淺談物聯網在設施蔬菜生產上的應用

梁文彬

（河北省廊坊市農業局經濟作物站，廊坊 065000）

淺談物聯網在設施蔬菜生產上的應用

梁文彬

（河北省廊坊市農業局經濟作物站，廊坊 065000）

文章主要分析物聯網關鍵技術特點及現代農作物生產特征及構建技術系統。為了有效降低蔬菜生產成本，提高蔬菜產品品質，開展“蔬菜水肥智能控制系統的開發研究”，實現蔬菜生產信息的自動采集、傳輸與自動控制，并通過相關行業專家知識庫輔助系統，實現設施蔬菜生產從育苗到采收的全過程智能化監測、控制和科學管理。

物聯網 設施蔬菜 應用

1 技術應用的目的、意義和國內外現狀分析

現今，智能控制系統已廣泛地應用于工業、農業、軍事等多個領域，并呈現出強大的生命力和發展前景。農業生產領域中，蔬菜產業發展已進入將信息技術作為實質性要素，引入到蔬菜生產整個過程的新階段。

目前，國內的水肥智能控制系統主要是以色列等幾家國外的產品，存在著價格昂貴，操作系統未本土化，設計參數與中國生產實際不匹配等問題，難以大面積推廣。而目前我國在此方面的研究甚少。

為此，開展“蔬菜水肥智能控制系統的開發研究”，就是利用計算機技術和智能化農業信息技術來完善蔬菜水肥智能控制系統。該技術及技術產品應用，對提高我國蔬菜生產現代化程度，合理利用有限的自然資源，降低蔬菜生產成本，提高蔬菜產品品質和產量，促進現代化蔬菜產業良性發展等，都具有重要的現實意義和實用價值。

2 技術的主要內容

（1）開發集農業生產信息采集、農作物葉片生理信息檢測分析、農作物生產環境信息測控為一體的綜合智能系統，完成農作物生產環境與自身生理信息指標的測控與生產管理功能。（2）運用計算機網絡終端感知技術及監測作物生長環境信息，進一步完成作物生長環境各種物理和生物因素信息的采集、協同處理和信息服務等多功能集成。（3）運用靈活無線組網技術，可實現信息的短、中、長距離的可靠傳輸。（4）運用系統網絡的智能控制技術，實現對農作物生產環境的智能化管理。

3 技術構建形成運行系統

分析計算機網絡信息及農作物生長特征，開發基于物聯網的農業生產管理及環境因素作業流程。技術開發緊緊圍繞計算機網絡終端，通過全面感知、可靠傳輸、控制系統智能化處理等3項技術功能的連續實現，為實現智能監測、控制、水肥管理、定量可控自動施肥等打下堅實的基礎。

4 形成的關鍵技術

4.1 信息采集終端的設計與制作

系統開發緊緊圍繞系統網絡“全面感知、可靠傳送、智能處理” 3項功能的實現，綜合利用傳感技術、多傳感器融合技術、無線通信及嵌入式系統，完成蔬菜水肥智能化信息的采集與預處理，并把信息通過無線網絡傳輸給系統網絡信息中心。

4.2 嵌入式系統設計

現場數據采集的核心技術是嵌入式系統，并通過該系統，實現采集與監測的智能化、網絡化。

4.3 數據傳輸系統設計

研究在蔬菜水肥智能化田間生產環境中，隨機部署無線傳感器主要針對組織網絡，利用網絡中的節點控制傳感器采集數據信息，并發送到遠程用戶監控系統，對局部區域做出精細控制，以達到最大收益的目的。

5 技術研究具有創新性、先進性、成熟性

5.1 技術的創新性

（1）全面感知農作物生理及生產環境信息。（2）實現信息的可靠傳輸。（3）研究出農業生產智能控制終端產品，完成蔬菜各生產環節、生產環境與自身生理信息指標的測控智能動態管理。（4）開發出低成本、實用型的系列農業智能應用新產品，開創了系統網絡在智能農業領域的研究與應用。

5.2 技術的先進性

（1）基于物聯網的農業生產信息采集終端，在國內同類系統的技術結構、芯片選擇、選型和技術指標方面具有先進性。（2）農業生產信息無線傳輸網絡系統能夠實現實時采集監控區域的農田信息，在信息技術應用于農業生產上具有先進性。（3）基于低成本、傻瓜型、知識性的農業智能產品的應用，是傳統農業向現代農業發展的一次重大改革。

5.3 技術的成熟性

通過專家鑒定、室內室外測試、實際生產應用，該項技術為一項成熟的技術。該技術產品已成為實用型多功能技術產品。2014年，在文安縣興隆果蔬專業合作社西瓜種植上，示范應用3.33 hm2，效果良好。不僅實現節約用水68%，節約用肥45%，每667 m2減少勞動用工成本1 960元，每667 m2西瓜增產452 kg，而且提高了蔬菜產品品質。通過有效的降低生產成本，提高產品質量和產量，使每667 m2新增經濟效益4 048元。

6 技術研究的主要應用領域

該技術主要應用于農作物生產全過程的智能監測控制，摒棄傳統的生產方式，實現農作物生長全程信息化自動采集、傳輸與控制，并在專家知識庫輔助下，實現農業生產的全過程智能化控制、科學化管理。

7 技術研究對社會經濟發展起到良好的作用

7.1 經濟效益

通過此項技術的實施，可有效降低農業生產中的勞動用工成本70%左右；節約用水60%～70%；提高肥料利用率46%。通過對農作物的實時智能監控分析，根據農作物本身的生理需要，控制肥水的施用，有效的平衡作物養分，提高農作物的產量和產品品質，有效提高農業生產經濟效益。同時，通過蔬菜水肥智能控制系統的銷售，可為企業創造豐厚的經濟效益。

7.2 社會效益

由傳統農業向現代化農業的一次跨越性轉變，是農業生產模式質的飛躍，明顯提高了農業生產水平，實現了農業增產，農民增收，具有劃時代的社會效益。

7.3 生態效益

相比傳統的農業生產方式，可大幅度降低因過量灌溉施肥引起的地下水污染、空氣污染和農業生產資料過度濫用對農業生產環境的污染，生態效益十分顯著。