智慧農業技術在蔬菜大棚設計中的應用

占勇

（中建材蚌埠玻璃工業設計研究院有限公司 安徽省蚌埠市 233018）

引言

互聯網、物聯網等現代信息技術的快速發展和廣泛應用，使得農業種植將會進入新的高級發展階段，即智慧農業。智慧農業的興起和發展，通過采用各種智慧技術改變了傳統農業種植、灌溉、修整、施肥、噴藥、采摘、銷售等方式，使得農業生產精準化、智能化、自動化和便利化，實現了農產品增產增收、品質改善、降低成本的目標。蔬菜大棚是農業種植的一種典型方式，蔬菜的產量和品質直接關系到千家萬戶老百姓的菜籃子。因此，利用智慧技術建設蔬菜大棚，既能提高蔬菜產量和質量，又可以為智慧農業全面實施提供可參考的示范作用。

1 智慧農業技術概述

智慧農業是利用智能科學的理論、技術、方法和云計算、物聯網、移動互聯、大數據、自動化、智能化等技術手段，實現農業科研、生產過程、農業機械裝備、經營管理、決策和服務等全流程、全生命周期的數字化、網絡化、智能化、綠色化，各種農業資源與信息資源整合和優化利用，實現農信息流、資金流、物流、業務工作流的高度集成與融合的現代農業體系。智慧農業是信息化與農林牧漁業深度融合、具有創新力、生命力、競爭力和可持續發展的高度現代化的新型農業。從政策實踐看，發展智慧農業作為農業現代化的探索，最早在2016年《“十三五”規劃綱要》、“中央一號文件”中雖未明確有“智慧農業”提法，但也著重強調了要推進互聯網、物聯網、大數據和云計算，并結合現代農業、信息技術，推動農業全產業鏈改造和升級。直到2017年，中央就明確提出實施“智慧農業工程”。發展智慧農業，是為了解決“地怎么種”的問題，并提出“推進農業物聯網試驗示范和農業裝備智能化”作為政策措施推動農業傳統生產模式向智慧農業轉型。農業裝備智能化、農業生產信息化和農業管理便捷化成為政策實踐過程中智慧農業發展的三個極為重要的方向。因此，智慧農業是傳統農業向現代農業轉型的過程和體現，依靠現代科技和信息技術在農業生產中深度融合，增益農業生產環節的科技集成，推動農業供給側結構性改革。智慧農業克服了以家庭為單位的傳統經營模式的弊端，優化了農業產業鏈，解決因農村勞動力流失、農業生產效率低下、農業風險和農產品質量安全問題等造成的農業生產困境。

2 智慧農業技術在蔬菜大棚中的應用

2.1 智慧蔬菜大棚的生產監控

在蔬菜生長的過程中，土壤的溫度和濕度、空氣的溫度、濕度和含氧量、光照的強度等，每一個蔬菜生長得關鍵環節都能得到很好的監控。通過各類傳感器適時監測，并能做到按照不同種類的蔬菜成長環境，及時調整相關參數，盡可能最優的滿足蔬菜的健康成長。同時監控伴隨著各種動作傳感器，實現自動灌溉、施肥、除蟲，在實施的過程中，還能形成影相用于儲存，儲存的資料可以后期用來對比分析，及時糾偏，用于不斷改進和調整。通過視頻圖像與圖像處理，既可直觀反映一些蔬菜的生長長勢，也可以側面反映出蔬菜生長的整體狀態及營養水平，從整體上給大棚提供更加科學的種植依據。

2.2 智慧蔬菜大棚的安全監管

通過工商執法等全監管部門，對蔬菜的物流倉儲、生產加工、食品信息追溯和農機監測等一系列環節進行有效的安全監督管理，及時采集智慧大棚中蔬菜的各個環節信息，上傳到智慧農業的數據中心進行存儲、分析處理，確保智慧農業農產品的安全。提供基于GIS系統，可以定位跟蹤農機車實時狀態，并支持與作業員進行視頻語音對講；通過責任區工作劃分，以及規定農機車行駛路線，從而達到最優的工作效率。

2.3 蔬菜與光電的完美結合，智慧再升級

蔬菜的生長離不開陽光，但是在生長得過程中，我們可以利用陽光積蓄更加優質、更加方便的電能，從而進一步服務于我們的智慧農業大棚，這就是一種雙贏的模式。多余的發電量通過光伏并網系統，再創造更多的利潤，從而使得智慧的再升級，智慧再盈利。在大棚的建設過程中，通過屋面鋪設碲化鎘太陽能電池板、銅銦鎵硒電池板、單晶硅電池等多元化、多樣化的電池組件，最終實現光伏發電和光伏并網，即滿足了大棚用電需求、產生發電效益，還有效地緩解人地矛盾，是綠色農業生產的新途徑。并且直接響應了國家光伏扶貧的號召。

2.4 智慧蔬菜大棚的產品溯源

智慧農業應用系統綜合運用了多種網絡技術、條碼識別等前沿技術，實現了對蔬菜生產、流通過程的信息管理和蔬菜品質量的追溯管理、蔬菜生產檔案（產地環境、生產流程、質量檢測）管理、條形碼標簽設計和打印、基于網站和手機短信平臺的質量安全溯源等功能，并且能夠實現網站、POS機、短信和電話號碼于一體的多終端蔬菜質量追溯。

