農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在日光溫室中的應(yīng)用及推廣模式

周新建

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也逐漸增多，作為當(dāng)前新型的種植模式，日光溫室在很大程度上滿足了無季節(jié)生產(chǎn)效果。文章主要結(jié)合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與日光溫室發(fā)展現(xiàn)狀，探討物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在日光溫室中的應(yīng)用與推廣。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；日光溫室；應(yīng)用模式；農(nóng)業(yè)設(shè)備

日光溫室休閑農(nóng)業(yè)種植模式俗稱暖棚種植，其原理是通過對環(huán)境條件的調(diào)控，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擺脫自然環(huán)境的束縛，實(shí)現(xiàn)無季節(jié)規(guī)模性生產(chǎn)、銷售及服務(wù)。通常南為全采光面，白天采光時(shí)段覆蓋塑料膜，夜晚覆蓋草簾，東、西、北面圍墻墻體外層采用高保溫材料，室內(nèi)不需要加熱，僅需通過太陽能來達(dá)到一定的室內(nèi)溫度、以滿足植物生長的需要。

一、我國日光溫室發(fā)展現(xiàn)狀

日光溫室技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，由于我國面臨的人口老齡化問題日益明顯，并且隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程逐步加深，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺現(xiàn)象也會(huì)同樣加劇。例如，國內(nèi)蔬菜移栽作業(yè)主要靠人工進(jìn)行，隨著農(nóng)村外出務(wù)工人員的增多，農(nóng)村勞動(dòng)力減少，人工移栽成本較高，并且效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。所以，為解決上述問題，在日光溫室蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中必須提高機(jī)械化水平，利用機(jī)械逐漸替代人工作業(yè)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，以此解決“用工貴、用工難”等問題，并促進(jìn)“機(jī)器換人”戰(zhàn)略穩(wěn)步推進(jìn)。再者，現(xiàn)階段大部分的日光溫室無論在設(shè)施自身結(jié)構(gòu)，還是種植農(nóng)藝方面都滿足不了機(jī)械化生產(chǎn)的基本條件，造成農(nóng)機(jī)具在設(shè)施生產(chǎn)中“路難走，門難進(jìn)、邊難耕、頭難調(diào)、效難高”。因此，在大力推進(jìn)設(shè)施機(jī)械化水平的同時(shí)必須考慮到農(nóng)機(jī)對設(shè)施與農(nóng)藝方面的要求。以提高日光溫室蔬菜生產(chǎn)的機(jī)械化水平為出發(fā)點(diǎn)，以設(shè)施、農(nóng)藝、農(nóng)機(jī)三方面有機(jī)融合為原則，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有日光溫室生產(chǎn)系統(tǒng)（體系）的升級，是當(dāng)前設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)面臨的、需要迫切解決的重要難題。

二、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

時(shí)至今日，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到飛速發(fā)展和實(shí)踐應(yīng)用的階段，也正因?yàn)轱w速發(fā)展，目前還沒有一個(gè)明確、統(tǒng)一和公認(rèn)的概念。物聯(lián)網(wǎng)——可以簡單理解為物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)向現(xiàn)實(shí)世界的擴(kuò)展和延伸，即任何兩件物品之間都可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息交換和通信。例如現(xiàn)在比較流行的智能家居、智慧交通、智能醫(yī)療等，都是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在對應(yīng)領(lǐng)域里的應(yīng)用。而作為第一產(chǎn)業(yè)的農(nóng)業(yè)，也已經(jīng)開始探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域里的應(yīng)用。如何將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從過去的憑經(jīng)驗(yàn)判斷和看天吃飯升級為精細(xì)化、精準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化和智能化，是新時(shí)代農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的重要問題，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正好可以將這些難題輕松解決。自2011年起，農(nóng)業(yè)部就結(jié)合國家物聯(lián)網(wǎng)示范工程，在北京、黑龍江、江蘇開展了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范，在天津、上海、安徽組織了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗(yàn)。結(jié)果表明，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了明顯的成效。在大田種植方面，通過綜合運(yùn)用3S技術(shù)、智能化農(nóng)機(jī)裝備、作物生產(chǎn)管理專家決策系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)管理的定量化、精確化，畝均減少農(nóng)藥、化肥施用量10%以上，單產(chǎn)提高5%～10%。在設(shè)施園藝方面，通過對光、熱、水、氣、肥等環(huán)境因子的實(shí)時(shí)監(jiān)控，創(chuàng)造植物生長的最佳環(huán)境，設(shè)施溫室和大棚的產(chǎn)量和效益平均提高10%以上。在畜禽養(yǎng)殖方面，運(yùn)用自動(dòng)調(diào)控畜舍環(huán)境和智能化變量飼養(yǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境因子遠(yuǎn)程調(diào)控和預(yù)警預(yù)報(bào)，平均減少勞動(dòng)用工30%以上，養(yǎng)殖和疫病防控水平顯著提高。在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，推廣應(yīng)用以調(diào)控水體溶解氧為主要目標(biāo)的智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖環(huán)境自動(dòng)調(diào)控和水體環(huán)境閉環(huán)控制，水產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高，節(jié)本增效10%以上，同時(shí)水體環(huán)境污染得到有效控制。

