白亞利

（無極縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 河北 無極 052460）

目前，中國有6 500 萬畝設(shè)施農(nóng)業(yè)，主要生產(chǎn)蔬菜和水果，其產(chǎn)值相當(dāng)于3 億畝大田種植，然而在設(shè)施農(nóng)業(yè)方面的智能化和物聯(lián)網(wǎng)化程度普遍偏低。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)發(fā)展也經(jīng)歷了從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)再到數(shù)字化技術(shù)賦能的智慧農(nóng)業(yè)幾個階段。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，對提高種植技術(shù)、管理水平及生產(chǎn)效益，具有重要的意義。

1 日光溫室番茄生產(chǎn)現(xiàn)狀

日光溫室，是設(shè)施農(nóng)業(yè)的一種，在我國主要分布在黃淮海區(qū)域和東北三省，全國蔬菜之鄉(xiāng)的壽光也主要采用日光溫室種植蔬菜。日光溫室耗能低，冬季不需加熱增溫，白天通過后墻體吸收太陽能并進(jìn)行貯存，晚上放熱，室內(nèi)始終維持相對穩(wěn)定的溫度。通過人為控制環(huán)境條件，提升種植、管理水平，從而增加收益。

番茄是我國種植面積最大的蔬菜，通過日光溫室種植，其生長環(huán)境由人為控制，可延長番茄的生產(chǎn)周期和供應(yīng)周期，實現(xiàn)了冬季吃番茄的愿望。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在日光溫室番茄生產(chǎn)中的作用

2.1 節(jié)省人力成本，提高生產(chǎn)效率。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用，很大程度上可節(jié)省人力成本，提高生產(chǎn)效率。目前，應(yīng)用于日光溫室的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備主要有環(huán)境感知采集設(shè)備(氣象監(jiān)測站、光溫室環(huán)境監(jiān)測儀、土壤墑情監(jiān)測儀、土壤pH 值傳感器、土壤溫濕度傳感器、土壤EC 傳感器、蟲情測報燈)、智能環(huán)境控制設(shè)備(可視化放風(fēng)機(jī)、卷簾機(jī)、水肥一體機(jī)、遮陽控制器等)、實時視頻監(jiān)控設(shè)備等，所有的設(shè)備可通過智能終端(手機(jī)、平板等)應(yīng)用進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[1]?？梢暬棚L(fēng)機(jī)是日光溫室主要控制環(huán)境設(shè)備，已在壽光地區(qū)廣泛應(yīng)用。①自動控溫：內(nèi)置PID 算法，通過控制日光溫室的上下風(fēng)口，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制溫濕度，達(dá)到在植物的不同生長周期，不同的生長條件下，每天不同時段的溫度控制，達(dá)到植物生長的最優(yōu)化。②高清拍照：設(shè)備外接USB 攝像頭，支持UVC 協(xié)議，可現(xiàn)實植株生長情況可視化，為溫室托管、蔬菜溯源提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。③平臺監(jiān)管：設(shè)備采集到的溫濕度參數(shù)上傳平臺，通過大數(shù)據(jù)分析，得出當(dāng)前種植的最佳生長氣候，再通過設(shè)備進(jìn)行控制，實現(xiàn)溫室種植的自動化、平臺化、智能化。④移動端實時檢測：設(shè)備各項運行情況、各項溫濕度、植株當(dāng)前生長情況可視化，都可通過手機(jī)APP 來實時檢測和遙控。當(dāng)室內(nèi)溫度過高、過低、停電、電機(jī)工作異常時，通過中央控制器適時向手機(jī)發(fā)出報警，以便及時處理。⑤數(shù)據(jù)記錄功能：設(shè)備可本地存儲各項運行數(shù)據(jù)、溫濕度采集數(shù)據(jù)、自動控制數(shù)據(jù)、平臺控制和手動控制數(shù)據(jù)；存儲時間可長達(dá)半年。⑥簡易安裝：設(shè)備外殼為公司開模設(shè)計，采用標(biāo)準(zhǔn)的航插接口，可實現(xiàn)設(shè)備外接傳感器、電源、電機(jī)的插接；在室內(nèi)安裝時，設(shè)備外殼自帶安裝孔，可通過抱箍、鐵絲等，降低了安裝難度；設(shè)備本身防水等級在IP65。

