物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能生態(tài)大棚中的應(yīng)用研究

王俊杰 姜家驥 胡紫楠 鄒家迅

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的高新技術(shù)被運(yùn)用到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，智能大棚技術(shù)在農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展中扮演著重要的角色，國外先進(jìn)的智能大棚監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)表明，通過智能大棚監(jiān)測與控制技術(shù)合理的監(jiān)控智能大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長狀況，能夠保證智能大棚內(nèi)農(nóng)作物始終處于一個(gè)最適宜的生長環(huán)境，提高大棚內(nèi)農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量，從而達(dá)到高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。整個(gè)智能大棚的監(jiān)測與控制為大棚內(nèi)農(nóng)作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)提供了基礎(chǔ)，在我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程中具有實(shí)際應(yīng)用的意義。

關(guān)鍵詞：智能大棚；監(jiān)測；控制；

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，現(xiàn)代化、設(shè)施化農(nóng)業(yè)道路已逐漸取代了我國傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)溫室憑借著其環(huán)境的可測量和可控制、管理方便、生產(chǎn)效率高的智能監(jiān)控系統(tǒng)及其良好的經(jīng)濟(jì)效益等特點(diǎn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中越來越普及。在工程技術(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)溫室能夠通過監(jiān)控農(nóng)作物的生產(chǎn)環(huán)境，維持農(nóng)作物在其有利的溫濕度、光照度、空氣及肥料的環(huán)境下生長發(fā)育，同時(shí)它能夠擺脫大自然環(huán)境條件的束縛而進(jìn)行高效率的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，具有投資多、技術(shù)水平高、作物質(zhì)量好、生產(chǎn)產(chǎn)量多、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)，為生產(chǎn)管理者提供便利，是最有生命力的農(nóng)業(yè)新產(chǎn)業(yè)。

一、智能大棚技術(shù)的背景及意義

農(nóng)業(yè)溫室技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)和工程技術(shù)，包括建筑、環(huán)境、自動化、材料、機(jī)械、品種栽培、管理等學(xué)科和機(jī)構(gòu)的整合，是中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分。根據(jù)不同的屋頂架構(gòu)及光線照明方式，農(nóng)業(yè)溫室可分為多種類型，例如玻璃溫室、塑料大棚等。但只是憑借大棚的保溫是不能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所要求的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)的，還必須對農(nóng)作物進(jìn)行多方位更準(zhǔn)確的環(huán)境因子的采集和實(shí)時(shí)控制。當(dāng)前國家提出要關(guān)注農(nóng)業(yè)科學(xué)中新的農(nóng)業(yè)技術(shù)與改革道路，實(shí)現(xiàn)數(shù)字精確農(nóng)業(yè)，智能大棚技術(shù)是一個(gè)巨大的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和改革措施，可以充分利用作物的產(chǎn)量潛力，增加產(chǎn)量，提高質(zhì)量，而且可以使作物逆季節(jié)生長或者是一年多次生長，充分利用現(xiàn)有資源為農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)服務(wù)。

智能大棚技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動化的重要技術(shù)，對智能大棚的監(jiān)測與控制，可以為農(nóng)業(yè)精細(xì)化提供支撐，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率、提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)以及降低生產(chǎn)成本的目的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)等新型學(xué)科技術(shù)的日新月異，智能大棚監(jiān)測與控制的水平得到了快速的發(fā)展，國內(nèi)外對智能大棚監(jiān)控的研究已經(jīng)取得一定成果。近年來，農(nóng)業(yè)溫室技術(shù)在我國的發(fā)展已經(jīng)開始，已經(jīng)完成了各種蔬菜工廠設(shè)施、農(nóng)業(yè)科技示范園等的建設(shè)，其中包括國內(nèi)自己研發(fā)的節(jié)能型日光溫室，還有從國外進(jìn)口和國內(nèi)制造的一些智能大棚。但總體來說，我國農(nóng)業(yè)溫室規(guī)模小，技術(shù)含量不高，缺乏如荷蘭、美國那樣針對高度集中的農(nóng)業(yè)工廠進(jìn)行高科技投入，大量資金保證，超高效率的生產(chǎn)。與目前發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)大棚技術(shù)的發(fā)展還有很大差距。大棚內(nèi)機(jī)械化操作水平低，勞動強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，效率低而且作業(yè)質(zhì)量不高，是綜合大棚技術(shù)中的薄弱環(huán)節(jié)，已經(jīng)在一定程度上制約了智能大棚監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，所以，我們在學(xué)習(xí)國外高新的技術(shù)的同時(shí)，研發(fā)適合我國不同地域及氣候特點(diǎn)的溫室大棚智能監(jiān)制系統(tǒng)是非常重要的。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系主要分為四部分：現(xiàn)場信息采集、數(shù)據(jù)處理、遠(yuǎn)程控制、終端體驗(yàn)。

