日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)應(yīng)用推廣.pdf

金娟 日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)應(yīng)用推廣 J 農(nóng)業(yè)工程 2022 12 5 20 24 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2022 05 005 JIN Juan Application and popularization of environmental control system in solar greenhouse J Agricultural Engineering 2022 12 5 20 24 日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)應(yīng)用推廣 金 娟 北京市數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村促進中心 北京 100101 摘 要 結(jié)合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在北京市日光溫室智能控制的推廣工作 介紹與椰糠基質(zhì)栽培高品質(zhì)番茄生產(chǎn)相結(jié)合的日光溫 室環(huán)境智能集成控制技術(shù)體系 包括軟件集成和硬件配置 并提出了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推廣中存在的問題和建議 希望為日光 溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的應(yīng)用推廣提供參考模式 關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 日光溫室 農(nóng)業(yè)智能裝備 中圖分類號 S24 文獻標識碼 A 文章編號 2095 1795 2022 05 0020 05 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2022 05 005 Application and Popularization of Environmental Control System in Solar Greenhouse JIN Juan Beijing Digital Agriculture Rural Promotion Center Beijing 100101 China Abstract Combined with popularization of agricultural Internet of Things technology in intelligent control of solar greenhouse in Beijing and combined with coconut bran substrate cultivation and high quality tomato production integrated intelligent control technology system for solar greenhouse environment was introduced including software integration and hardware configuration At the same time problems and suggestions existing in popularization of agricultural internet of things technology were described in detail hoping to provide a reference model for application and popularization of solar greenhouse environmental control system Keywords Internet of Things solar greenhouses agricultural intelligence equipment 0 引言 十三五 期間 北京市先后印發(fā)了 關(guān)于推進 互聯(lián)網(wǎng) 農(nóng)業(yè) 的實施意見 北京市鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略 規(guī)劃 2018 2022 和 關(guān)于全面推進鄉(xiāng)村振興加快 農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的實施方案 等文件 將數(shù)字農(nóng)業(yè)列 為全市農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重點工作 提出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化水平 要大幅提升 核心技術(shù) 智能裝備研發(fā)與集成應(yīng)用取 得重大突破 適宜農(nóng)業(yè) 方便農(nóng)民的輕簡化 傻瓜 式信息技術(shù)得到大面積推廣應(yīng)用 中試和熟化一批農(nóng) 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 智能裝備和解決方案 推廣一批 節(jié)本增效農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式 提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)出率 勞 動生產(chǎn)率 資源利用率 1 2 結(jié)合實際 北京市積極整合涉農(nóng)資源 