徐 達(dá) 邱浩杰 金 慧

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，杭州 311300；2.杭州市蕭山區(qū)市政綠化養(yǎng)護(hù)保障中心，杭州 311200；3.杭州市余杭區(qū)人民政府，杭州 311300）

當(dāng)今社會逐漸步入數(shù)字化社會，物聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)的不斷發(fā)展，使得產(chǎn)品設(shè)計逐漸趨于智能化。在信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革的時代背景下，家庭園藝作為景觀設(shè)計下的分支，也逐漸呈現(xiàn)出智能化的發(fā)展趨勢：家庭智能園藝作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與景觀的切入點存在潛在的市場需求；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與景觀的結(jié)合得益于多種復(fù)合技術(shù)層面的支持；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在未來景觀綠化管理上存在很大應(yīng)用前景。以浙江省大學(xué)生職業(yè)生涯規(guī)劃與創(chuàng)業(yè)大賽一等獎《“智園”--基于IoT技術(shù)的家庭智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)》為案例，分析基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家庭園藝產(chǎn)品的設(shè)計研究，并總結(jié)智能景觀產(chǎn)品的設(shè)計策略：以人為本原則、系統(tǒng)化原則、低耗能原則、生態(tài)性原則、原真性原則，進(jìn)一步拓展依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的家庭智能園藝輻射范圍，以期為家庭園藝設(shè)備在園藝領(lǐng)域乃至城市景觀領(lǐng)域的應(yīng)用開拓新路徑。

物聯(lián)網(wǎng)；家庭園藝；智能設(shè)備；園藝養(yǎng)護(hù)；園藝系統(tǒng)

黨的十八大報告深化了各項生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略，隨后針對垂直綠化、屋頂綠化、立體綠化等各類城市綠化建設(shè)與指導(dǎo)文件紛紛出臺；黨的十九大以來，人們對于美好精神生活的期待進(jìn)一步提高，集中表現(xiàn)在對優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境與質(zhì)量追求上。園藝植物的美觀形式、空氣凈化與食用保健功能進(jìn)一步催化了居民對家庭園藝的青睞，同時從事家庭園藝活動也能促進(jìn)人勞逸結(jié)合，逐漸使家庭園藝成為一種日漸風(fēng)靡的綠化新形式與新生活方式，家庭園藝作為一種能充分利用城市建筑物再生空間進(jìn)行綠植栽培和管理的活動形式[1]，近年來在園藝市場中持續(xù)升溫。而在當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet of things，IoT）蓬勃發(fā)展的時期，家庭智能園藝技術(shù)應(yīng)運而生，其是園林與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合體，通過智能技術(shù)融合生活空間與人工栽培來提高城市綠化量，進(jìn)一步豐富了“私家園林”與農(nóng)耕園藝的結(jié)合形式，并以其強大的智能化功能，彌補了戶主時間、精力以及養(yǎng)護(hù)技術(shù)上的不足。

在家庭園藝管理中，高精度智能化的實時檢測分析遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人的主觀判斷，能有效提高植物養(yǎng)護(hù)水平?！丁爸菆@”--基于IoT技術(shù)的家庭智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)》（以下簡稱“智園”）這項科技作品采用“一平臺、五系統(tǒng)”的工作模式，運用IoT中智能識別技術(shù)、PLC微型電腦技術(shù)、植物信息分析技術(shù)、GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、近紅外光譜無損數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、CCD感光傳感技術(shù)等將硬件與軟件設(shè)計有機結(jié)合，實現(xiàn)對種植區(qū)塊的光照條件、土壤濕度等參數(shù)實時監(jiān)測與測量，最后達(dá)到遠(yuǎn)程操控養(yǎng)護(hù)的目的。