2.1現(xiàn)場信息采集

包括射頻識別（RFID）、傳感終端等數(shù)據(jù)采集與視頻監(jiān)測信息采集數(shù)據(jù)采集主要包括土壤數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)、雨量水分?jǐn)?shù)據(jù)、風(fēng)速數(shù)據(jù)等，現(xiàn)場信息采集不僅可以為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)提供準(zhǔn)確指導(dǎo)，高效管理；還可在前期種植準(zhǔn)備階段根據(jù)土壤信息來選擇合適的農(nóng)作物。

2.2數(shù)據(jù)處理

將采集到的數(shù)據(jù)信息通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)管理中心，數(shù)據(jù)管理中心對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲、處理、挖掘，可生成圖像或圖表，直觀展現(xiàn)動植物生長現(xiàn)狀，并作出智能決策數(shù)據(jù)處理階段可以結(jié)合專家遠(yuǎn)程會診，針對農(nóng)作物的品種，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做對比作，從而做出決策方案，例如種植前期選擇合適的作物品種，種植過程中研制施肥處方、噴灌處方、病蟲害處方，還可監(jiān)測品質(zhì)、產(chǎn)量、預(yù)測成熟期等。

2.3遠(yuǎn)程控制

可以事先設(shè)定好控制邏輯，系統(tǒng)會根據(jù)決策處方自動實(shí)現(xiàn)渠系和管道水利遠(yuǎn)程控制、泵站自動控制等；也可通過手機(jī)或電腦登陸軟件終端，只需動動鼠標(biāo)，就可以根據(jù)農(nóng)戶操作控制水閥、風(fēng)機(jī)等設(shè)備開關(guān)。

2.4終端體驗(yàn)

當(dāng)前主要是電腦、手機(jī)、一體機(jī)、多功能電視機(jī)等，隨著三網(wǎng)融合及物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將會有更多的終端涌現(xiàn)同時(shí)，由于有了統(tǒng)一的中心平臺，提供綜合服務(wù)，終端的服務(wù)功能和作用將大大增強(qiáng)。農(nóng)戶通過計(jì)算機(jī)登錄軟件操作平臺或使用手機(jī)、平板足不出戶

就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測到大田情況，并可遠(yuǎn)程控制；可以隨時(shí)接收專家指導(dǎo)信息、政府應(yīng)急通知與政策信息；還可以提前接收病蟲害預(yù)警、災(zāi)情預(yù)警等，預(yù)先采取應(yīng)對措施。

三、結(jié)論

智能大棚的設(shè)計(jì)，不僅解決了種植人員對農(nóng)作物生長環(huán)境的檢測問題，而且對棚內(nèi)環(huán)境可以遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了在室內(nèi)設(shè)定大棚參數(shù)。在手機(jī)APP中收集大量的農(nóng)作物生長信息，可以根據(jù)當(dāng)前環(huán)境及作物生長情況，對用戶提出指導(dǎo)方案，使大棚管理更加方便。

智能大棚監(jiān)測與控制系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的反季節(jié)生產(chǎn)，還會提高農(nóng)作物的生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)數(shù)量以及生產(chǎn)效率。近年來國內(nèi)外隨著傳感器采集技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)以及生物工程技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，智能大棚的環(huán)境監(jiān)控技術(shù)也在不斷的吸收相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)方法，融合各方面的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行不斷的完善和創(chuàng)新。智能大棚監(jiān)控系統(tǒng)將會朝著完全智能化、自動化、機(jī)械化以及無人化的方向發(fā)展。相信在不久的未來，智能大棚監(jiān)控技術(shù)將會被利用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活的各個(gè)地方。

參考文獻(xiàn)

[1] 王東濤，鞠鳳船.農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（35）：20446-20447.

[2] 孫彥景，丁曉慧，于滿，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)研宄與發(fā)展，2011，48（z2）：326-331.

[3] 朱洪波，楊龍樣，于全.物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)思想與應(yīng)用策略研究 [J].化通信學(xué)報(bào)，2010（11）：1-8.

（作者單位：遼寧科技大學(xué)）