2.5 農業資本化

市場經濟條件下，產業聯動的實質是資本聯動；現代智能技術和人才都依附于資本，沒有資本支撐的智慧農業是無本之水。小農戶和現代農業的銜接，表征是現代智能技術的應用、新型農業經營主體的成長，以及土地的流轉與適度規模經營和農業社會化服務體系的完善，而資本的流動與支撐則是其應用、成長和完善的基礎。智慧農業背景下，小農戶的轉型路向在于依靠資本力量，借助現代智能技術完成農業整個產業鏈條的迭代更新。城鄉二元經濟社會結構一方面有歷史制度淵源，另一方面也在于資本隔離農業所致。通過城鄉統籌和國家監管，以現有城市信貸和農村小規模借貸為基礎，優化農村資本市場，鼓勵農戶自愿以土地承包權和宅基地使用權等多種抵押信貸形式，形成農業資本的集聚；農業資本化將取代農業生產對家庭成員的依賴，成為與工業生產類似的產業化農業。

2.6 智慧蔬菜大棚移動執法

智慧蔬菜移動執法通過監督人員現場監督執法利用移動硬件終端對蔬菜數據進行采集，并且將數據上傳到農業信息化數據交換等數個平臺系統，打造全面覆蓋的蔬菜流通生產、經營和使用監管信息服務網絡。同時與上級監管部門、同級相關部門實現數據交換，形成“上下聯通、左右互動”的信息體系，動態跟蹤日常經營過程，主動發現假冒偽劣蔬菜產品，實現蔬菜質量安全的全程追溯，提高移動執法的便捷性。

2.7 智慧蔬菜大棚電商平臺

智慧蔬菜電子商務平臺作為第三方服務平臺，免收平臺使用費，并為上線的誠信農戶商家免費提供蔬菜科技咨詢輔導、物聯網智慧蔬菜技術服務，對蔬菜的原產地、生產過程等進行監督指導，確保全部交易產品能夠追蹤溯源。

3 智慧農業技術的實際應用案例

3.1 項目概況

國內北方某市產業園智慧農業大棚，占地約1500畝，分為兩期建設，一期工程投資2億元，占地100畝。該項目綜合了中荷兩家甲級設計院的智慧結晶，綜合設計了智慧種植、智慧加工、智慧物流和智慧研發四大先進的科技平臺。采用了三新標準，能夠規范化、流水式生產各類綠色農產品，創造了當代中國智慧農業的多個第一。配置了荷蘭最先進的自動化控制系統，定植品種有四大類七個品種，主要包括粉凱果番茄、紅果番茄、櫻桃番茄、雞尾酒番茄。各類番茄的產量和銷售收入均具國內領先水平。將荷蘭的先進設計理論帶進國內，又不生搬硬套，而是結合當地的資源環境，優化整合，合理改進設計思路，實現了智慧工業和智慧農業的有機結合。

在建設的過程中，該項目還依托國內某大型綜合設計研究院的項目總承包建設管理的豐富經驗，將工程建設領域積累的寶貴經驗用在了項目的最基礎、最根本的大棚主體結構建設上，從而從源頭上、從細節上多個方面保證了項目建設質量的可靠性。

3.2 技術特點

本項目因位于我國北部城市，該地區的氣候特點是冬天非常寒冷，氣溫經常下降到零下30℃。因此，溫室建設必須能夠承受大雪載。項目設計和建設團隊的專業性確保提供合適的設備來創建和保持西紅柿生產的最優生長氣候，即使可能在極端天氣條件下也是如此。業主方非常滿意產品的質量和項目管理團隊在建設階段采用的方法，盡管時常會面臨極端的氣候條件。

本項目另一個顯著特點就是采用了國際先進的銅銦鎵硒太陽能電池板供電和市電供電相結合的方式，并做到了智能監控和智能圖顯。銅銦鎵硒的高轉換率在屋面大面積太陽能電池組件上表現得尤為明顯，特別是國內的這家設計院整合了德國的先進技術，并在此基礎上進行了創新，將銅銦鎵硒的轉換率進一步提高，從而使得屋面發電量大大增加，讓農業的智慧轉換為實實在在的經濟效益。

本項目余下的技術特點還有：

（1）發芽室地下供暖。

（2）水倉存儲。

（3）重用和凈化水。

（4）智能噴霧器。

（5）昆蟲遮蔽幕簾，有效限制疾病傳染。

（6）昆蟲閘。

3．3 技術挑戰

除了氣候條件困難，項目還面臨溫室西紅柿生產的各種技術挑戰。因為該地區的天然氣資源匱乏，燃煤供暖是最好的選擇。燃煤供暖涉及高壓下燃煤塵，最小化煙塵粒子生產，提高燃燒率。天然氣供暖系統中，通常是從天然氣燃燒過程中的排放物中提取二氧化碳。由于在該地區沒有充足的天然氣供應，本項目利用柴油動力鍋爐生產二氧化碳。其中的廢熱在溫室中得到重用。

4 結語

綜上所述，近年來，我國逐漸進入到大數據時代，人工智能、云計算、物聯網和移動互聯網技術的不斷發展和成熟，智慧農業將轉變傳統農業的方式，實現農業種植精準化、加工可視化、銷售電商化、管理智能化、服務社會化等智能管理。智慧農業技術在蔬菜大棚中的應用設計為智慧農業提供了一個鮮明、生動的智能化案例，為智慧農業的方案設計提供了較好的參考價值。