利用移動互 聯(lián)網(wǎng) 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及云計算技術(shù) 實現(xiàn)日光溫室中各 類硬件 設(shè)備的智能化控制 提升控制端的精準性 易用性 同時開發(fā)智能操控軟件 并優(yōu)化調(diào)控策略 讓農(nóng)民會使用 放心用 1 日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng) 如圖1所示 溫室環(huán)境智能集成控制技術(shù)體系由物 聯(lián)網(wǎng)環(huán)境感知系統(tǒng) 溫室智能控制終端 信號傳輸網(wǎng) 絡(luò) 溫室智能硬件裝備 遠程控制平臺5部分組成 物 聯(lián)網(wǎng)環(huán)境感知系統(tǒng)實時采集溫室環(huán)境數(shù)據(jù) 是整個系 統(tǒng)的感知層 溫室智能控制終端是系統(tǒng)的大腦 負責 接收物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境感知系統(tǒng)實時傳送的環(huán)境信息 并根 據(jù)技術(shù)人員的指令或者預設(shè)的策略 向溫室中各個硬 件裝備發(fā)送控制指令 同時監(jiān)測其工作狀態(tài)和完成程 度 遠程控制平臺分為電腦端和手機端 技術(shù)人員可 以應(yīng)用該平臺實時查看并控制各個裝備 并可以預設(shè) 控制策略讓整個系統(tǒng)自主運行 3 4 1 1 農(nóng)業(yè)通用智能硬件接入與控制平臺 針對目前農(nóng)業(yè)智能硬件控制軟件專用性強 可開發(fā) 性低 升級成本高等問題 開發(fā)了農(nóng)業(yè)硬件專用服務(wù) 收稿日期 2021 12 08 修回日期 2022 02 13 作者簡介 金娟 碩士 主要從事農(nóng)業(yè)信息化研究 E mail benz 250 第 12 卷 第 5 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 Vol 12 No 5 2022 年 5 月 AGRICULTURAL ENGINEERING May 2022 系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)通用智能硬件接入與控制平臺 該平臺 通過多種協(xié)議智能解析 形成通用接口 實現(xiàn)多廠家 多功能 多類型的農(nóng)業(yè)智能硬件設(shè)備接入 形成企業(yè) 內(nèi)部的智能控制網(wǎng)絡(luò) 根據(jù)不同智能控制設(shè)備開發(fā)相 應(yīng)的控制策略 直接使用微信就可以實現(xiàn)不同設(shè)備的 遠程智能控制 操作簡便 農(nóng)民容易接受 愿意使用 通用 簡單的傳輸接口 幫助實現(xiàn)該平臺采集的智能 硬件設(shè)備數(shù)據(jù)以及控制功能 并可以與農(nóng)場云等業(yè)務(wù) 平臺無縫對接 農(nóng)業(yè)通用智能硬件接入與控制平臺顯 示界面如圖2所示 1 2 環(huán)境感知設(shè)備 環(huán)境感知設(shè)備像整個體系的 感官 系統(tǒng) 是實現(xiàn) 溫室環(huán)境智能控制的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和來源 包括新型太陽 能可移動溫室環(huán)境傳感器 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)圖像自動采集設(shè) 圖1 溫室環(huán)境智能集成控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) Fig 1 Structure of greenhouse environment intelligent integrated control system 圖2 農(nóng)業(yè)通用智能硬件接入與控制平臺 Fig 2 Agricultural general intelligent hardware access and control platform 金娟 日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)應(yīng)用推廣 21 備 手持式多功能農(nóng)業(yè)智能檢測分析設(shè)備 農(nóng)業(yè)氣象 監(jiān)測站 為了適應(yīng)椰糠基質(zhì)栽培模式 基質(zhì)槽內(nèi)部署 了基質(zhì)含水量傳感器 基質(zhì)溫濕度計等設(shè)備 5 7 1 3 智能控制終端 溫室智能控制終端是整個體系的大腦和神經(jīng)中樞 負責接收物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境感知系統(tǒng)的各類環(huán)境信息 同時 對溫室內(nèi)各個硬件裝備進行電路管理 控制命令發(fā)送 工作狀態(tài)監(jiān)測 并可以無線連接云端WEB 手機APP 遙控器 遠程控制溫室內(nèi)所有設(shè)備 一個設(shè)備便可將 所有溫室執(zhí)行設(shè)備有機聯(lián)結(jié)到一起 為農(nóng)作物創(chuàng)造一 個最適宜的生長環(huán)境 達到優(yōu)質(zhì) 高產(chǎn) 高效的效果 智能控制終端采用一體化設(shè)計 可以實現(xiàn)多路控制 語音控制 自動升級 同時 終端自帶20 32 cm 8寸 液晶顯示屏 機身采用ABS工程塑料 機身全封閉 機內(nèi)不裸露線纜 避免人體觸碰 更安全 短路保護 過流保護 觸屏操控 簡捷高效 故障反饋 可追溯 操作 配套陀螺儀與急停設(shè)備 避免保溫被上下卷有 危險 