三、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在日光溫室中的應(yīng)用及推廣

（一）農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)時(shí)監(jiān)測：土壤環(huán)境信息、大氣環(huán)境信息、水體環(huán)境信息和大田四情，對各類監(jiān)測數(shù)值設(shè)置合理區(qū)間和閾值，超閾值將自動(dòng)進(jìn)行預(yù)警或者控制聯(lián)動(dòng)。信息感知技術(shù)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其中傳感器最為重要。傳感器主要用于采集各個(gè)農(nóng)業(yè)要素信息，包括如下幾項(xiàng)：大氣環(huán)境信息：溫濕度、降雨量、光照、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、CO2濃度、蒸發(fā)量、O2濃度、CO濃度、SO2濃度、NO2濃度、PM10、PM2.5。土壤環(huán)境信息：土壤PH值、土壤溫度、土壤張力、土壤濕度。水體環(huán)境信息：水壓、溶氧量、水質(zhì)PH值、水流量、電導(dǎo)率。大田四情：墑情、災(zāi)情、苗情、蟲情。傳感器數(shù)據(jù)查看（WEB/APP）：查看各種傳感器的及時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)整，數(shù)據(jù)圖表曲線導(dǎo)出。通過設(shè)置傳感器的聯(lián)動(dòng)控制規(guī)則和預(yù)警規(guī)則，當(dāng)滿足條件后自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警或者聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)24h無人值守和自動(dòng)聯(lián)動(dòng)控制。通過移動(dòng)終端遠(yuǎn)程查看并控制基地生產(chǎn)現(xiàn)場：內(nèi)遮陽、風(fēng)機(jī)、噴滴灌、外遮陽、側(cè)窗、閥門、水簾、加溫?zé)舻仍O(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化管理。接收到現(xiàn)場預(yù)警信號后會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)控制操作，支持對物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測的聯(lián)動(dòng)；支持預(yù)設(shè)時(shí)間和運(yùn)行周期，到達(dá)預(yù)設(shè)條件后系統(tǒng)將自動(dòng)操作現(xiàn)場設(shè)備完成控制動(dòng)作。用戶能夠運(yùn)用自己的管理理念、管理方法實(shí)現(xiàn)信息智能化監(jiān)測和自動(dòng)化操作，通過整合內(nèi)外部資源，提高利用率。

（二）水肥一體化管理系統(tǒng)

水肥一體化管理系統(tǒng)采用自動(dòng)遙控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田作物的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，包括作物生理、土壤濕度和土壤含水量等參數(shù)的自動(dòng)收集、傳輸和分析，并向用戶簡單直觀地顯示數(shù)據(jù)和圖形，根據(jù)種植作物的需要提供各種警告信息。水肥一體化管理系統(tǒng)是將農(nóng)業(yè)灌溉與農(nóng)業(yè)施肥融為一體的新技術(shù)，根據(jù)作物對水、肥的不同需求，對灌溉和施肥進(jìn)行定期、定量控制，可用于連作溫室、太陽能溫室、溫室大棚、農(nóng)田等灌溉作業(yè)，節(jié)約時(shí)間、人力、物力，提高生產(chǎn)效率。

（三）無線電動(dòng)導(dǎo)航微型耕、種、運(yùn)一體機(jī)

自主研發(fā)“無線電動(dòng)導(dǎo)航微型耕、種、運(yùn)一體機(jī)”，主機(jī)參照耕寬960mm、功率2.02kW、方便作業(yè)的“前置式歐美型四驅(qū)微耕機(jī)”關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)（表1），自主研發(fā)或選用適宜的2kW直流無刷電摩低速電機(jī)1臺(tái)、48V20AH鋰電池2組，實(shí)現(xiàn)清潔能源動(dòng)力和無線操控，并加配無極變速、轉(zhuǎn)向裝置與機(jī)架；自主研發(fā)微型攝像導(dǎo)航器，使設(shè)備自行調(diào)整轉(zhuǎn)向而直線行走（人可離機(jī)輔控）；應(yīng)用成熟的旋耕機(jī)部件、起壟器部件、播種器部件、微型拖斗部件，以通用傳動(dòng)軸來快速更換不同作業(yè)部件。

（四）農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)

為解決食品安全問題，必須要對農(nóng)產(chǎn)品的各個(gè)生產(chǎn)階段把關(guān)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對農(nóng)作物品種生長環(huán)境，噴藥施肥，病蟲害狀況等農(nóng)事做出記錄，并讓消費(fèi)者參與其中，這也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)最大的亮點(diǎn)。農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)通過對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測，利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)，把采集到的信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器，實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制；同時(shí)，在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、銷售階段采用二維碼或者RFID射頻技術(shù)，對各個(gè)階段進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

四、結(jié)語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本身還處在不斷完善與創(chuàng)新的過程中，未來的傳感控制設(shè)備一定會(huì)向微型化、智能化的方向發(fā)展，新材料、新技術(shù)的應(yīng)用也能讓設(shè)備的成本、功耗、精準(zhǔn)性等問題得到進(jìn)一步的改善，這對于我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備水平的提高具有重要意義，進(jìn)一步完善了日光溫室的工作模式。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張宇，等.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、應(yīng)用及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益[J].農(nóng)機(jī)化研究，2014，36（10）：2-3.

[2]黃盛杰，金芳.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J].江蘇農(nóng)機(jī)化，2013（5）：1-2.

[3]張杰，臧賀藏，楊春英，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，44（12）：144-147.