文章以“智園”項目為例，通過分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在家庭園藝管理中的應(yīng)用方式，細(xì)數(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能景觀現(xiàn)有產(chǎn)品類別、存在問題、優(yōu)劣特性等基礎(chǔ)信息，引出“智園”家庭智能園藝系統(tǒng)的特質(zhì)優(yōu)勢與針對現(xiàn)存問題的解決方式，以期借助“智園”家庭智能園藝系統(tǒng)來拓寬物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與園林結(jié)合的研究領(lǐng)域。

1 家庭園藝與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1.1 家庭園藝

園藝一詞包括“園”和“藝”[2]，《辭源》中稱“植蔬果花木之地，而有藩者為園”，《論語》中稱“學(xué)問技術(shù)皆謂之藝”[3]，因此園藝約是指種植蔬菜、果樹或觀賞植物等的生產(chǎn)技藝，相應(yīng)地可分為果樹園藝、蔬菜園藝和觀賞園藝。傳統(tǒng)的家庭園藝，是指在庭院中進(jìn)行的園藝活動及園林景觀建設(shè)，包括養(yǎng)花、插花及盆景等。

中國園藝營建歷史可追溯到商周時期的園囿，當(dāng)時人們將在籬笆保護(hù)區(qū)內(nèi)開展植物栽培的形式稱為園藝[4]?，F(xiàn)代家庭園藝作為方興未艾的產(chǎn)業(yè)，最早成形于20世紀(jì)70年代，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化進(jìn)程和人們對居住水平要求的提高而應(yīng)運而生[5]。其以緩解城市化進(jìn)程中人、自然、社會的矛盾為核心，將園藝園林技藝與現(xiàn)代家居生活的有機結(jié)合，是“園藝療法”向家庭的貼近、延伸與實踐，作為一種觀賞、康養(yǎng)、優(yōu)質(zhì)的家庭應(yīng)用生態(tài)產(chǎn)品，是未來開拓中國“生態(tài)文明”建設(shè)的園藝產(chǎn)業(yè)新領(lǐng)域的重要指向[6]。

已有研究表明，植物能夠起到調(diào)節(jié)濕度、凈化空氣等作用[7]。李樹華、吳志雄等證實了植物能給人積極的心理暗示[8-10]。家庭園藝活動也由傳統(tǒng)食用、觀賞功能拓展到裝飾審美和植物療愈功效追求，如Ambrose等[11]從衛(wèi)生健康角度分析證明家庭園藝活動有助于提高居民的情緒幸福感，探析其與生理健康之間的關(guān)系。但由于城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市中實際擁有庭園的市民少之又少[12]，國內(nèi)家庭園藝逐漸演變?yōu)椤凹揖訄@藝”，主要利用居室內(nèi)、陽臺、屋頂和露臺等空間種植各類植物。傳統(tǒng)植物配置多以花卉組合樹木造景，現(xiàn)代的庭院植物配置包括常綠小喬木、灌木、藤本、花卉、觀賞蔬菜及地被植物等，并適當(dāng)?shù)呐渲醚b飾類的小品[13]，以實現(xiàn)既能塑造家居風(fēng)格，又能綠化美化環(huán)境，還能輔助修身養(yǎng)性的目標(biāo)。繼而在當(dāng)前追求生活品質(zhì)的當(dāng)下，家庭園藝的興起和普及程度可作為衡量區(qū)域園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要指標(biāo)，更是國民生活水平和幸福指數(shù)的體現(xiàn)。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧園藝

