設(shè)施園藝物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境控制關(guān)鍵技術(shù)及裝備

前言：2016 年度高等學(xué)校科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)(科學(xué)技術(shù)) 在同行專家通信評(píng)審的基礎(chǔ)上，召開(kāi)了專家評(píng)審會(huì)，評(píng)出擬授獎(jiǎng)項(xiàng)目和青年科學(xué)獎(jiǎng)候選人，對(duì)青年科學(xué)獎(jiǎng)候選人進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)考察，經(jīng)高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)(科學(xué)技術(shù) )獎(jiǎng)勵(lì)委員會(huì)審核，教育部領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)，授獎(jiǎng)項(xiàng)目為 309 項(xiàng)(其中，一等獎(jiǎng) 116項(xiàng)，二等獎(jiǎng)項(xiàng)目 193 項(xiàng))、青年科學(xué)獎(jiǎng) 9 人。設(shè)施園藝物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境控制關(guān)鍵技術(shù)及裝備汪小旵,沈明霞,孫國(guó)祥,熊迎軍,劉龍申,李永博（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院）隨著我國(guó)設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)管控技術(shù)與裝備也越來(lái)越多的應(yīng)用到各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，但是這些從工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中移植過(guò)來(lái)的技術(shù)還不能很好地適應(yīng)復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，還存在測(cè)控信號(hào)不穩(wěn)定、網(wǎng)關(guān)協(xié)議不統(tǒng)一、配套裝備不適應(yīng)等問(wèn)題。為此，課題組在國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省科技支撐計(jì)劃等項(xiàng)目資助下，歷經(jīng) 7 年產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，在設(shè)施園藝物聯(lián)網(wǎng)信息感知節(jié)點(diǎn)與異構(gòu)網(wǎng)關(guān)、信息傳輸算法、配套控制裝備等方面開(kāi)展了技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品研制與集成應(yīng)用，取得了如下重大突破：（1）發(fā)明了設(shè)施園藝環(huán)境信息監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，解決了設(shè)施種植環(huán)境信息采集、發(fā)布、共享，以及遠(yuǎn)程設(shè)備的在線控制管理問(wèn)題。該發(fā)明主要針對(duì)現(xiàn)代大型設(shè)施園藝種植環(huán)境信息采集節(jié)點(diǎn)多、信息類型多、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，結(jié)合嵌入式技術(shù)和 ZigBee 組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程移動(dòng)終端遠(yuǎn)程查詢、輕量數(shù)據(jù)庫(kù)、視頻查看和遠(yuǎn)程控制等功能，對(duì) WiFi、EDGE、3G/4G 不同網(wǎng)絡(luò)制式的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了無(wú)差別支持，接入方式多樣，人機(jī)互動(dòng)良好。 （2）發(fā)明了設(shè)施園藝環(huán)境監(jiān)控的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，并提出單多共存LEACH 算法及兩級(jí)預(yù)測(cè) WSN 數(shù)據(jù)傳輸算法等多種信息傳輸算法，解決了設(shè)施園藝物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸速率慢、傳輸效率低、傳輸能耗高、數(shù)據(jù)沖突、接入方式單一等問(wèn)題。智能網(wǎng)關(guān)通信采用 CDMA EVDO 技術(shù)，使用 CC1100 ZigBee 等無(wú)線射頻模塊，提高了數(shù)據(jù)處理能力，減輕了網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)荷。在傳感器端和服務(wù)器端建立分段回歸方程，并引入自適應(yīng)加權(quán)算法，實(shí)現(xiàn) WSN 系統(tǒng)中同構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的服務(wù)器端融合。為了減少傳感器節(jié)點(diǎn)能耗，在簇頭節(jié)點(diǎn)與基站通信時(shí)采用單跳與多跳共存的方式，充分延長(zhǎng)了節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的壽命。無(wú)線節(jié)點(diǎn) 無(wú)線網(wǎng)關(guān)（3）發(fā)明了基于環(huán)境信息和作物信息融合的多尺度設(shè)施園藝物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境控制系統(tǒng)，解決了環(huán)境信息、作物信息與肥水信息融合控制問(wèn)題。在傳統(tǒng)設(shè)施園藝物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，引入作物信息，并綜合考慮設(shè)施園藝環(huán)境信息和作物信息對(duì)設(shè)施園藝物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境控制的要求，通過(guò)多信息融合技術(shù)，建立了包含作物信息的綜合設(shè)施園藝信息融合平臺(tái)和環(huán)境智能決策控制系統(tǒng)。室內(nèi)環(huán)境采集 室外環(huán)境采集作物個(gè)體信息采集系統(tǒng)作物群體信息采集系統(tǒng) 設(shè)施溫室環(huán)境信息檢測(cè)與控制系統(tǒng)研究溫室環(huán)境信息控制器 （4）發(fā)明了設(shè)施園藝肥水一體化灌溉施肥系統(tǒng)、設(shè)施作物生長(zhǎng)信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及觸壓擾動(dòng)信號(hào)的蟲情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等設(shè)施園藝環(huán)境信息管控配套裝備，解決了設(shè)施園藝溫、濕、光、水、肥、氣等環(huán)境因子的智能協(xié)調(diào)管控問(wèn)題以及蟲情監(jiān)測(cè)與預(yù)警問(wèn)題。發(fā)明了多通道肥水一體化灌溉施肥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)肥水精準(zhǔn)高效混合；以激光視覺(jué)技術(shù)和雙目視覺(jué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)信息在線測(cè)量；根據(jù)觸壓擾動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)蟲情檢測(cè)及預(yù)警，實(shí)現(xiàn)大范圍多區(qū)域超遠(yuǎn)程病蟲害防治功能。該成果獲得國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利 8 件，實(shí)用新型專利 11 件，軟件著作權(quán) 6 件，發(fā)表論文 108 篇，其中 SCI/EI 收錄論文 51 篇，江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站檢驗(yàn)成果 3 項(xiàng)。該成果累積推廣應(yīng)用 4856 畝，其中設(shè)施溫室 1356 畝、大田種植 3500 畝，降低設(shè)備管理勞動(dòng)成本 80 %以上，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn) 10 %以上，累計(jì)取得經(jīng)濟(jì)效益 1250萬(wàn)元。