基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水肥一體化智能管理系統(tǒng).pdf

隨 著 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué)、 微 電 子 技 術(shù) 和 網(wǎng) 絡(luò) 信 息 化 技 術(shù) 的 普 及, 以 全 球 互 聯(lián) 網(wǎng) 為 基 礎(chǔ), 被 稱 為“ 第 三 次 信 息 技 術(shù) 革 命” 的 物 聯(lián) 網(wǎng) 正 在 興 起。 網(wǎng) 絡(luò) 信 息 技 術(shù) 的 快 速 發(fā) 展 給 人 類 科 學(xué) 和 社 會(huì) 經(jīng) 濟(jì) 帶 來 了 前 所 未 有 的 機(jī) 遇 和 挑 戰(zhàn)。 據(jù) 統(tǒng) 計(jì),20 世 紀(jì) 80 年 代 以 來, 網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) 對(duì) 發(fā) 達(dá) 國 家 經(jīng) 濟(jì) 貢 獻(xiàn) 率 接 近40%, 物 聯(lián) 網(wǎng) 將 改 造 現(xiàn) 有 的 網(wǎng) 絡(luò) 架 構(gòu) 來 適 應(yīng) 新 的 應(yīng) 用 環(huán) 境 和 社 會(huì) 網(wǎng) 絡(luò), 從 而 帶 來 巨 大 的 市 場 價(jià) 值, 為 社 會(huì) 經(jīng) 濟(jì) 發(fā) 展 提 供 了 強(qiáng) 勁 動(dòng) 力 1-2 。 目 前, 我 國 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 建 設(shè) 面 積 世 界 第 一, 但 主 要 是 以 日 光 溫 室 單 體 大 棚 為 主, 設(shè) 施 配 套 設(shè) 備 簡 單, 高 科 技 含 量 比 較 低, 環(huán) 境 可 控 度 低, 抵 御 自 然 惡 劣 環(huán) 境 的 能 力 低, 高 水 平 的 現(xiàn) 代 化 蔬 菜 大 棚 占 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 總 面 積 的0.14%, 現(xiàn) 代 化 裝 備 技 術(shù) 水 平、 先 進(jìn) 的 管 理 理 念、 人 均 管 理 面 積、 生 產(chǎn) 勞 動(dòng) 效 率 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 落 后 于 世 界 發(fā) 達(dá) 國 家。 美 國、 日 本、 荷 蘭 等 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 達(dá) 國 家, 通 過 對(duì) 種 苗 培 育、 水 肥 管 理、 環(huán) 境 調(diào) 控、 土 壤 特 性 演 變、 產(chǎn) 前 產(chǎn) 后 處 理、 流 通 物 流 等 各 個(gè) 環(huán) 節(jié) 的 深 入 研 究, 已 經(jīng) 實(shí) 現(xiàn) 了 適 合 各 國 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 的 標(biāo) 準(zhǔn) 化、 工 廠 化 栽 培 體 系, 保 證 農(nóng) 業(yè) 向 著 高 效、 平 穩(wěn)、 節(jié) 能 的 方 向 良 性 發(fā) 展 3 。 近 年 來, 隨 著 我 國 社 會(huì) 經(jīng) 濟(jì) 的 高 速 發(fā) 展, 環(huán) 境 問 題 和 食 品 安 全 問 題 逐 漸 成 為 社 會(huì) 發(fā) 展 進(jìn) 程 中 突 出 的 矛 盾, 研 究 現(xiàn) 代 化 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 技 術(shù) 裝 備, 對(duì) 我 國 經(jīng) 濟(jì) 發(fā) 展、 優(yōu) 化 生 態(tài) 環(huán) 境、 減 少 食 品 安 全 問 題 具 有 重 要 意 義。 傳 統(tǒng) 種 植 使 用 的 水 肥 一 體 機(jī) 具 有 控 制 施 肥 比 例、 施 肥 時(shí) 間、 肥 前 澆 水 等 功 能 4-5 。 其 優(yōu) 點(diǎn) 是 可 以 節(jié) 約 用 水, 肥 液 利 用 率 高； 缺 點(diǎn) 是 水 肥 控 制 和 決 策 由 個(gè) 人 憑 經(jīng) 驗(yàn) 操 作, 缺 少 理 論 依 據(jù), 水 肥 不 能 被 充 分 利 用。 