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動了生活水平的提高，綠色健康的生活方式愈發(fā)得到普羅大眾的青睞。通過栽培花草可以陶冶情操，舒緩壓力、裝飾環(huán)境，以增加家居場所的自然氣息，調(diào)節(jié)生活情趣。當(dāng)前，傳統(tǒng)的家庭園藝方式存在以下幾項不足：（1）園藝活動的建設(shè)與養(yǎng)護(hù)需要用戶投入大量額外的時間和精力；（2）在養(yǎng)護(hù)管理過程中大部分用戶缺乏植物基本養(yǎng)護(hù)知識；（3）缺乏專業(yè)養(yǎng)護(hù)管理的植物的生長往往達(dá)不到用戶的預(yù)期狀態(tài)。這容易導(dǎo)致用戶浪費大量時間、精力和金錢[14]。通過調(diào)研訪談發(fā)現(xiàn)：有超57%的用戶缺乏對特定植物的生長習(xí)性與養(yǎng)護(hù)管理知識。即使是目前常見的家庭養(yǎng)植植物，如景天（屬肉質(zhì)干性花卉需少澆水）、風(fēng)鈴草（屬喜濕花卉需多澆水）、薄荷（屬葉面生毛花卉不宜葉面澆水）等，用戶對其也僅是略知皮毛。同時63%的受訪者表示平時不會關(guān)注周圍環(huán)境（如空氣濕度、溫度、光照等）對植物產(chǎn)生的影響。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為新一代信息技術(shù)演進(jìn)與發(fā)展的載體，是當(dāng)今信息時代的重要成果，是將各類信息傳感與互聯(lián)網(wǎng)連接起來的新型網(wǎng)絡(luò)。首先以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)進(jìn)行延伸和擴展；其次物聯(lián)網(wǎng)的用戶端能聯(lián)系任何物品與物品之間，即物物相息。鑒于互聯(lián)網(wǎng)并沒有考慮到用戶端任何物品的連接問題，因此使用能延伸和聯(lián)系任何物品的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)對智慧園藝的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理[15]。同時，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)智能園藝與大尺度的室外園林相結(jié)合，構(gòu)建起室內(nèi)外融合的現(xiàn)代生態(tài)園林，并借以智慧園林大數(shù)據(jù)庫優(yōu)勢，實現(xiàn)人與自然用有機連接起來，達(dá)到人、自然、社會間的互感、互知與互動[16]。

1.3 現(xiàn)有植物智能養(yǎng)護(hù)存在的癥結(jié)

梳理國內(nèi)研究智能植物養(yǎng)護(hù)工作的現(xiàn)狀：（1）多聚焦于運用在地植物改善家居園藝環(huán)境上，例如劉洋[17]在考察邯鄲家庭園藝發(fā)展與北方特有的種植現(xiàn)狀后，梳理了居民在家庭園藝養(yǎng)護(hù)中的遇到的困難，家居空間局限性對于家庭園藝產(chǎn)業(yè)的掣肘等問題，并依據(jù)居民消費、政府支持和市場引導(dǎo)三大方面提出了相應(yīng)的可行性建議。（2）周穎[18]針對社會性的家庭園藝種養(yǎng)模式，開展系統(tǒng)性的問題梳理與總結(jié)，探討國內(nèi)城市家庭園藝在不同建筑空間內(nèi)的模式發(fā)展概況，并綜合歸納國內(nèi)家庭園藝空間布置及植物栽培的模式后提出改進(jìn)對策。（3）從智能景觀改造與植物結(jié)合的角度論述家庭園藝的觀賞與呈現(xiàn)效益，通過對家庭園藝景觀產(chǎn)品中的概念類型、選擇設(shè)計上、總結(jié)提出設(shè)計主題創(chuàng)意、運用不同植物色彩間相互搭配的觀賞效果及家居植物種植設(shè)計模式，為人們打造家居園藝提供設(shè)計主題創(chuàng)意和種植設(shè)計參考模式[19]。綜合而言，目前研究趨向于大類的種養(yǎng)模式的結(jié)論探討與合理性論證，較多忽略了植物養(yǎng)護(hù)本身的冗雜繁復(fù)過程，也忽略了養(yǎng)護(hù)者對植物的品類習(xí)性及生長狀態(tài)有充分了解的前提?，F(xiàn)代都市人群工作繁忙，無法很好地照料花草。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的勃興恰好使之逐漸走進(jìn)并高度參與人們的生活，可從各方面輔助人們參與家庭園藝的建設(shè)與養(yǎng)護(hù)。智能園藝系統(tǒng)能夠幫助用戶自動采集環(huán)境信息，通過監(jiān)測室內(nèi)溫度、濕度、PM2.5、光照度等各項環(huán)境數(shù)據(jù)，并運用移動端控制智能設(shè)備來實現(xiàn)噴霧、澆水、除蟲等家庭植物養(yǎng)護(hù)活動，同時運用尋跡技術(shù)、自平衡技術(shù)等克服傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)工作中效率低、效果差、人力資源和水資源等能耗大的問題，提供更多家居智能產(chǎn)品的交互體驗。

