彭璟 劉艷芳

[摘要]結(jié)合設(shè)施園藝生產(chǎn)管理需求，提出了設(shè)施園藝物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原理與建設(shè)思路，分析了系統(tǒng)組成與功能特色。該物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)設(shè)施園藝生產(chǎn)管理的智能感知、智能控制，使溫室大棚內(nèi)環(huán)境始終保持在最佳生長(zhǎng)狀態(tài)。

[關(guān)鍵詞]設(shè)施園藝；物聯(lián)網(wǎng)

[中圖分類號(hào)]S62 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

設(shè)施園藝作物多為高附加值的蔬菜、苗木花卉等作物，這些作物的生產(chǎn)管理需要實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化。傳統(tǒng)的設(shè)施園藝生產(chǎn)作業(yè)主要靠人工方式，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且難以達(dá)到科學(xué)合理種植的要求。設(shè)施園藝物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)可有效解決這一問題，其核心任務(wù)是準(zhǔn)確、快速、實(shí)時(shí)地采集大棚溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)（如空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、土壤溫濕度等），然后根據(jù)作物生長(zhǎng)需要對(duì)溫室大棚內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備（如風(fēng)機(jī)、濕簾、滴灌、噴灌、天窗等）進(jìn)行智能控制，從而保證設(shè)施內(nèi)作物始終處于最佳的生長(zhǎng)環(huán)境，以提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量。

1 設(shè)施園藝物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原理

利用數(shù)據(jù)無線傳輸，通過傳感網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集模塊、視頻監(jiān)控模塊，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程獲取農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)部的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度及視頻圖像等，通過智能控制器進(jìn)行模型分析，自動(dòng)控制濕簾風(fēng)機(jī)、噴淋滴灌、內(nèi)外遮陽、頂窗側(cè)窗、加溫補(bǔ)光、水肥一體化等設(shè)備，保證設(shè)施內(nèi)環(huán)境較適宜作物生長(zhǎng)，為農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、安全創(chuàng)造條件。系統(tǒng)可以通過手機(jī)、PDA、計(jì)算機(jī)等發(fā)布實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息、預(yù)警信息等。該系統(tǒng)能滿足設(shè)施園藝日常環(huán)境管理需要。當(dāng)環(huán)境參數(shù)超出設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備而不需人為操作，達(dá)到智能控制環(huán)境目的，讓溫室大棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)始終保持在最佳生長(zhǎng)環(huán)境狀態(tài)，最大限度地減少生產(chǎn)質(zhì)量事故的發(fā)生。

2 設(shè)施園藝物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成與功能分析

系統(tǒng)由一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)管控平臺(tái)和“五個(gè)子系統(tǒng)”組成。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)管控平臺(tái)

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可通過計(jì)算機(jī)或手機(jī)隨時(shí)接收各種實(shí)時(shí)采集的精準(zhǔn)傳感器數(shù)據(jù)，可以通過遙控溫室內(nèi)的視頻監(jiān)控，觀察溫室的全面情況，實(shí)現(xiàn)溫室管理的高效和精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約人手和時(shí)間、改善產(chǎn)品品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長(zhǎng)周期、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

在云平臺(tái)上，用戶可以通過手機(jī)、PDA、計(jì)算機(jī)等信息終端接收農(nóng)田墑情信息、氣象信息，并可遠(yuǎn)程控制灌溉設(shè)備。對(duì)政府管理部門而言，則可以通過該平臺(tái)，提升農(nóng)情、農(nóng)業(yè)氣象、農(nóng)田水利的綜合管理水平。

該平臺(tái)主要包括四大功能模塊：①實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。全天候在線采集設(shè)施內(nèi)作物生長(zhǎng)的環(huán)境數(shù)據(jù)，如土壤墑情、土壤養(yǎng)分、生長(zhǎng)狀況、環(huán)境參數(shù)等，將采集的數(shù)據(jù)和圖片實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)。②環(huán)境異常預(yù)警。將傳感器采集到數(shù)據(jù)設(shè)定上下限閥值，當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)超出閥值，平臺(tái)將發(fā)出彈窗警報(bào)，提醒工作人員盡快做出處理。③遠(yuǎn)程智能控制。電腦端與移動(dòng)端等多種設(shè)備可以控制基地設(shè)備，無須時(shí)時(shí)守在基地。④數(shù)據(jù)分析。通過數(shù)據(jù)分析，可以直觀的掌握基地的周、月、季度甚至年度數(shù)據(jù)。管理者通過數(shù)據(jù)分析，可以實(shí)施調(diào)整生產(chǎn)。

2.2 五個(gè)子系統(tǒng)

2.2.1 環(huán)境因子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過多個(gè)環(huán)境傳感器采集設(shè)施園藝內(nèi)環(huán)境參數(shù)，如空氣溫濕度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器、氧氣傳感器、氣壓傳感器、土壤溫濕度傳感器、土壤PH值傳感器、土壤養(yǎng)分傳感器等，通過環(huán)境因子采集全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)施園藝內(nèi)作物生長(zhǎng)環(huán)境。同時(shí)，通過配套的數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器數(shù)據(jù)庫中，用于統(tǒng)計(jì)分析和處理。用戶通過訪問互聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)手機(jī)上網(wǎng)的方式就能實(shí)時(shí)查看環(huán)境因子信息，并為相關(guān)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。