隨 著 新 技 術(shù) 的 快 速 發(fā) 展, 包 括 無 線 通 信 技 術(shù)、 傳 感 器 技 術(shù)、 信 息 處 理 技 術(shù)、 農(nóng) 業(yè) 自 動(dòng) 化 和 信 息 化 進(jìn) 程 的 不 斷 深 入, 物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 將 農(nóng) 業(yè) 數(shù) 字 化 管 理 技 術(shù) 與 現(xiàn) 代 溫 室 大 棚 栽 培 工 藝 相 融 合, 將 智 能 設(shè) 施、 智 能 裝 備、 智 能 系 統(tǒng)、 種 植 需 求 相 結(jié) 合, 以 期 提 高 水 肥 利 用 率、 提 高 農(nóng) 作 物 產(chǎn) 量、 減 少 環(huán) 境 污 染、 提 高 農(nóng) 業(yè) 現(xiàn) 代 化 設(shè) 施 科 技 含 量 6-7 。 1 水 肥 一 體 化 硬 件 模 型 1.1 系 統(tǒng) 組 成 水 肥 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 如 圖1 所 示, 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 核 心 裝 置 為 混 合 管, 混 肥 管 中 的 營 養(yǎng) 液 由 進(jìn) 水 和 文 丘 里 管 吸 入 的 肥 液 組 成, 共 有4 個(gè) 肥 料 輸 入 和1 個(gè) 混 肥 輸 出。 輸 入 分 別 為 氮 肥、 磷 肥、 鉀 肥、pH 調(diào) 解 液, 輸 出 為 混 合 后 的 營 養(yǎng) 液, 由 主 循 環(huán) 泵 加 壓 送 至 田 間 管 網(wǎng)。 在 混 肥 管 側(cè) 壁 中 安 裝 了2 個(gè)EC、pH 傳 感 器, 采 用2 個(gè) 傳 感 器 可 以 使 混 肥 過 程 形 成1 個(gè) 閉 環(huán) 控 制, 傳 感 器 采 集 的 數(shù) 據(jù) 可 以 驗(yàn) 證 肥 液 指 標(biāo) 是 否 達(dá) 到 要 求。 灌 溉 狀 態(tài) 下, 不 銹 鋼 離 心 泵 一 方 面 可 以 為 整 個(gè) 灌 溉 區(qū) 域 提 供 必 要 的 供 水 壓 力, 另 一 方 面 可 以 間 接 增 大 管 路 內(nèi) 文 丘 里 吸 肥 裝 置 的 吸 力。 控 制 器 采 用 西 門PLC(S7-200), 并 嵌 入 模 糊 和 分 段PI 控 制 策 略。 主 控 制 器 根 據(jù)EC、pH 傳 感 器 檢 測 到 的 數(shù) 據(jù), 結(jié) 合 物 聯(lián) 網(wǎng) 云 平 臺(tái) 管 理 的 作 物 品 種、 作 物 長 勢、 溫 室 摘 要 為 實(shí) 現(xiàn) 蔬 菜 大 棚 數(shù) 字 化 管 理, 設(shè) 計(jì) 了 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 的 水 肥 一 體 化 智 能 管 理 系 統(tǒng)。 傳 感 器 采 集 蔬 菜 大 棚 土 壤 溫 濕 度、 空 氣 溫 濕 度、 光 照 條 件 等 環(huán) 境 信 息, 然 后 將 數(shù) 據(jù) 上 傳 至 云 服 務(wù) 器, 云 平 臺(tái) 對(duì) 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 整 理, 分 析 制 定 蔬 菜 需 水 量, 氮、 磷、 鉀 混 合 比 例 和 施 肥 時(shí) 間 等 管 理 計(jì) 劃。 經(jīng) 試 驗(yàn), 基 于 數(shù) 字 化 管 理 施 肥,2017 年 植 株 氮、 磷、 鉀 積 累 量 分 別 增 加 了13.9%、6.2%、6.6%, 對(duì) 比 人 工 經(jīng) 驗(yàn) 控 制 和 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù), 物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 的 數(shù) 字 化 管 理 施 肥 優(yōu) 化 了 氮、 磷、 鉀 肥 配 比, 使 蔬 菜、 水 果 對(duì) 氮、 磷、 鉀 養(yǎng) 分 吸 收 更 充 分。 