1.4 現(xiàn)有同類相關(guān)產(chǎn)品競品分析

考量現(xiàn)有的在家庭植物養(yǎng)護(hù)方面的現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的研究聚焦于家居植物的養(yǎng)護(hù)、植物生長環(huán)境的改善、適配家居的養(yǎng)護(hù)環(huán)境改造等（表1），例如PARROT出品的全球首個無線智能植物檢測設(shè)備FlowerPower01，研究人員在設(shè)備上裝載了4枚傳感器來測量周邊5～10 cm內(nèi)的土壤，用于監(jiān)測土壤濕度、肥料水平、環(huán)境溫度以及光照強度等參數(shù)。并以此來統(tǒng)計分析、記錄，最終向用戶提供后續(xù)建議。FlowerPower02H2O仍需外接蓄水設(shè)備（如塑料瓶或其他盛水容器），通過滴灌、噴灌、噴霧等方式為植物澆水。FlowerPower03Pot將水隱藏在盆里，造成了設(shè)備體積較大[20]。RPE家庭園藝灌溉系統(tǒng)是專門為室內(nèi)外的陽臺、露臺、花盆和小花園設(shè)計的滴灌系統(tǒng)，可根據(jù)家庭的實際情況任意添加或減少配件；調(diào)整植物需水量；在使用中可節(jié)省70%的水。小米的“智能花盆”產(chǎn)品內(nèi)置非接觸式水肥高精度監(jiān)測儀，能夠識別植物本身與環(huán)境數(shù)據(jù)，內(nèi)置3 200多種植物，通過與手機APP中的花卉數(shù)據(jù)庫匹配比對，提示用戶科學(xué)地細(xì)節(jié)養(yǎng)護(hù)植物。

綜上，考察目前已面向市場的相關(guān)產(chǎn)品中，F(xiàn)lowerPower02H2O主要針對植物供水，單一的功能對用戶吸引力較小，在養(yǎng)護(hù)層面，針對植物的種類識別與細(xì)節(jié)化梳理及后續(xù)生長建議與預(yù)測上較為薄弱；FlowerPower01功能較前者齊全，忽視了個性化的植物智能數(shù)據(jù)庫建設(shè)，產(chǎn)品與使用者的互動方面較薄弱；小米的智能花盆集合了目前最新的技術(shù)，一定程度上可滿足智能化家居養(yǎng)護(hù)的需求，但仍是針對單一植物養(yǎng)護(hù)而構(gòu)建的智能設(shè)備，未形成完整的微型生態(tài)系統(tǒng)。而本文所探討的“智園”項目，參考了目前市場上已出現(xiàn)的智能化園藝產(chǎn)品與技術(shù)，依托于IoT的智能識別技術(shù)、PLC微型電腦技術(shù)、植物信息分析技術(shù)等技術(shù)，可接續(xù)此前的智能園藝設(shè)施優(yōu)點，創(chuàng)造性地結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打造家庭智能園藝系統(tǒng)平臺，連通智能家居的各項設(shè)施，拓展家庭的物聯(lián)網(wǎng)植物養(yǎng)護(hù)方式，以期在滿足全方位自動養(yǎng)護(hù)植物生長的同時，最大程度地實現(xiàn)人與植物的良性互動。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能景觀產(chǎn)品設(shè)計考量與策略