語音喚醒后屏幕點亮 人臉識別后才可操控配 電柜 預防無關(guān)人士隨意操控溫室設(shè)備 1 4 日光溫室的智能硬件 部署于日光溫室的智能硬件是整個環(huán)境智能控制系 統(tǒng)的 四肢 負責最終實現(xiàn)智能控制 溫室內(nèi)外設(shè) 備分別如圖3和圖4所示 智能硬件包括卷膜和卷被智 控模塊 水肥一體化模塊 溫室增溫降溫模塊 空氣 循環(huán)系統(tǒng) 濕簾風機控制模塊 空間電場除霧控制模 塊等 8 2 存在的問題 目前 溫室智能控制技術(shù)體系在設(shè)施種植推廣應(yīng)用 中仍然存在不少問題 總結(jié)來看有以下3個方面 2 1 投入產(chǎn)出不匹配 溫室智能控制技術(shù)體系推廣最大的障礙在于投入產(chǎn) 出比低 經(jīng)濟性不強 相較于溫室單產(chǎn)收益 智能控 制裝備價格高昂 同時 智能設(shè)備的實際價值未充分 體現(xiàn) 當前 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還處于溫室環(huán)境感知層 面 只有卷膜卷簾 灌溉等少數(shù)環(huán)節(jié)的應(yīng)用相對成熟 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用率還較低 導致對溫室環(huán)境控制和設(shè) 備操作無法實現(xiàn)遠程自動控制 耗費人工較大 生產(chǎn) 標準化程度低 9 10 2 2 管理模式不匹配 經(jīng)營主體的管理模式導致其對于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的接受 程度不同 因而溫室智能控制的推廣難易程度并不同 經(jīng)營主體有多種類型 大致分為農(nóng)戶 家庭農(nóng)場 農(nóng) 民合作社 企業(yè)管理 大 中型 經(jīng)營者和家庭農(nóng)場 直接經(jīng)營屬于個體經(jīng)營模式 其生產(chǎn)銷售一體化 對 于溫室智能控制接受程度低 適合功能簡單 可產(chǎn)生 直接經(jīng)濟效應(yīng)的產(chǎn)品 如卷膜卷簾等 在企業(yè)管理的 模式下 其生產(chǎn) 經(jīng)營流程相對完善 具有一定的規(guī) 模 適合推廣功能完備的溫室智能控制終端 如水肥 一體化設(shè)備等 因此 溫室控制技術(shù)體系推廣需要與 農(nóng)場管理模式相匹配 不同的經(jīng)營管理模式 應(yīng)構(gòu)建 不同的服務(wù)模式 11 圖3 日光溫室內(nèi)設(shè)備部署 Fig 3 Deployment of equipment inside solar greenhouse 22 農(nóng)業(yè)工程 信息與電氣化 2 3 技術(shù)標準不匹配 目前 國內(nèi)缺乏完整的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準體系 自動卷簾 施肥灌溉等常用的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來自不同廠 家和品牌 接口和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議存在明顯差異 使得 數(shù)據(jù)分享和服務(wù)協(xié)同變得異常困難 這種異構(gòu)性使得 物聯(lián)網(wǎng)難于實現(xiàn)廣泛的集成應(yīng)用 可靠性也難以保證 同時 上層應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)也沒有統(tǒng)一模式接口 無 法實現(xiàn)互聯(lián)共享 3 日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)創(chuàng)新點 3 1 技術(shù)創(chuàng)新 應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng) 云計算 傳感 人工智能等多種信息 技術(shù) 通過技術(shù)創(chuàng)新和集成創(chuàng)新 示范了新型智能控 制設(shè)備 并改造了傳統(tǒng)溫室硬件設(shè)備 實現(xiàn)了不同型 號不同廠家的各類硬件裝備串聯(lián)成線 統(tǒng)一控制和應(yīng) 用 進而實現(xiàn)了溫室環(huán)境數(shù)據(jù)采集 分析 控制一體 化應(yīng)用 日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的技術(shù)體系及軟件功 能模塊的運轉(zhuǎn)充分體現(xiàn)了信息技術(shù)與農(nóng)藝技術(shù)有效融 合的特點 促進了農(nóng)業(yè)與信息化的同步發(fā)展 12 3 2 模式創(chuàng)新 日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)充分考慮了農(nóng)機 農(nóng)藝 與 信息化融合應(yīng)用原則 為今后高標準的智能日光溫室 建設(shè)提供了參考標準和建設(shè)模型 在技術(shù)方案和設(shè)備 示范上 堅持問題導向 針對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的問題 和不足 瞄準農(nóng)民真正需求 著力攻堅關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù) 難關(guān) 形成了可復制 可推廣的建設(shè)模式 3 3 機制創(chuàng)新 通過與農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣 農(nóng)業(yè)信息化部門間的深度合 