關(guān) 鍵 詞 蔬 菜 大 棚； 水 肥 一 體 化； 物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù)； 數(shù) 字 化 管 理； 云 平 臺(tái) 中 圖 分 類 號(hào) TP273 + .5 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 A 文 章 編 號(hào) 1007-5739(2018)16-0279-03 IntelligentSystemof WaterandFertilizer BasedonInternetofThingsTechnology JIANGYan 1,2 DUANJie 1,2* WANGMao-li 1,2 ZHAOJing-bo 1 ( 1 CollegeofAutomationEngineering,QingdaoUniversityofTechnology,QingdaoShandong266520； 2 ShandongProvincialKeyLaboratoryofComputerNetworks,ShandongComputerScienceCenter(NationalSupercomputerCenterinJinan), QiluUniversityofTechnology(ShandongAcademyofSciences) Abstract Torealizedigitalmanagementofvegetablegreenhouseenvironment,anintelligentwaterandfertilizerintegrationcontrolsystembased onInternetofThingstechnologywasdesigned.Thesensorscollectenvironmentalinformationsuchassoilmoisture,airtemperatureandhumidity,and lightconditionsinagreenhouse,andthenuploadtheinformationtothecloudserver.Thecloudplatformcollatesandanalyzesthedataandformulates themanagementplanofvegetablewaterrequirement,ratioofN、P、Kandfertilizingtime,andothercontrolstrategies.Afterexperiments,basedon recommendedfertilizationbytheexpertsystem,thenitrogen,phosphorus,andpotassiumaccumulationsoftheplantsin2017increasedby13.9%,6.2% and6.6%,respectively.ComparisonsweremadeonthebasisoftheresultsofartificialexperiencecontrolandintelligentcontrolbasedontheInternetof Thingstechnology.Byexpertsystemrecommendedfertilization,theproportionsofnitrogenfertilizer,phosphatefertilizerandpotassiumfertilizerwere optimized,andthenutrientabsorptionsofnitrogen,phosphorusandpotassiumweremoreabundantinfruitsandvegetables. Keywords vegetablegreenhouse；integrationofwaterandfertilizer；InternetofThingstechnology；digitalmanagement；cloudplatform 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水肥一體化智能管理系統(tǒng) 姜 巖 1,2 段 杰 1,2* 王 茂 勵(lì) 1,2 趙 景 波 1 ( 1 青 島 理 工 大 學(xué) 自 動(dòng) 化 工 程 學(xué) 院, 山 東 青 島266520； 2 齊 魯 工 業(yè) 大 學(xué)( 山 東 省 科 學(xué) 院), 山 東 省 計(jì) 算 中 心( 國 家 超 級(jí) 計(jì) 算 濟(jì) 南 中 心), 山 東 省 計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 重 點(diǎn) 實(shí) 驗(yàn) 室) 基 金 項(xiàng) 目 國 家 重 點(diǎn) 研 發(fā) 計(jì) 劃“ 智 能 農(nóng) 機(jī) 裝 備”(2016YFD0702100、201 7YFD0710200)； 山 東 省 科 技 重 大 專 項(xiàng)(2015ZDZX10002)； 山 東 省 農(nóng) 機(jī) 裝 備 創(chuàng) 新 計(jì) 劃(2017YF006)。 