“智園”項目通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)一體化智能平臺，滿足家庭園藝所需的各項功能。物聯(lián)網(wǎng)所賦予智能產(chǎn)品的可識別化、智慧化、系統(tǒng)化的特點使得景觀智能化成為可能。而“智園”項目的智能識別系統(tǒng)、智能灌溉系統(tǒng)、智能遮陽系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)等對于更大尺度智能化景觀以及情景式體驗景觀具有一定的參考價值。因此，當(dāng)面對這類智能景觀的設(shè)計時，需充分考慮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點以及在智能景觀產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用策略[21]。

2.1 人性化

智能化景觀在設(shè)計時也應(yīng)以人為本，設(shè)計首先應(yīng)圍繞為使用者解決問題、滿足使用者的需求，滿足使用者的功能要求[22]。其次設(shè)計的包容性要考慮到不同年齡層、社會背景、認(rèn)知程度的使用對象情況，尤其要關(guān)注社會中的弱勢群體的使用問題，充分考慮這類人群的認(rèn)知和行為特征，智能景觀的使用應(yīng)該簡易便捷，減少此類人群的使用障礙，體現(xiàn)設(shè)計者對人的尊重與關(guān)切。最后，由于景觀智能化，不免會融入機械裝置，如何保證此類裝置的安全性也是設(shè)計者需要關(guān)注的問題。

2.2 系統(tǒng)化

物聯(lián)網(wǎng)將景觀與人、人與網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)與景觀有機組合成了一個整體。同樣，如果將景觀中的各項單體也通過物聯(lián)網(wǎng)有機組合，形成一個龐大統(tǒng)一的智能景觀系統(tǒng)，實現(xiàn)管理者對景觀的實時監(jiān)控，從而使日常管理水平上升，確保景觀的美觀、安全，植物的健康生長以及對突發(fā)事件進(jìn)行及時響應(yīng)；對使用者來說，完整的景觀智能化系統(tǒng)，可以使其獲得更完整、便捷、豐富的游覽體驗[23]。

2.3 低耗能

“智園”家庭智能園藝系統(tǒng)以循環(huán)利用為原則，在實際運行過程中搭載的監(jiān)控設(shè)備可最大程度地減少各種廢棄物對環(huán)境的影響，在建設(shè)過程中做到了既充分利用環(huán)境友好型材料和先進(jìn)低碳工藝，并得以在降低整體的系統(tǒng)造價的同時改善小規(guī)模的生態(tài)環(huán)境，突出家庭園藝綠化的特色。

2.4 生態(tài)性

運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“智園”家庭智能園藝系統(tǒng)可完整地還原小規(guī)模生態(tài)系統(tǒng)的“生物圈”層次與內(nèi)容，在追求生態(tài)化的家庭園藝與居民家庭園藝衍生上推廣智能家庭園藝種植模式，在關(guān)注生態(tài)產(chǎn)品的同時，促進(jìn)家庭園藝系統(tǒng)本身內(nèi)部的生態(tài)環(huán)境中的各類植物與智能設(shè)備和諧共生，從而在家庭生活空間中造就了微型的生態(tài)園藝呈現(xiàn)模范。

2.5 原真性

對于園林的定義，周維權(quán)在《中國古典園林史》中這樣記述：“園林乃是為了補償人們與自然環(huán)境相對隔離而創(chuàng)造的‘第二自然’”[24]。園林景觀作為人為營造的“第二自然”，首先還是得保留其自然的特征，滿足人對于自然環(huán)境的向往。因此景觀中智能化的裝置，如燈光、鋪裝、水池等不能喧賓奪主，不能破壞原有的生態(tài)環(huán)境[25]。

3 “智園”系統(tǒng)優(yōu)勢特性

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“智園”家庭智能園藝系統(tǒng)，集植物科普知識與通信傳感技術(shù)為一體，通過手機APP便捷、清晰的控制界面實現(xiàn)家庭園藝植物的智能化管理，既美化了家庭環(huán)境，優(yōu)化、解決了用戶對植物的管理養(yǎng)護(hù)問題，并嘗試將家庭園藝融入智能化家居管理整體系統(tǒng)，實現(xiàn)舒適、便捷、智能化的家居生活[26]。

