日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)應用推廣.pdf

金娟 日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)應用推廣 J 農業(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)應用推廣 金 娟 北京市數(shù)字農業(yè)農村促進中心 北京 100101 摘 要 結合農業(yè)物聯(lián)網技術在北京市日光溫室智能控制的推廣工作 介紹與椰糠基質栽培高品質番茄生產相結合的日光溫 室環(huán)境智能集成控制技術體系 包括軟件集成和硬件配置 并提出了農業(yè)物聯(lián)網技術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)的應用推廣提供參考模式 關鍵詞 物聯(lián)網 日光溫室 農業(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 關于推進 互聯(lián)網 農業(yè) 的實施意見 北京市鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略 規(guī)劃 2018 2022 和 關于全面推進鄉(xiāng)村振興加快 農業(yè)農村現(xiàn)代化的實施方案 等文件 將數(shù)字農業(yè)列 為全市農業(yè)領域重點工作 提出農業(yè)生產智能化水平 要大幅提升 核心技術 智能裝備研發(fā)與集成應用取 得重大突破 適宜農業(yè) 方便農民的輕簡化 傻瓜 式信息技術得到大面積推廣應用 中試和熟化一批農 業(yè)物聯(lián)網關鍵技術 智能裝備和解決方案 推廣一批 節(jié)本增效農業(yè)物聯(lián)網應用模式 提高農業(yè)產出率 勞 動生產率 資源利用率 1 2 結合實際 北京市積極整合涉農資源 利用移動互 聯(lián)網 農業(yè)物聯(lián)網及云計算技術 實現(xiàn)日光溫室中各 類硬件 設備的智能化控制 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)化調控策略 讓農民會使用 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體系由物 聯(lián)網環(huán)境感知系統(tǒng) 溫室智能控制終端 信號傳輸網 絡 溫室智能硬件裝備 遠程控制平臺5部分組成 物 聯(lián)網環(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)網環(huán)境感知系統(tǒng)實時傳送的環(huán)境信息 并根 據(jù)技術人員的指令或者預設的策略 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 技術人員可 以應用該平臺實時查看并控制各個裝備 并可以預設 控制策略讓整個系統(tǒng)自主運行 3 4 1 1 農業(yè)通用智能硬件接入與控制平臺 針對目前農業(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)了農業(yè)硬件專用服務 收稿日期 2021 12 08 修回日期 2022 02 13 作者簡介 金娟 碩士 主要從事農業(yè)信息化研究 E mail benz 250 第 12 卷 第 5 期 農 業(yè) 工 程 Vol 12 No 5 2022 年 5 月 AGRICULTURAL ENGINEERING May 2022 系統(tǒng) 農業(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 多類型的農業(yè)智能硬件設備接入 形成企業(yè) 內部的智能控制網絡 根據(jù)不同智能控制設備開發(fā)相 應的控制策略 直接使用微信就可以實現(xiàn)不同設備的 遠程智能控制 操作簡便 農民容易接受 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 硬件設備數(shù)據(jù)以及控制功能 并可以與農場云等業(yè)務 平臺無縫對接 農業(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)境感知設備 環(huán)境感知設備像整個體系的 感官 系統(tǒng) 是實現(xiàn) 溫室環(huán)境智能控制的數(shù)據(jù)基礎和來源 包括新型太陽 能可移動溫室環(huán)境傳感器 農業(yè)生產圖像自動采集設 圖1 溫室環(huán)境智能集成控制系統(tǒng)結構 Fig 1 Structure of greenhouse environment intelligent integrated control system 圖2 農業(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)應用推廣 21 備 手持式多功能農業(yè)智能檢測分析設備 農業(yè)氣象 監(jiān)測站 為了適應椰糠基質栽培模式 基質槽內部署 了基質含水量傳感器 基質溫濕度計等設備 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中樞 負責接收物聯(lián)網環(huán)境感知系統(tǒng)的各類環(huán)境信息 同時 對溫室內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 遠程控制溫室內所有設備 一個設備便可將 所有溫室執(zhí)行設備有機聯(lián)結到一起 