作 者 簡 介 姜 巖(1992-), 男, 黑 龍 江 哈 爾 濱 人, 碩 士, 從 事 智 能 控 制 算 法 相 關(guān) 工 作。 * 通 信 作 者 收 稿 日 期 2018-04-27 農(nóng) 村 經(jīng) 濟(jì) 學(xué) 現(xiàn) 代 農(nóng) 業(yè) 科 技 2018 年 第16 期 279 農(nóng) 村 經(jīng) 濟(jì) 學(xué) 現(xiàn) 代 農(nóng) 業(yè) 科 技 2018 年 第16 期 環(huán) 境 因 子 等 數(shù) 據(jù), 動(dòng) 態(tài) 管 理 施 肥 方 案、 肥 液 配 比、 施 肥 時(shí) 間, 為 蔬 菜、 水 果 的 生 長 提 供 物 質(zhì) 基 礎(chǔ)。 1.2 文 丘 里 施 肥 器 數(shù) 學(xué) 模 型 施 肥 裝 置 是 智 能 水 肥 一 體 機(jī) 的 核 心 部 件, 其 性 能 對(duì) 每 一 次 施 肥 起 到 關(guān) 鍵 作 用, 因 而 施 肥 裝 置 需 具 有 較 好 的 穩(wěn) 定 性。 目 前, 國 內(nèi) 比 較 普 遍 的 施 肥 裝 置 有 差 壓 式 施 肥 罐、 比 例 施 肥 器、 文 丘 里 施 肥 器、 磁 力 施 肥 泵 等。 由 于 差 壓 式 施 肥 器 體 積 龐 大、 混 肥 不 均 勻, 逐 漸 被 其 他 種 類 的 施 肥 器 替 代。 文 丘 里 施 肥 器 因 其 結(jié) 構(gòu) 簡 單、 運(yùn) 行 穩(wěn) 定、 成 本 低 而 應(yīng) 用 最 為 廣 泛。 比 例 施 肥 器 利 用 水 的 壓 力 驅(qū) 動(dòng) 泵 內(nèi) 活 塞 做 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng), 驅(qū) 動(dòng) 吸 肥, 吸 肥 比 例 可 由 機(jī) 械 旋 鈕 調(diào) 節(jié), 混 肥 精 度 較 高, 但 對(duì) 過 濾 設(shè) 備 要 求 較 高 且 價(jià) 格 昂 貴, 大 面 積 推 廣 受 到 限 制。 磁 力 施 肥 泵 混 肥 濃 度 均 勻 但 是 成 本 較 高, 運(yùn) 行 不 穩(wěn) 定 且 易 發(fā) 生 故 障。 綜 上 分 析, 宜 將 文 丘 里 吸 肥 裝 置 作 為 水 肥 一 體 機(jī) 的 施 肥 裝 置。 文 丘 里 吸 肥 器 運(yùn) 行 機(jī) 理： 當(dāng) 有 壓 流 體 經(jīng) 進(jìn) 口 段 進(jìn) 入 文 丘 里 吸 肥 器 中, 經(jīng) 過 收 縮 段 時(shí) 由 于 管 徑 變 小 導(dǎo) 致 工 作 流 體 一 部 分 壓 力 轉(zhuǎn) 化 為 動(dòng) 能, 流 體 速 度 在 喉 管 處 達(dá) 到 最 大, 高 速 流 體 在 喉 管 處 形 成 真 空 負(fù) 壓 區(qū), 待 負(fù) 壓 達(dá) 到 一 定 值 后 將 肥 液 吸 進(jìn) 吸 肥 器 中, 混 合 后 的 流 體 將 部 分 能 量 傳 遞 給 肥 液, 進(jìn) 入 擴(kuò) 大 段 后 由 于 管 徑 增 加, 一 部 分 動(dòng) 能 再 次 轉(zhuǎn) 化 為 壓 力, 混 合 流 體 在 出 口 段 流 速 降 低、 壓 力 增 加, 完 成 吸 肥 工 作。 文 丘 里 吸 肥 器 主 要 由 進(jìn) 口 段、 收 縮 段、 喉 管、 擴(kuò) 大 段、 出 口 段 組 成, 其 機(jī) 構(gòu) 如 圖2 所 示。 文 丘 里 吸 肥 器 屬 于 精 密 儀 器, 其 涉 及 的 參 數(shù) 有 很 多, 倒 角、 公 差、 材 質(zhì) 特 性 等 參 數(shù) 同 樣 會(huì) 影 響 文 丘 里 吸 肥 器 的 設(shè) 備 特 性, 本 文 將 不 予 重 點(diǎn) 闡 述。 文 丘 里 吸 肥 器 的 重 點(diǎn) 參 數(shù) 關(guān) 系 如 下： tan=(d in -d 1 )/2a tan=(d out -d 1 )/2c 1 =d 1 /d in 2 =b/d 1 式 中, 1 為 收 縮 比, 即 喉 管 內(nèi) 徑 與 進(jìn) 口 段 內(nèi) 徑 之 比； 2 為 喉 管 長 徑 比, 即 喉 管 長 度 與 喉 管 內(nèi) 徑 之 比。 