在設(shè)施大棚外部署田間氣象監(jiān)測(cè)站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)棚外空氣溫濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、太陽輻射、降雨量等，便于配合指導(dǎo)設(shè)施內(nèi)生產(chǎn)，結(jié)合農(nóng)業(yè)園區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以隨時(shí)查看園區(qū)內(nèi)生產(chǎn)狀況、預(yù)防災(zāi)害天氣發(fā)生。

2.2.2 水肥一體化灌溉系統(tǒng)。溫室水肥一體化是借助壓力系統(tǒng)，將可溶性固體或液體肥料，按土壤養(yǎng)分含量和作物種類的需肥規(guī)律和特點(diǎn)，配兌成的肥液與灌溉水一起，通過可控管道系統(tǒng)供水、供肥，使水肥相融后，通過管道和滴頭形成滴灌、均勻、定時(shí)、定量，浸潤(rùn)作物根系發(fā)育生長(zhǎng)區(qū)域，使主要根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時(shí)根據(jù)不同的作物的需肥特點(diǎn)，土壤環(huán)境和養(yǎng)分含量狀況，作物不同生長(zhǎng)期需水，需肥規(guī)律情況進(jìn)行不同生育期的需求設(shè)計(jì)，把水分、養(yǎng)分定時(shí)定量，按比例直接提供給作物。

施肥機(jī)自帶觸屏操作系統(tǒng)，也可以與智能化控制系統(tǒng)配套連接，通過計(jì)算機(jī)直接對(duì)施肥機(jī)的各項(xiàng)施肥參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)，可以通過計(jì)算機(jī)下載各種肥料的歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行總結(jié)和存檔。

2.2.3 病蟲害預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過對(duì)設(shè)施內(nèi)環(huán)境因子數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，將各種生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)處理，和“病蟲害發(fā)生模型”進(jìn)行運(yùn)算和對(duì)比，如果滿足某種病蟲害發(fā)生條件，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

2.2.4 智能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的遠(yuǎn)程工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)，通過無線傳輸，連接控制室與控制柜，操作智能終端，即可一鍵式控制溫室大棚內(nèi)的風(fēng)機(jī)、補(bǔ)光燈、外遮陽、內(nèi)遮陽、噴滴灌、側(cè)窗、濕簾等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化管理。

2.2.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)?？稍谠O(shè)施內(nèi)外部署。可根據(jù)管理區(qū)域需要來分布攝像頭設(shè)備，可清晰直觀的實(shí)時(shí)查看種植區(qū)域作物生長(zhǎng)情況、設(shè)備遠(yuǎn)程控制執(zhí)行情況、設(shè)施外天氣變化等。系統(tǒng)可選擇性設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，快速轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)視頻圖像；還可實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲情監(jiān)測(cè)，及定時(shí)圖像檢測(cè)，方便用戶隨時(shí)查詢。同時(shí)可以邀請(qǐng)專家通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)施內(nèi)作物提供遠(yuǎn)程指導(dǎo)和診療。

3 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

本系統(tǒng)部署靈活、擴(kuò)展方便，可為企業(yè)節(jié)省人力、財(cái)力，提高生產(chǎn)管理水平，降低生產(chǎn)管理成本，實(shí)現(xiàn)園藝設(shè)施集約化、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程管理。節(jié)本增效，減少勞動(dòng)用工，提高產(chǎn)量和效益。

（1）軟件系統(tǒng)基于成熟的物聯(lián)網(wǎng)通用平臺(tái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)異。

（2）軟件系統(tǒng)功能完善，兼容性好，系統(tǒng)擴(kuò)展性好，支持二次開發(fā)，可以與客戶現(xiàn)有其它信息系統(tǒng)深度集成。

（3）集成的視頻監(jiān)控功能，視頻與環(huán)境監(jiān)控?zé)o縫集成，實(shí)現(xiàn)真正意義上的可視化監(jiān)控管理。

（4）集成度高，一體化溫室智能監(jiān)控終端，集成度高，無需專門安裝，插電即用， 后期維護(hù)簡(jiǎn)便。

（5）硬件可靠性高，可以安裝在戶外，適應(yīng)陰雨潮濕等惡劣環(huán)境。

（6）支持計(jì)算機(jī)、手機(jī)、Pad等多種終端訪問，提供智能手機(jī)客戶端軟件， 可以隨時(shí)隨地監(jiān)控溫室環(huán)境。集成微信、手機(jī)短信等多種展現(xiàn)和交互方式， 信息傳遞及時(shí)、便捷。

（7）預(yù)警系統(tǒng)和專家服務(wù)相結(jié)合，為用戶防災(zāi)減災(zāi)，增產(chǎn)高產(chǎn)提供有力支撐和保障。

（8）配套的農(nóng)業(yè)知識(shí)庫、農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)等附加功能。

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