計算機物聯網技術在農業溫室領域方面的運用

云南省電子工業研究所 云南省昆明市 650000

摘要：隨著我國科學技術的不斷發展，信息技術在各行各業的應用也越來越廣泛。將計算機物聯網技術和農業相結合，有利于我國現代化的農業建設。本文重點介紹了計算機物聯網技術在農業溫室領域方面的應用，并對應用的情況作了簡要的分析。

關鍵詞：物聯網技術；農業；溫室；運用

我國是傳統的農業大國，農業在我國經濟建設中起著非常重要的作用。目前，我國大力發展新農業建設，積極提高農業的信息化水平。計算機物聯網技術作為一項新興的技術，對農業的發展起到重要的作用。在溫室大棚種植領域應用物聯網技術，能夠對農作物的生長環境、農作物的長勢等進行科學的診斷和預測，有利于農作物的生長，因此我們在農業溫室領域應該將這一技術推廣開來。

一、物聯網技術簡介

物聯網技術，作為一項新興的技術，主要是指將近距離移動收發器植入到日常生活用品和配件中，讓人和人、物和物、人和物之間可以不受時間和地點的約束進行交流[1]。物聯網技術可以看做是互聯網技術的延伸，是以計算機互聯網技術為基礎，實現信息的互聯和共享。物聯網技術可以對農作物的生長環境進行實時監控，對光照、溫度、濕度、空氣中氧氣和二氧化碳含量和土壤的特性都能有效控制，從而有利于控制農作物生長的更好。

二、智能大棚的設計

1.智能大棚的結構設計

一般來說，智能大棚以無線傳感網絡作為基礎，并分別向上和向下添加信息應用層和信息感知層，從而形成三層的基本結構[2]。智能大棚的體系結構如下圖1所示。

圖1 智能大棚體系結構圖

2.智能大棚的控制流程

智能大棚系統的設計主要是為了配合數據的采集工作和設備的控制工作，它主要是由不同的無線射頻節點、傳感器節點和農業設備節點等構成。智能大棚系統不僅能夠實現對農業設備的遠程控制，而且能夠將數據進行分析、存儲、清理，最終通過圖表和表格的方式向用戶展示。智能大棚系統的流程圖如下圖2所示。

圖2 智能大棚系統流程圖

三、物聯網技術在溫室大棚中的集成應用

1.數據采集技術

應用物聯網技術可以有效的完成溫室大棚內的數據采集工作，得到我們想要的數據[3]。比如，在溫室大棚中，我們可以通過對農作物的種類和生長特點進行分析，來布置相應的光照傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器等設備，來完成對農作物所需的環境數據的采集工作。一般來說，我們采集的信息會經過RFID和WSN及時的傳遞到數據獲取和分析單元，數據經過物聯網關的分析處理后最終被上報至服務器。其中，嵌入式的物聯網關設備設有多個數據傳輸、控制和傳感方面的接口。物聯網關的服務器設備主要用于對數據進行接收、解析、組包和發送等方面的工作。

1.設施控制技術

一般來說，溫室大棚中存在用于噴灌和采光等方面的農業設備，而且配電箱附近設有能夠自動化的控制板，不僅可以實現農業設備的手動控制和自動控制，而且可以使這兩種控制方式有效結合。我們采集到的數據經過信息感知層處理之后，可以同服務器設定的數據庫數據進行對比，按照預先設定的參數，經過物聯網的網關服務器，向農業設備發送命令，農業設備就可以按照程序自動進行工作。控制命令還可以經過無線網絡實現對控制的反饋，從而對風機、遮陽、閥門等設備進行有效控制，最終實驗對智能溫室大棚環境條件的控制。

2.視頻監控技術

我們可以通過在溫室大棚內安裝監控，來實現溫室大棚內的視頻監控。一般來說，監控攝像機主要安裝在大棚的溫室兩側以及入口等處，通過視頻監控可以對大棚現場情況有一個詳細的了解。我們利用攝像機內的視頻圖像，可以在任何時候都實現大棚內的遠程監控，對農作物的具體生長狀況了如指掌，可以為科研和生產等工作提供可靠的資料，同時也能保障溫室大棚的安全，減少對大棚農作物的偷盜現象。一般來說，視頻監控采用的是流媒體技術，流媒體技術利用流媒服務器來實現視頻的轉發、輸入和輸出等功能。