2 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 系 統(tǒng) 基 本 構(gòu) 成 和 智 能 化 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 2.1 物 聯(lián) 網(wǎng) 系 統(tǒng) 基 本 構(gòu) 成 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 系 統(tǒng) 可 以 分 為4 層 結(jié) 構(gòu)： 第1 層 為 終 端, 主 要 包 括 信 息 采 集 終 端、 信 息 監(jiān) 控 終 端、 水 肥 自 動(dòng) 化 控 制 終 端； 第2 層 為 數(shù) 據(jù) 傳 輸 層, 包 括 網(wǎng) 關(guān) 與 終 端 設(shè) 備 的 數(shù) 據(jù) 交 流、 網(wǎng) 關(guān) 與 云 平 臺(tái) 的 數(shù) 據(jù) 交 換； 第3 層 為 物 聯(lián) 網(wǎng) 云 平 臺(tái) 數(shù) 據(jù) 分 析 處 理 層； 第4 層 為 用 戶 管 理 層。 該 系 統(tǒng) 總 體 架 構(gòu) 如 圖3 所 示。 2.2 物 聯(lián) 網(wǎng) 智 能 化 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 終 端 采 集 設(shè) 備 主 要 由 傳 感 器 組 成, 包 括 土 壤 溫 濕 度 傳 感 器、 空 氣 溫 濕 度 傳 感 器、 光 照 傳 感 器 等。 各 信 息 采 集 節(jié) 點(diǎn) 分 別 采 集 大 棚 內(nèi) 的 土 壤 水 勢 墑 情 及 各 項(xiàng) 環(huán) 境 參 數(shù), 這 些 信 息 通 過 數(shù) 據(jù) 傳 輸 層 傳 輸 到 監(jiān) 控 中 心, 監(jiān) 控 中 心 對(duì) 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 分 析、 整 理 并 發(fā) 出 控 制 命 令, 控 制 命 令 由 控 制 柜 管 理 控 制 器 執(zhí) 行, 最 后 實(shí) 現(xiàn) 蔬 菜 大 棚 內(nèi) 自 動(dòng) 化 灌 溉 與 環(huán) 境 調(diào) 控 為 一 體 的 遠(yuǎn) 程 化、 智 能 化 控 制( 圖4)。 2.3 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 信 息 采 集 端 設(shè) 計(jì) 目 前 常 用 的5 種 短 距 離 無 線 通 訊 模 塊 為 藍(lán) 牙 技 術(shù)、Z- Wave 技 術(shù)、ZigBee 技 術(shù)、 紅 外 技 術(shù)、WiFi 技 術(shù), 分 別 屬 于802.11a 標(biāo) 準(zhǔn)、802、116 標(biāo) 準(zhǔn)、802.11g 標(biāo) 準(zhǔn)、802.15.4、IEEE802.15.1。 藍(lán) 牙 技 術(shù) 通 訊 距 離 較 短, 對(duì) 蔬 菜 大 棚 監(jiān) 測 時(shí) 需 要 的 設(shè) 備 較 多；Z-Wave 技 術(shù) 通 訊 頻 率 過 低, 數(shù) 據(jù) 傳 輸 速 度 受 到 限 制； 紅 外 技 術(shù) 通 訊 距 離 過 短；WiFi 技 術(shù) 待 機(jī) 時(shí) 間 過 短。 通 訊 速 率 較 快、 通 訊 距 離 較 長、 待 機(jī) 時(shí) 間 長 的ZigBee 技 術(shù) 是 短 距 離 無 線 通 訊 模 塊 的 首 選。 ZigBee 網(wǎng) 絡(luò) 的 組 網(wǎng) 方 式 有3 種, 分 別 為 星 型、 簇 狀 形、 網(wǎng) 狀 型( 圖5)。 星 型 組 網(wǎng) 方 式 比 較 簡 單 且 管 理 方 便, 但 由 于 溫 室 蔬 菜 大 棚 對(duì) 無 線 信 號(hào) 有 一 定 的 屏 蔽 作 用, 因 而 星 型 網(wǎng)主 循 環(huán) 泵 氮 肥 磷 肥 鉀 肥 調(diào) 節(jié) 流 量 計(jì) W A 流 量 計(jì) W B 流 量 計(jì) W C 流 量 計(jì) W D 電 磁 閥 A 電 磁 閥 B 電 磁 閥 C 電 磁 閥 D 流 量 計(jì) F 流 量 計(jì) B 文 丘 里 管 4 電 磁 閥 2 電 磁 閥 1 電 磁 閥 4 電 磁 閥 3 P-W F P-W B P- W M E C/P H pH p 圖1 水 肥 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 圖 注：p1 為 施 肥 器 進(jìn) 口 壓 力；p2 為 喉 管 壓 力；p3 為 出 口 壓 力；d1 為 喉 管 內(nèi) 徑；d 2 為 吸 肥 管 的 內(nèi) 徑；L 為 進(jìn) 口 段 和 出 口 段 的 長 度；a、b、c 分 別 為 收 縮 段、 喉 管、 擴(kuò) 大 段 的 長 度； 為 收 縮 段 的 收 縮 角； 為 擴(kuò) 大 段 的 擴(kuò) 大 角。 