為農作物創(chuàng)造一 個最適宜的生長環(huán)境 達到優(yōu)質 高產 高效的效果 智能控制終端采用一體化設計 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 預防無關人士隨意操控溫室設備 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 溫室內外設 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 溫室智能控制技術體系在設施種植推廣應用 中仍然存在不少問題 總結來看有以下3個方面 2 1 投入產出不匹配 溫室智能控制技術體系推廣最大的障礙在于投入產 出比低 經濟性不強 相較于溫室單產收益 智能控 制裝備價格高昂 同時 智能設備的實際價值未充分 體現(xiàn) 當前 農業(yè)物聯(lián)網應用還處于溫室環(huán)境感知層 面 只有卷膜卷簾 灌溉等少數(shù)環(huán)節(jié)的應用相對成熟 物聯(lián)網技術應用率還較低 導致對溫室環(huán)境控制和設 備操作無法實現(xiàn)遠程自動控制 耗費人工較大 生產 標準化程度低 9 10 2 2 管理模式不匹配 經營主體的管理模式導致其對于農業(yè)物聯(lián)網的接受 程度不同 因而溫室智能控制的推廣難易程度并不同 經營主體有多種類型 大致分為農戶 家庭農場 農 民合作社 企業(yè)管理 大 中型 經營者和家庭農場 直接經營屬于個體經營模式 其生產銷售一體化 對 于溫室智能控制接受程度低 適合功能簡單 可產生 直接經濟效應的產品 如卷膜卷簾等 在企業(yè)管理的 模式下 其生產 經營流程相對完善 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 一體化設備等 因此 溫室控制技術體系推廣需要與 農場管理模式相匹配 不同的經營管理模式 應構建 不同的服務模式 11 圖3 日光溫室內設備部署 Fig 3 Deployment of equipment inside solar greenhouse 22 農業(yè)工程 信息與電氣化 2 3 技術標準不匹配 目前 國內缺乏完整的農業(yè)物聯(lián)網技術標準體系 自動卷簾 施肥灌溉等常用的物聯(lián)網設備來自不同廠 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)分享和服務協(xié)同變得異常困難 這種異構性使得 物聯(lián)網難于實現(xiàn)廣泛的集成應用 可靠性也難以保證 同時 上層應用系統(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 技術創(chuàng)新 應用物聯(lián)網 云計算 傳感 人工智能等多種信息 技術 通過技術創(chuàng)新和集成創(chuàng)新 示范了新型智能控 制設備 并改造了傳統(tǒng)溫室硬件設備 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 用 進而實現(xiàn)了溫室環(huán)境數(shù)據(jù)采集 分析 控制一體 化應用 日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的技術體系及軟件功 能模塊的運轉充分體現(xiàn)了信息技術與農藝技術有效融 合的特點 促進了農業(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)充分考慮了農機 農藝 與 信息化融合應用原則 為今后高標準的智能日光溫室 建設提供了參考標準和建設模型 在技術方案和設備 示范上 堅持問題導向 針對農業(yè)物聯(lián)網應用的問題 和不足 瞄準農民真正需求 著力攻堅關鍵環(huán)節(jié)技術 難關 形成了可復制 可推廣的建設模式 3 3 機制創(chuàng)新 通過與農業(yè)技術推廣 農業(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 為項目實施中設備研 發(fā) 技術方案設計 效果驗證 系統(tǒng)試運行與功能完 善等關鍵環(huán)節(jié)打下了堅實基礎 強調信息化的支撐和 服務作用 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 結合近年來推廣實踐和經驗 對北京市農業(yè)物聯(lián)網 推廣提出以下建議 1 結合北京市農業(yè)產業(yè)特點 加強農業(yè)物聯(lián)網 關鍵核心技術和共性技術的研究 進一步提升農業(yè)物 聯(lián)網設備的適用性 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)字農業(yè)領域創(chuàng) 新型企業(yè) 2 目前 農業(yè)物聯(lián)網技術在農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測 領域已經較為成熟 但是灌溉 通風 降溫等智能裝 備應用率較低 尚未形成 感知 決策 控制 的應用 閉環(huán) 限制了農業(yè)物聯(lián)網應用效益 14 控制模型和 底層控制精度是實現(xiàn)閉環(huán)的關鍵性因素 這依賴于精 準的農業(yè)感知 智能化的數(shù)據(jù)模型學習技術 3 以需求為導向 分層分級制定農業(yè)物聯(lián)網應 用技術方案 以滿足不同規(guī)模 不同經營模式的需求 農業(yè)物聯(lián)網技術的深度應用需要具備一定規(guī)模的集約 化生產模式的支撐 以小規(guī)模單一農戶種植為主的設 施蔬菜種植對農業(yè)物聯(lián)網技術整體解決方案的需求并 