3.終端用戶應用技術

一般來說，溫室大棚主要包括便攜電腦、智能手機、PC機和PDA等應用終端。具有B/S結構的服務器能夠有效實現智能溫室大棚的日常管理和維護等方面的工作，可以給不同的用戶提供不同的服務。一般來說，能夠有效實現為終端用戶提供設備的信息管理、用戶管理以及種植交流等方面的應用。其中，設備的信息管理主要包括傳感器、大棚和農業設備等方面信息的管理。用戶管理主要包括用戶增加、用戶刪除和權限管理等。種植交流主要包括專家論壇、聊天工具和供求信息的顯示等方面。

四、物聯網技術控制系統

1.溫度控制子系統

一旦溫度上升到大于設定值，PLC控制器就會開啟大棚卷簾和通風機組，使戶外的空氣進入，同時能夠將熱空氣排出，這樣溫室大棚內的溫度就會又下降到溫度的設定值。如果溫度下降到小于設定值，PLC控制器就會就會對通風機組和大棚卷簾進行關閉，同時光照系統會相應的開啟，這樣溫度又會回升到設定值。

2.濕度控制子系統

一旦濕度上升到大于設定值，PLC控制器就會啟動通風機組，使戶外的空氣進入，同時能夠將濕氣排出，這樣溫室大棚內的濕度就會又下降到濕度的設定值。如果濕度下降到小于設定值，PLC控制器就會對噴霧器灌溉系統進行開啟，這樣濕度又會回升到設定值。

3.CO2濃度控制子系統

一旦CO2濃度上升到大于設定值，PLC控制器就會啟動通風機組，使戶外的空氣進入，同時能夠將CO2氣體排出，這樣溫室大棚內的CO2濃度就會又下降到濃度的設定值。如果CO2濃度下降到小于設定值，PLC控制器就會對通風機組進行關閉，同時對CO2控制器進行開啟，這樣CO2濃度又很快回到了設定值。

五、溫室大棚應用實例

環境感知是物聯網技術的應用基礎，農民如果僅僅依靠自己的經驗對農業大棚進行管理和種植，就會很難保證大棚的經濟效益，容易造成浪費，不利于節約成本。我們可以在大棚內布設傳感器和各種設備，來實現對大棚內溫度、濕度和CO2濃度等方面的控制，并且根據我們實時監測的數據對農作物進行施肥、灌溉、防治病蟲害等工作，這樣能夠有效促進農作物的生長，有利于農業的發展。

例如，在溫室大棚內蔬菜種植時，我們可以建立一套基于遠距離系統的RFID蔬菜識別系統，通過將近距離移動收發器植入到蔬菜內，系統可以對蔬菜準確的識別，并且可以為農民提供準確的資料和信息。

結語：

本文重點介紹了計算機物聯網技術在農業溫室領域方面的應用，并對應用的情況作了簡要的分析。計算機物聯網技術通過對光照、溫度和濕度等因素的控制，促進農作物的生長，從而保障我國農業的發展。因此，我們應該積極把先進技術引入到農業中來，這樣才能有效促進現代化農業的建設。

參考文獻：

[1]張丹，王建華，吳玉華等.物聯網技術在農業溫室大棚中的應用研究[J].安徽農業科學，2013，（7）：3218-3246.

[2]陳靜.物聯網技術在日光溫室大棚中的應用研究[J].科技信息，2012，（36）：578-579.

[3] 齊莉.物聯網農業智能測控系統的特點、優勢及其在溫室大棚的應用[J].安徽農業科學，2011，39（30）：18989-18992.

上接第437頁

城市綠地廊道不僅是維護城市生態平衡、美化城市景觀環境的重要手段，同時，它有機聯系城市內外自然環境，引入郊野新鮮空氣，可緩解城市熱島效應，改善城市氣候。因此，城市綠地廊道也是組織城市通風的重要載體。尤其對于城市的夏季高溫是其最惡劣氣候條件，利用綠地廊道組織城市自然通風為城市降溫顯得尤為重要。

