和農(nóng)事日志的形成

4 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的展望

物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)新的概念，一個(gè)技術(shù)體系的產(chǎn)生，相信它對(duì)未來現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展將發(fā)揮重大的作用。這已不再是科技的狂想，而是又一場(chǎng)科技革命，將使農(nóng)作物品種與服務(wù)功能發(fā)生了質(zhì)的飛越。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景應(yīng)該是非常廣闊的。雖然現(xiàn)在仍處于起步階段，許多工作仍屬于探索，屬于經(jīng)驗(yàn)的積累，但筆者在相信不久的將來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域勢(shì)必大力推廣普及，并引領(lǐng)中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展與世界同步，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，在推進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和新農(nóng)村建設(shè)這個(gè)重大的歷史任務(wù)過程中起到巨大的推動(dòng)作用。

[1]金攀.用物聯(lián)網(wǎng)提升現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)[J].農(nóng)機(jī)市場(chǎng)，2010（3）：27-28.

[2]文黎明，龍亞蘭.物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（15）：54.

[3]余華，孫艷紅，車銀超，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（4）：2172-2174.