1 2 3 4 5 6 d2 p1 p2 p3 L a b c L d1 圖2 文 丘 里 模 型 結(jié) 構(gòu)控制終端模塊1 電磁閥 信息采集終端模塊1 控制終端模塊n 電磁閥 信息采集終端模塊n 網(wǎng)關(guān)模塊 云服務(wù)器模塊 云平臺(tái)數(shù) 據(jù)處理、 分析 用戶1 用戶2 終端監(jiān)控 終 端 監(jiān) 控 控 制 終 端 模 塊1 信 息 采 集 終 端 模 塊1 網(wǎng) 關(guān) 模 塊 控 制 終 端 模 塊n 信 息 采 集 終 端 模 塊n 電 磁 閥 電 磁 閥 云 平 臺(tái) 數(shù) 據(jù) 處 理、 分 析 云 服 務(wù) 器 模 塊 用 戶1 用 戶2 圖3 物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 總 體 架 構(gòu) 控制策略 控制柜（控制中心） IO控制變頻控制 補(bǔ)光控制 溫度控制 肥水灌溉控制 電機(jī)控制 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 控制模型庫 internet 云端系統(tǒng) 云 端 系 統(tǒng) 控 制 策 略 Internet 控 制 柜( 控 制 中 心) 變 頻 控 制 補(bǔ) 光 控 制 IO 控 制 溫 度 控 制 電 機(jī) 控 制 控 制 模 型 庫 實(shí) 時(shí) 數(shù) 據(jù) 庫 肥 水 灌 溉 控 制 圖4 基 于 云 服 務(wù) 的 蔬 菜 大 棚 自 動(dòng) 化 控 制 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 圖 280 絡(luò) 不 適 合 應(yīng) 用 在 溫 室 大 棚 里； 而 網(wǎng) 狀 型 組 網(wǎng) 方 式 由 于 數(shù) 據(jù) 包 要 經(jīng) 過 多 個(gè) 節(jié) 點(diǎn), 容 易 丟 失 數(shù) 據(jù)。 因 此, 相 較 之 下, 宜 選 擇 簇 狀 型 組 網(wǎng) 方 式。 3 試 驗(yàn) 3.1 試 驗(yàn) 地 概 況 試 驗(yàn) 地 點(diǎn) 為 淄 博 市 張 店 村, 供 試 土 壤 為 砂 質(zhì) 潮 土, 試 驗(yàn) 對(duì) 象 為 草 莓, 土 壤 基 本 養(yǎng) 分 性 狀 見 表1。 3.2 試 驗(yàn) 設(shè) 計(jì) 試 驗(yàn) 共 設(shè) 計(jì) 了6 種 不 同 的 處 理, 分 別 為：IOT, 為 物 聯(lián) 網(wǎng) 數(shù) 據(jù) 管 理 系 統(tǒng) 推 薦 氮、 磷、 鉀 混 肥 比 例 及 用 量；IOT-N, 為 在 IOT 基 礎(chǔ) 上 不 施 氮 肥；IOT-P, 為 在IOT 基 礎(chǔ) 上 不 施 磷 肥； IOT-K, 為 在IOT 基 礎(chǔ) 上 不 施 鉀 肥；FP, 為 農(nóng) 民 的 習(xí) 慣 施 肥； CK, 為 不 施 任 何 肥 料。2016 年、2017 年 不 同 處 理 的 施 肥 量 如 表2 所 示。 3.3 結(jié) 果 與 分 析 收 獲 時(shí) 將 種 植 區(qū) 域 以10m 2 為 單 位 進(jìn) 行 劃 分, 分 區(qū) 后 對(duì) 單 位 種 植 面 積 的 草 莓 進(jìn) 行 稱 重 和 營 養(yǎng) 分 析, 再 結(jié) 合2016 年 和2017 年 的 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 比 較, 結(jié) 果 如 表3 所 示。 可 以 看 出, 2016 年、2017 年 草 莓 分 別 增 產(chǎn)7.00%18.59% 和4.00% 18.32%；IOT 處 理 產(chǎn) 量 最 高, 較FP 處 理 分 別 增 產(chǎn)3.9%、7.3%, 平 均 增 產(chǎn)5.6%；IOT 處 理 和FP 處 理 間 營 養(yǎng) 含 量 和 產(chǎn) 量 均 無 明 顯 差 異。 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 數(shù) 據(jù) 管 理 系 統(tǒng) 推 薦 的 施 肥,2016 年 氮、 磷、 鉀 積 累 量 分 別 增 產(chǎn)18.6%、11.9%、16.4%；2017 年 氮、 磷、 鉀 積 累 量 分 別 增 產(chǎn)13.9%、6.2%、6.6%。 