3.1 智能化、自動化程度高

本系統(tǒng)采用嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來構(gòu)建精準(zhǔn)灌溉遮陽硬件平臺和軟件系統(tǒng)，基于32位微處理器STM32F103ZET6，設(shè)計用于水肥EC值、pH值等參數(shù)信息監(jiān)測及灌溉施肥的一體式控制器?？刂破魅诤狭薢igBee無線短距離通信技術(shù)，聯(lián)通基于MSP430F149處理器設(shè)計的無線監(jiān)測節(jié)點，組建針對陽臺環(huán)境無線傳感網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)陽臺灌溉環(huán)境在線信息監(jiān)測。

依托手機APP、傳感器與感應(yīng)器，實現(xiàn)用戶與植物的雙向互動。并且在集合目前已有的單一智能園藝產(chǎn)品的優(yōu)點基礎(chǔ)上，基于結(jié)構(gòu)化設(shè)計理念，對系統(tǒng)內(nèi)的硬件和軟件進(jìn)行升級。依托ASP.NET及WEB服務(wù)開發(fā)了遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺，借助網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)異地信息監(jiān)測與設(shè)備監(jiān)控等功能，實現(xiàn)了陽臺灌溉網(wǎng)絡(luò)化、智能化控制與管理，為陽臺精準(zhǔn)灌溉提供了智能的解決方案。在智能遮陽系統(tǒng)上結(jié)合家庭智能窗簾，將遮擋面料換成可透光的百葉窗形式以達(dá)到調(diào)節(jié)光照的目的，通過靈活調(diào)整百葉窗角度（0°、22.5°、67.5°、90°），極大程度上滿足了植物所需的光照強度。

3.2 系統(tǒng)擴展性廣

本系統(tǒng)較目前已有的智能園藝產(chǎn)品，除了基礎(chǔ)的智能植物養(yǎng)護(hù)與監(jiān)控外，開創(chuàng)性地加入了“植物云數(shù)據(jù)庫”“智能植物識別”的功能。智能植物識別功能的實現(xiàn)基于葉片與花型圖像特征融合的家庭園藝植物自動識別算法，現(xiàn)已有常見的60種家庭園藝植物（以杭州地區(qū)為例）成功輸入植物圖片庫中。并且依托植物云數(shù)據(jù)庫，當(dāng)智能識別系統(tǒng)準(zhǔn)確識別植物種類之后，便會進(jìn)入植物云數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息比對，植物云管家系統(tǒng)進(jìn)行智能決策，生成適合該種植物生長的一系列光照、水分?jǐn)?shù)據(jù)，并輸出至各個終端模塊，如灌溉系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)，實現(xiàn)植物的科學(xué)化管理。

3.3 生態(tài)效果顯著

目前已推出的智能園藝產(chǎn)品有的聚焦于專類的植物養(yǎng)護(hù)，有的運用于園藝智慧管理，但對于微型生物圈的生態(tài)養(yǎng)護(hù)層面的設(shè)施則較為稀缺。“智園”系統(tǒng)將追求全系統(tǒng)的生態(tài)效益作為重要的實現(xiàn)目標(biāo)，在生態(tài)營造過程中協(xié)調(diào)各類云數(shù)據(jù)庫與識別功能，同時在智能養(yǎng)護(hù)過程中創(chuàng)設(shè)各項量化的生態(tài)效益指標(biāo)，將生態(tài)環(huán)境高質(zhì)量營造作為養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，以此開展對“智園”家庭智能園藝系統(tǒng)中植物群落的維護(hù)。