選擇正確的城市平面組合形式：合理栽種樹木，形成綠化廊道，有利于導風、透風。樹木可以降低風速，通常風速減少10%以上的范圍，迎風可達樹高的5倍，背風可達樹高的2倍，保護綠化帶如能使4%的風透過則可發揮最大的防風效果；樹木層的下層開放的植物栽種計劃可讓涼風吹過，濃密的大樹及林下灌木則可阻擋強風侵襲；建筑物或活動頻繁場所應安置有遮陰樹或大片草坪等有冷卻空氣效果地區的下風處。

緩解城市熱島的綠地廊道通常應具備兩個條件：一是方向性，綠地廊道應順應本地區的主導風向，并且，根據實驗研究顯示，當風向與廊道風口呈一定夾角，具體為30°至60°時，“穿堂風”最為順暢，且風速均勻。同時，在保證廊道主體方向順應主導風向的前提下，廊道形式的曲折會增加風在城市內部的流動；二是貫通性：城市綠地廊道應盡量與城市外圍郊野綠地直接溝通，形成整體，并貫穿城市內部，避免在城市內部形成綠化孤島。

2.3建筑細節重改善

自然通風的風壓作用和熱壓作用隨著建筑物的高度而增強，由此，高層建筑的自然通風較為有利，但是，高樓林立下的“山谷”對風場結構和大氣污染的時空分布產生強烈的影響，形成“峽谷”效應。同時，高層建筑卻把城市上空的高速風引向地面，帶來變幻莫測的“高樓風”，危害行人和行車安全；風荷過大，玻璃幕墻會出現“雪崩”損壞。“峽谷”效應的另一表現形式是由于高層建筑云集，在建筑群體之間某些區域內可能形成“死小區”，空氣不流通，造成嚴重的空氣污染。同時高層建筑群還可能產生電子屏蔽效應，對電子信號、無線電波產生影響。高樓林立所造成的“峽谷”效應，已成為現代城市的公害。因此對周邊地區自然通風的穩定性和控制不利，造成的高速風使得建筑周邊的人群行走艱難。

a）基座型建筑

由于“樓房風”對行人的危害，可將高層建筑的下層部分規劃為一大片的低層建筑物，以此減少對行人活動層的影響，下層部分的大片低層建筑稱為高層建筑的基座；底層建筑設計的高度必須比周圍的建筑物高，以避免樓房風影響周圍的低矮建筑，形成過渡層。

b）中空化建筑

在建筑物的中層部分設置大開口，使得風能穿透而過，由此降低高層建筑引起的高空高速下沉風風速，建筑物中空層設置的位置以接近受風面的氣流分歧點附近，其風速增加領域為最小。

c）其他措施

建筑平面轉角處理：角偶鋸齒狀處理，使迎風側上游處面積小，而下游處面積大；或將建筑物平面圓形化以降低風速增加領域。

墻面凹凸變化：將建筑物墻面做成凹凸狀，以阻擾氣流，降低橫切建筑物側面的風速；建筑物墻面凹凸狀變化，可籍遮陽板或增設陽臺方式處理。

3總結

建筑的室外風環境是影響生活其中人員舒適性的重要內容，也是影響室內熱、風環境的基礎條件。合理的建筑布局、體型設計和室外園林綠化布置往往產生舒適的室外風環境和理想的室內自然通風，也會減少室內空調負荷，體現了節能、生態、綠色的建筑理念。

街道風環境受城市氣候、區域地形、街道形態等眾多因素影響，本文主要從街道及其兩側建筑層面進行研究，分析表明建筑布局的合理性、通風廊道的建立及建筑本身的各項細節均能改善街道立面的自然通風環境，具體措施包括交錯式建筑群布局、逐漸抬升的建筑高度、順應主導風向的建筑方位、精心布局與設計通風廊道、建筑垂直變化與開口優化。

參考文獻：

[1] 任超，袁超，何正軍等，城市通風廊道研究及其規劃應用[J].城市規劃學刊，2014，（3）：52-60

[2] 王雪英，許東，丁波，有關城市風環境上設計的若干問題的探討[J].遼寧工業大學學報（自然科學版），2009，29（3）：174-177

[3] 李軍，黃俊，炎熱地區風環境與城市設計對策-以武漢市為例[J].室內設計，2012，（6）：54-59

[4] 劉姝宇，沈濟黃，城市氣候研究在中德的城市規劃中的整合途徑比較研究[D]，浙江大學博士學位論文，2012

作者簡介：

劉倩，女，助理工程師，碩士，1990年2月，工作單位：廣東省建筑科學研究院。