作 建立了各有分工 資源共享 優(yōu)勢互補 科技聯(lián) 合 共同推進項目的管理機制 為項目實施中設(shè)備研 發(fā) 技術(shù)方案設(shè)計 效果驗證 系統(tǒng)試運行與功能完 善等關(guān)鍵環(huán)節(jié)打下了堅實基礎(chǔ) 強調(diào)信息化的支撐和 服務(wù)作用 改變了以往信息化單打獨斗 閉門造車的 項目實施機制 13 4 建議 結(jié)合近年來推廣實踐和經(jīng)驗 對北京市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 推廣提出以下建議 1 結(jié)合北京市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)特點 加強農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 關(guān)鍵核心技術(shù)和共性技術(shù)的研究 進一步提升農(nóng)業(yè)物 聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的適用性 可靠性和智能化 同時降低成本 充分發(fā)揮北京市科研力量 逐步形成政府引導 科研 單位支持 企業(yè)主體及生產(chǎn)主體參與的科技支撐體系 促進科研要素向企業(yè)集聚 培育一批數(shù)字農(nóng)業(yè)領(lǐng)域創(chuàng) 新型企業(yè) 2 目前 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測 領(lǐng)域已經(jīng)較為成熟 但是灌溉 通風 降溫等智能裝 備應(yīng)用率較低 尚未形成 感知 決策 控制 的應(yīng)用 閉環(huán) 限制了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用效益 14 控制模型和 底層控制精度是實現(xiàn)閉環(huán)的關(guān)鍵性因素 這依賴于精 準的農(nóng)業(yè)感知 智能化的數(shù)據(jù)模型學習技術(shù) 3 以需求為導向 分層分級制定農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng) 用技術(shù)方案 以滿足不同規(guī)模 不同經(jīng)營模式的需求 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度應(yīng)用需要具備一定規(guī)模的集約 化生產(chǎn)模式的支撐 以小規(guī)模單一農(nóng)戶種植為主的設(shè) 施蔬菜種植對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整體解決方案的需求并 不強烈 在實踐應(yīng)用中 以單一應(yīng)用場景建設(shè)解決農(nóng) 場實際需求 再尋求場景的整合應(yīng)用 圖4 日光溫室外設(shè)備部署 Fig 4 Deployment of equipment outside solar greenhouse 金娟 日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)應(yīng)用推廣 23 5 結(jié)束語 數(shù)字農(nóng)業(yè)是新時期農(nóng)業(yè)的主要形態(tài)和典型特征 是 用現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的組織方式 管理理念和先進技術(shù)發(fā) 展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)而形成的一種新的農(nóng)業(yè)業(yè)態(tài) 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 經(jīng)營 管理 服務(wù)的在線化和 數(shù)據(jù)化的重要技術(shù)方式 是數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要支撐 十四五 期間 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究推廣必將成 為北京市數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展重要方向 參考文獻 張傳帥 徐嵐俊 李小龍 等 日光溫室主要環(huán)境參數(shù)對番茄本 體長勢的影響 J 中國農(nóng)業(yè)大學學報 2019 24 10 118 124 ZHANG Chuanshuai XU Lanjun LI Xiaolong et al Effects of main environmental parameters on the growth of tomato in solar green house J Journal of China Agricultural University 2019 24 10 118 124 1 李天華 常金明 魏珉 等 山東省日光溫室通風設(shè)施應(yīng)用現(xiàn)狀 及問題分析 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2018 38 16 22 26 2 裴雪 范奧華 劉煥宇 等 基于溫光耦合的溫室卷簾機控制設(shè) 備開發(fā) J 農(nóng)機化研究 2018 40 4 83 86 PEI Xue FAN Aohua LIU Huanyu et al Development of green house rolling machine control 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