不強烈 在實踐應用中 以單一應用場景建設解決農 場實際需求 再尋求場景的整合應用 圖4 日光溫室外設備部署 Fig 4 Deployment of equipment outside solar greenhouse 金娟 日光溫室環(huán)境控制系統(tǒng)應用推廣 23 5 結束語 數(shù)字農業(yè)是新時期農業(yè)的主要形態(tài)和典型特征 是 用現(xiàn)代工業(yè)生產的組織方式 管理理念和先進技術發(fā) 展現(xiàn)代農業(yè)而形成的一種新的農業(yè)業(yè)態(tài) 農業(yè)物聯(lián)網 技術是實現(xiàn)農業(yè)生產 經營 管理 服務的在線化和 數(shù)據(jù)化的重要技術方式 是數(shù)字農業(yè)發(fā)展的必要支撐 十四五 期間 農業(yè)物聯(lián)網技術的研究推廣必將成 為北京市數(shù)字農業(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施應用現(xiàn)狀 及問題分析 J 農業(yè)工程技術 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 備開發(fā) J 農機化研究 2018 40 4 83 86 PEI Xue FAN Aohua LIU Huanyu et al Development of green house rolling machine control equipment based on temperature and light coupling J Journal of Agricultural Mechanization Research 2018 40 4 83 86 3 張國祥 劉星星 張領先 等 基于CFD的日光溫室溫度與卷簾 開度關系研究 J 農業(yè)機械學報 2017 48 9 279 286 ZHANG Guoxiang LIU Xingxing ZHANG Lingxian et al Rela tionship between indoor temperature and rolling shutter opening of solar greenhouse based on CFD J Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery 2017 48 9 279 286 4 彭秀媛 白冰 王楓 等 日光溫室內環(huán)境科學數(shù)據(jù)監(jiān)測傳感器 5 的布設 J 江蘇農業(yè)科學 2017 45 10 167 170 張國祥 傅澤田 張領先 等 中國日光溫室機械卷簾技術發(fā)展 現(xiàn)狀與趨勢 J 農業(yè)工程學報 2017 33 S1 167 170 ZHANG Guoxiang FU Zetian ZHANG Lingxian et al Develop ment status and prospect of mechanical rolling shutter technology in solar greenhouse in China J Transactions of the Chinese Society of Agricul tural Engineering 2017 33 S1 167 170 6 董亮 王家忠 孔德剛 等 日光溫室卷簾機自動接縫裝置設 計 J 河北農業(yè)大學學報 2016 39 6 107 111 DONG Liang WANG Jiazhong KONG Degang et al A design of automatic seamless device for solar greenhouse rolling machine J Journal of Agricultural University of Hebei 2016 39 6 107 111 7 李亞迪 苗騰 朱超 等 北方日光溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計與 實現(xiàn) J 中國農業(yè)科技導報 2016 18 5 94 101 LI Yadi MIAO Teng ZHU Chao et al The design and implement ation of intelligent monitoring system for solar greenhouse in northern China J Journal of Agricultural Science and Technology 2016 18 5 94 101 8 宋明軍 邱仲華 甘肅省日光溫室通風技術的發(fā)展現(xiàn)狀 問題與 對策 J 農業(yè)工程技術 2016 25 17 20 9 王蕊 楊小龍 馬健 等 日光溫室保溫技術應用現(xiàn)狀 J 農 業(yè)工程技術 2016 19 9 11 10 楊玉波 日光溫室溫度調控管理措施 J 現(xiàn)代農村科技 2021 7 102 11 張國輝 林娜 杜文婷 等 黑龍江省日光溫室高效生產模式篩 選 J 農業(yè)工程技術 2021 41 16 34 40 12 葛亮 崔海成 常梅梅 戈壁日光溫室口感型番茄綠色高效栽培 技術 J 上海蔬菜 2021 5 32 33 13 郭華歌 郭春梅 寧春雪 天津地區(qū)日光溫室冬季熱環(huán)境測試與 模擬研究 J 天津城建大學學報 2021 27 4 273 278 GUO Huage GUO Chunmei NING Chunxue Double membrane sol ar 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