3.4 系統(tǒng)運轉(zhuǎn)良好

“智園”系統(tǒng)可持續(xù)穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)植物養(yǎng)護(hù)、土壤保肥、監(jiān)控生長等各項功能，在智能化、高效化地處理各項數(shù)據(jù)的同時，通過應(yīng)用各類現(xiàn)代植物技術(shù)保障植物生長質(zhì)量的提升，簡單、科學(xué)、有效率地維護(hù)整體微型生物圈的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，從而減少植物資源浪費和對家居環(huán)境影響，推動智慧園藝的可持續(xù)的發(fā)展。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“智園”家庭智能園藝系統(tǒng)構(gòu)建

4.1 家庭智能園藝系統(tǒng)構(gòu)架

“智園”家庭智能園藝系統(tǒng)的主要功能有智能植物養(yǎng)護(hù)管理與智能識別（圖1）。智能植物養(yǎng)護(hù)的主要功能包括灌溉、遮陽補光、土壤監(jiān)測等功能；智能識別主要指基于植物葉型、花型等特征的線上植物識別庫，以及具有植物養(yǎng)護(hù)參考價格的植物習(xí)性庫。“智園”采用“一平臺、五系統(tǒng)”的工作模式，其中“一平臺”指集成了多設(shè)備信息交互處理的家庭園藝一體化智能平臺；“五系統(tǒng)”指智能識別系統(tǒng)、智能灌溉系統(tǒng)、智能遮陽系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安全系統(tǒng)。使用者可通過對應(yīng)App實現(xiàn)線上數(shù)據(jù)傳遞，實時把握家庭園藝狀況，從而滿足用戶遠(yuǎn)程、高效、專業(yè)化的家庭園藝養(yǎng)護(hù)（圖2）。

圖1 技術(shù)原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of technical principle

圖2 APP邏輯示意圖Fig.2 APP logic diagram

4.2 家庭智能園藝一體化智能平臺

智能化平臺為一款命名為“PLC”（Plant Care+）的手機APP，通過信息集成、自動監(jiān)測、智能管理等手段，實現(xiàn)對種植區(qū)塊的光照條件、土壤濕度等參數(shù)實時監(jiān)測；通過數(shù)據(jù)庫與監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析，實現(xiàn)智能遮補光，精準(zhǔn)噴灌等功能；通過平臺視頻拍攝、剪輯、美化等功能，滿足用戶社交分享的需求。

傳感器會將數(shù)據(jù)實時反饋至程序，程序通過WAN交互機傳輸協(xié)議進(jìn)一步反饋給智園云服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)發(fā)送至智能手機客戶端，用戶便可實時了解植物的生長信息。用戶通過智能移動端將實時發(fā)送處理指令，系統(tǒng)通過信息處理及特征提取模塊進(jìn)入解碼器，根據(jù)聲學(xué)、語言模型及詞典，將分析出的詞串?dāng)?shù)據(jù)通過云服務(wù)器將指令傳給內(nèi)置SDK工具包嵌入智能模塊組，從而實現(xiàn)程序發(fā)出信號對智能養(yǎng)護(hù)設(shè)備的終端控制。

4.3 家庭智能園藝五大系統(tǒng)

智能識別系統(tǒng)，革新了傳統(tǒng)手動輸入信息的環(huán)節(jié)，利用智能植物識別技術(shù)以達(dá)到簡化信息輸入的作用（圖3）。為此，團(tuán)隊利用專業(yè)知識，基于專業(yè)老師的耐心指導(dǎo)以及大量文獻(xiàn)閱讀，建立了常見的家庭園藝植物圖片庫，提出了基于葉片與花型圖像特征融合的家庭園藝植物自動識別算法。

圖3 智能植物識別系統(tǒng)工作原理示意圖Fig.3 Schematic diagram of the working principle of the intelligent plant recognition system

智能噴灌系統(tǒng)，將集自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)等集中于一體，運行時通過土質(zhì)檢測儀實時采集土壤的情況，分析植物水分需求，通過內(nèi)置的通訊模塊，將情況實時傳送到服務(wù)器，并顯示在APP中，保證灌溉的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)還采用多種流量模式，對植物進(jìn)行更為精確的噴灌（圖4）。