2.2 實時監(jiān)測，科學(xué)管理。在番茄栽種到采收等各時期均需精準(zhǔn)控制環(huán)境條件，隨物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合發(fā)展，可遠(yuǎn)程實時獲取溫室內(nèi)的溫濕度、光照強度、土壤水分、土壤溫度、pH 值、EC 值和視頻數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)決策，自動控制溫室內(nèi)卷簾、放風(fēng)機(jī)、濕簾、補光燈、水肥一體機(jī)等設(shè)備，調(diào)節(jié)種植區(qū)內(nèi)的環(huán)境參數(shù)至滿足其生產(chǎn)的最佳值；同時，可通過手機(jī)向用戶展示實時監(jiān)控信息、推送告警，并接受終端對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制命令，從而實現(xiàn)溫室管理的智能化。通過手機(jī)遠(yuǎn)程操控，智能放風(fēng)機(jī)根據(jù)“數(shù)據(jù)—作物—管理”建立的作物模型進(jìn)行自動化精準(zhǔn)控制；補光燈基于光照監(jiān)測實現(xiàn)自動控制，陰雨天也能做好光照控制，保證產(chǎn)量；水肥一體機(jī)根據(jù)土壤墑情自動灌溉。物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測設(shè)備的使用為番茄種植提供數(shù)據(jù)支撐，可視化放風(fēng)機(jī)和卷簾機(jī)、霧化機(jī)可改善溫室環(huán)境，利于提高種植技術(shù)。通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備實時遠(yuǎn)程獲取的溫室大棚內(nèi)部環(huán)境因子數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)狡脚_儲存并形成智能報表[2]，利于對大棚實時環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，從而提高種植技術(shù)，同時也為溫室環(huán)境的優(yōu)化及新技術(shù)品質(zhì)引進(jìn)提供堅實的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 極端環(huán)境和設(shè)備故障及時報警。不同作物不同生育時期所需最適宜的環(huán)境條件不同。根據(jù)壽光經(jīng)驗和科學(xué)理論的結(jié)合，總結(jié)出適合當(dāng)?shù)刈魑锷a(chǎn)的環(huán)境控制模型，包括不同生育時期最適宜的溫度、濕度、光照條件、土壤溫濕度、土壤EC 值、土壤pH 值、二氧化碳濃度等區(qū)間，其設(shè)備均可將環(huán)境條件自動調(diào)節(jié)至最適宜區(qū)間內(nèi)。若通過現(xiàn)有設(shè)備無法調(diào)整作物生長的適宜區(qū)間，并超過系統(tǒng)設(shè)定的預(yù)警閾值后，則向種植戶實時發(fā)送報警信息，可及時采取干預(yù)措施，以便降低損失，尤其是悶棚和凍害引起的損失巨大[3]。另外對于設(shè)備故障也能及時提醒，如斷電、信號弱或其他故障，均能及時提醒用戶排除故障，將其損失降到最低，真正實現(xiàn)信息化、智能化管理。

2.4 精準(zhǔn)解決痛點，切實提質(zhì)增效。我國日光溫室的智能化和物聯(lián)網(wǎng)化程度偏低，利用日光溫室軟硬件一體化，用數(shù)據(jù)賦能農(nóng)業(yè)，積極運用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等新技術(shù)，利用AIoT 技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)深度融合，利用傳感器采集數(shù)據(jù)，挖掘“數(shù)據(jù)—作物—管理”之間的最優(yōu)關(guān)系，建立基于機(jī)器學(xué)習(xí)和專家經(jīng)驗的作物種植模型和數(shù)字大棚，實現(xiàn)溫室環(huán)境自動控制和科學(xué)管理。

智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向，通過信息化技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，不僅省時省力，還幫助種植者高效、科學(xué)的進(jìn)行生產(chǎn)管理，提高了作物產(chǎn)量，改善了作物品質(zhì)，實現(xiàn)了降本增效、提質(zhì)增收的目標(biāo)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日光溫室種植番茄發(fā)展策略

通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實時采集數(shù)據(jù)，從棚體、水肥、植保、栽培等多個管理維度建立番茄作物模型，實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備環(huán)境采集數(shù)據(jù)和作物模型的結(jié)合，通過大數(shù)據(jù)分析和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)決策，進(jìn)一步控制溫室內(nèi)智能化設(shè)備，調(diào)節(jié)種植區(qū)域內(nèi)的環(huán)境參數(shù)至最佳值；在番茄生長發(fā)育的不同時期，通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)實時查看、環(huán)境異常和設(shè)備故障異常報警，全面記錄數(shù)據(jù)并永久儲存，為農(nóng)業(yè)科研工作者、政府部門提供歷史數(shù)據(jù)。

建議政府部門建立高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施農(nóng)業(yè)基地，重點集成環(huán)境感知設(shè)備、環(huán)境控制設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、智能重點應(yīng)用等物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)新裝備的應(yīng)用，提高科技水平和科學(xué)種植的投入，鼓勵引進(jìn)日光溫室物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，提升日光溫室番茄種植水平，提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)，增加農(nóng)民收入。