由 此 可 知, 氮 肥 是 草 莓 增 產(chǎn) 的 主 要 因 子, 其 次 是 磷 肥。 合 理 分 配 氮 肥、 磷 肥 的 比 例 是 關(guān) 鍵。 4 結(jié) 論 物 聯(lián) 網(wǎng) 管 理 系 統(tǒng) 將 蔬 菜 大 棚 的 基 礎(chǔ) 信 息、 氣 象 資 料、 土 壤 特 性 資 料 等 信 息 作 為 模 型 庫 的 輸 入, 經(jīng) 過 物 聯(lián) 網(wǎng) 云 平 臺(tái) 數(shù) 據(jù) 分 析、 運(yùn) 算 后, 制 定 出 針 對(duì) 不 同 農(nóng) 戶 個(gè) 性 信 息 的 施 肥 方 案。 試 驗(yàn) 表 明,2016 年、2017 年 物 聯(lián) 網(wǎng) 數(shù) 據(jù) 管 理 系 統(tǒng) 推 薦 氮、 磷、 鉀 混 肥 比 例 及 用 量 較 農(nóng) 戶 習(xí) 慣 施 肥 分 別 增 產(chǎn)3.9% 和7.3%, 維 生 素 含 量 增 加9.3% 和9.8%, 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 系 統(tǒng) 推 薦 的 施 肥 方 案 優(yōu) 化 了 氮、 磷、 鉀 配 肥 比, 促 進(jìn) 了 蔬 菜、 水 果 對(duì) 氮、 磷、 鉀 的 吸 收, 具 有 增 產(chǎn) 增 收、 增 加 維 生 素 含 量 的 作 用。 水 肥 一 體 機(jī) 的 設(shè) 計(jì) 可 為 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 提 供 硬 件 支 持, 通 過 接 收 云 端 控 制 命 令 實(shí) 現(xiàn) 施 肥 的 自 動(dòng) 化 智 能 化。 由 于 云 計(jì) 算 產(chǎn) 業(yè) 日 益 普 及, 使 用 成 本 越 來 越 低, 隨 之 帶 來 的 信 息 安 全 問 題 也 在 業(yè) 界 受 到 越 來 越 多 的 關(guān) 注。 因 此, 未 來 將 對(duì) 物 聯(lián) 網(wǎng) 信 息 安 全 問 題 展 開 探 索。 5 參 考 文 獻(xiàn) 1 牛 寅, 張 侃 諭. 基 于 云 模 型 模 糊 推 理 的 精 準(zhǔn) 施 肥 機(jī)pH 值 調(diào) 節(jié) 過 程 控 制J. 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械,2016,47(7)：58-64. 2WANGM,TANGY,HAOH,etal.Thedesignofagriculturalmachinery autonomousnavigationsystembasedonlinux-ARMC/AdvancedInfo- rmationManagement,Communicates,ElectronicandAutomationControl Conference,2017：1279-1282. 3 王 宜 倫, 蘇 瑞 光, 劉 舉, 等. 養(yǎng) 分 專 家 系 統(tǒng) 推 薦 施 肥 對(duì) 潮 土 夏 玉 米 產(chǎn) 量 及 肥 料 效 率 的 影 響J. 作 物 學(xué) 報(bào),2014,40(3)：563-569. 4 肖 令 祿, 王 澤 宇. 基 于 無 線 傳 感 器 網(wǎng) 絡(luò) 的 農(nóng) 田 環(huán) 境 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)J. 河 南 科 學(xué),2017,35(10)：1574-1581. 5 趙 宏 才, 趙 曉 杰, 張 興 波, 等. 基 于 專 家 系 統(tǒng) 的 黃 瓜 園 區(qū) 無 線 智 能 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 研 究J. 江 蘇 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué),2017,45(17)：215-218. 6 余 國 雄, 王 衛(wèi) 星, 謝 家 興, 等. 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 荔 枝 園 信 息 獲 取 與 智 能 灌 溉 專 家 決 策 系 統(tǒng)J. 農(nóng) 業(yè) 工 程,2016,32(20)：144-152. 7 畢 建 新, 陳 雅, 鄭 建 明. 