智能遮陽系統(tǒng)，支持一鍵開關(guān)、定時開合，并支持對有不同光照需求植物進(jìn)行個性化設(shè)計。通過不同厚度、寬度的葉片與不同的開孔率的組合保證不同的遮陽效果，智能遮陽系統(tǒng)實現(xiàn)了戶主不在家的情況下也能遠(yuǎn)程操控，達(dá)到在炎熱的夏天為特殊植物遮陽的作用，極大程度地避免了植物曬傷，根部燒傷（圖5）。

圖5 智能遮陽窗簾工作示意圖Fig.5 Working diagram of smart shade curtain

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過庭院中的攝像頭和輔助設(shè)備進(jìn)行24 h全天候不間斷的監(jiān)控，并以等時間間隔拍攝圖像、視頻錄制的方式記錄園藝過程。圖像畫面清晰、穩(wěn)定，擁有紅外夜視功能，實時了解植物生長情況，手動、自動監(jiān)控噴灌等園藝活動。

考慮到用戶無法24 h查看視頻監(jiān)測系統(tǒng)，因此引入第5個系統(tǒng)--智能安全系統(tǒng)（圖6），從而解決使用過程中可能出現(xiàn)的安全事故。智能安全系統(tǒng)分為“植物養(yǎng)護(hù)安全”和“園藝設(shè)備安全”兩部分。其中“植物養(yǎng)護(hù)安全”系統(tǒng)，解決諸如植物旱澇危害、光照過強等問題；“園藝設(shè)備安全”系統(tǒng)，解決諸如用電安全、設(shè)備自檢等問題。此外，該模塊增加安全鎖功能，保護(hù)家中兒童、老人免于操作意外。

圖6 安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Schematic diagram of security system structure

5 結(jié)語

“智園”項目依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建科學(xué)化、集成化的家庭園藝智能管理系統(tǒng)，依據(jù)家庭空間大小、功能、結(jié)構(gòu)等建設(shè)方面，結(jié)合不同居住空間的實際應(yīng)用，實現(xiàn)人與植物的互動交流。從“智園”項目反映出：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可在景觀照明、景觀噴灌、景觀植物形態(tài)識別、景觀遠(yuǎn)程監(jiān)控管理等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用，通過對區(qū)域園林環(huán)境精準(zhǔn)化監(jiān)測，依據(jù)不同綠化植物的生長習(xí)性等屬性來制定灌溉策略、監(jiān)控養(yǎng)護(hù)周期、實施病蟲害預(yù)防和改善區(qū)域小環(huán)境，以此節(jié)約家庭園藝的各項成本、提升家庭園藝綠化養(yǎng)護(hù)效率、實現(xiàn)高效園藝管理目標(biāo)。

通過本文的研究，進(jìn)一步表明物聯(lián)網(wǎng)在未來園藝領(lǐng)域乃至城市景觀領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，當(dāng)前基于物聯(lián)網(wǎng)的智能景觀技術(shù)也有技術(shù)層面的支持，未來利用“智園”家庭智能園藝系統(tǒng)結(jié)合在家庭園藝環(huán)境，在智能監(jiān)控系統(tǒng)中引入智能聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)、多參數(shù)環(huán)境檢測與采集更加便捷，可進(jìn)一步簡化了家庭園藝養(yǎng)護(hù)與管理系統(tǒng)，設(shè)計出適合各地市居民開展園藝活動的種植和裝飾模式，推動進(jìn)一步的園藝業(yè)監(jiān)測智能化與便捷化成為家庭智能園藝發(fā)展的大勢所趨，由此，推廣進(jìn)行實際案例建設(shè)與建設(shè)說明則順理成章。為此，本研究將進(jìn)一步深化，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與其他信息技術(shù)融合進(jìn)城市園林綠化管理，構(gòu)建情景體驗式景觀，同時有效提高園林管理者的工作效率、管理水平。

注：文中圖表均由作者繪制。