面 向 科 學(xué) 大 數(shù) 據(jù) 的 云 計(jì) 算 平 臺(tái) 構(gòu) 建 研 究J. 現(xiàn) 代 教 育 技 術(shù),2013,23(10)：72-75. ( 上 接 第278 頁) 活 動(dòng) 中 的 流 程 與 計(jì) 算 機(jī) 結(jié) 合 起 來, 使 地 籍 辦 公 活 動(dòng) 實(shí) 現(xiàn) 一 體 化, 使 各 項(xiàng) 數(shù) 據(jù)、 資 料 的 查 閱、 編 輯 更 為 方 便, 從 而 提 升 工 作 效 率。 4 結(jié) 語 3S 技 術(shù) 應(yīng) 用 范 圍 極 為 廣 泛, 應(yīng) 在 土 地 確 權(quán) 登 記 發(fā) 證 工 作 中 明 確 其 技 術(shù) 的 應(yīng) 用 要 點(diǎn), 針 對(duì) 其 技 術(shù) 使 用 所 存 在 的 問 題 以 及 各 類 外 界 約 束 條 件 等, 提 出 技 術(shù) 的 實(shí) 際 發(fā) 展 應(yīng) 用 方 向, 給 相 關(guān) 技 術(shù) 使 用 人 員 提 供 經(jīng) 驗(yàn), 以 供 借 鑒, 最 大 限 度 地 發(fā) 揮 出 技 術(shù) 的 效 用, 優(yōu) 化 傳 統(tǒng) 的 土 地 確 權(quán) 登 記 發(fā) 證 工 作, 提 升 工 作 質(zhì) 量 和 效 率。 同 時(shí), 注 意 強(qiáng) 化 相 關(guān) 工 作 人 員 應(yīng) 用3S 技 術(shù) 進(jìn) 行 土 地 確 權(quán) 登 記 發(fā) 證 工 作 的 意 識(shí), 推 動(dòng) 我 國 土 地 管 理 項(xiàng) 目 的 發(fā) 展 進(jìn) 程。 5 參 考 文 獻(xiàn) 1 劉 彪. 農(nóng) 村 集 體 土 地 確 權(quán) 登 記 的 意 義 及 測 繪 綜 合 技 術(shù) 的 應(yīng) 用J. 現(xiàn) 代 農(nóng) 業(yè) 科 技,2016(17)：299. 2 張 水 華.3S 技 術(shù) 在 農(nóng) 村 集 體 土 地 確 權(quán) 中 的 應(yīng) 用J. 測 繪 與 空 間 地 理 信 息,2014(2)：148-150. 3 岳 國 明. 獲 嘉 縣 黃 堤 鎮(zhèn) 農(nóng) 村 土 地 確 權(quán) 中 的 相 關(guān) 問 題 及 對(duì) 策J. 河 南 農(nóng) 業(yè),2016(28)：7. 4 張 文 超. 基 于GIS 的 農(nóng) 村 土 地 承 包 經(jīng) 營 權(quán) 確 權(quán) 登 記 制 圖 技 術(shù) 研 究D. 長 春： 吉 林 大 學(xué),2016. 星 型 網(wǎng) 狀 型 簇 狀 型 協(xié) 調(diào) 器 節(jié) 點(diǎn) 路 山 節(jié) 點(diǎn) 終 端 節(jié) 點(diǎn) 圖5 ZigBee 網(wǎng) 絡(luò) 組 網(wǎng) 方 式 表1 土 壤 養(yǎng) 分 性 狀 年 份 試 驗(yàn) 地 地 理 坐 標(biāo) 堿 解 氮/gm -2 有 效 磷/gm -2 速 效 鉀/gm -2 2016 36.81N,118.05E 35.32 28.69 80.75 2017 36.82N,118.02E 48.61 28.14 81.19 表3 不 同 處 理 對(duì) 草 莓 產(chǎn) 量 及 維 生 素 含 量 的 影 響 處 理 2016 年 2017 年 維 生 素 含 量 mg(100g) -1 產(chǎn) 量 kgm -2 維 生 素 含 量 mg(100g) -1 產(chǎn) 量 kgm -2 IOT 37.23 3.19 36.45 3.23 IOT-N 32.27 2.88 32.38 3.11 IOT-P 33.45 3.01 32.99 2.90 IOT-K 33.87 3.13 32.02 2.91 FP 34.05 3.07 33.21 3.01 CK 31.02 2.69 30.01 2.73 表2 不 同 處 理 施 肥 量 (gm -2 ) 處 理 2016 年 N P2O5 K2O N P2O5 K2O IOT 140 42 65 181 56 70 IOT-N 0 42 65 0 56 70 IOT-P 140 0 65 181 0 70 IOT-K 140 42 0 181 56 0 FP 110 110 110 228 56 56 CK 0 0 0 0 0 0 2017 年 姜 巖 等： 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 的 水 肥 一 體 化 智 能 管 理 系 統(tǒng) 281