設施園藝物聯網系統建設思路與功能分析

彭璟 劉艷芳

[摘要]結合設施園藝生產管理需求，提出了設施園藝物聯網系統原理與建設思路，分析了系統組成與功能特色。該物聯網管控系統能實現設施園藝生產管理的智能感知、智能控制，使溫室大棚內環境始終保持在最佳生長狀態。

[關鍵詞]設施園藝；物聯網

[中圖分類號]S62 [文獻標識碼]A

設施園藝作物多為高附加值的蔬菜、苗木花卉等作物，這些作物的生產管理需要實現精細化、標準化、現代化。傳統的設施園藝生產作業主要靠人工方式，費時費力，且難以達到科學合理種植的要求。設施園藝物聯網管控系統可有效解決這一問題，其核心任務是準確、快速、實時地采集大棚溫室內環境參數（如空氣溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度、土壤溫濕度等），然后根據作物生長需要對溫室大棚內環境調節設備（如風機、濕簾、滴灌、噴灌、天窗等）進行智能控制，從而保證設施內作物始終處于最佳的生長環境，以提高作物的品質和產量。

1 設施園藝物聯網系統原理

利用數據無線傳輸，通過傳感網絡、數據采集模塊、視頻監控模塊，實時遠程獲取農業設施內部的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強度及視頻圖像等，通過智能控制器進行模型分析，自動控制濕簾風機、噴淋滴灌、內外遮陽、頂窗側窗、加溫補光、水肥一體化等設備，保證設施內環境較適宜作物生長，為農作物優質、高產、高效、安全創造條件。系統可以通過手機、PDA、計算機等發布實時監測信息、預警信息等。該系統能滿足設施園藝日常環境管理需要。當環境參數超出設定范圍時，系統能自動啟動相應環境調節設備而不需人為操作，達到智能控制環境目的，讓溫室大棚內環境參數始終保持在最佳生長環境狀態，最大限度地減少生產質量事故的發生。

2 設施園藝物聯網系統組成與功能分析

系統由一個物聯網管控平臺和“五個子系統”組成。

2.1 物聯網管控平臺

應用物聯網技術，可通過計算機或手機隨時接收各種實時采集的精準傳感器數據，可以通過遙控溫室內的視頻監控，觀察溫室的全面情況，實現溫室管理的高效和精準，實現節約人手和時間、改善產品品質、調節生長周期、提高經濟效益的目的。

在云平臺上，用戶可以通過手機、PDA、計算機等信息終端接收農田墑情信息、氣象信息，并可遠程控制灌溉設備。對政府管理部門而言，則可以通過該平臺，提升農情、農業氣象、農田水利的綜合管理水平。

該平臺主要包括四大功能模塊：①實時在線監測。全天候在線采集設施內作物生長的環境數據，如土壤墑情、土壤養分、生長狀況、環境參數等，將采集的數據和圖片實時顯示和存儲。②環境異常預警。將傳感器采集到數據設定上下限閥值，當環境數據超出閥值，平臺將發出彈窗警報，提醒工作人員盡快做出處理。③遠程智能控制。電腦端與移動端等多種設備可以控制基地設備，無須時時守在基地。④數據分析。通過數據分析，可以直觀的掌握基地的周、月、季度甚至年度數據。管理者通過數據分析，可以實施調整生產。

2.2 五個子系統

2.2.1 環境因子監測系統。通過多個環境傳感器采集設施園藝內環境參數，如空氣溫濕度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器、氧氣傳感器、氣壓傳感器、土壤溫濕度傳感器、土壤PH值傳感器、土壤養分傳感器等，通過環境因子采集全天候實時監測設施園藝內作物生長環境。同時，通過配套的數據采集器、數據傳輸設備與計算機進行連接，將數據傳輸到服務器數據庫中，用于統計分析和處理。用戶通過訪問互聯網或移動手機上網的方式就能實時查看環境因子信息，并為相關系統提供數據支持。

在設施大棚外部署田間氣象監測站，實時監測棚外空氣溫濕度、氣壓、風速、風向、太陽輻射、降雨量等，便于配合指導設施內生產，結合農業園區視頻監控系統，可以隨時查看園區內生產狀況、預防災害天氣發生。

2.2.2 水肥一體化灌溉系統。溫室水肥一體化是借助壓力系統，將可溶性固體或液體肥料，按土壤養分含量和作物種類的需肥規律和特點，配兌成的肥液與灌溉水一起，通過可控管道系統供水、供肥，使水肥相融后，通過管道和滴頭形成滴灌、均勻、定時、定量，浸潤作物根系發育生長區域，使主要根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時根據不同的作物的需肥特點，土壤環境和養分含量狀況，作物不同生長期需水，需肥規律情況進行不同生育期的需求設計，把水分、養分定時定量，按比例直接提供給作物。

施肥機自帶觸屏操作系統，也可以與智能化控制系統配套連接，通過計算機直接對施肥機的各項施肥參數進行調整，同時，可以通過計算機下載各種肥料的歷史數據，進行總結和存檔。

2.2.3 病蟲害預警監測系統。通過對設施內環境因子數據實時采集，將各種生長環境數據進行統計分析和預處理，和“病蟲害發生模型”進行運算和對比，如果滿足某種病蟲害發生條件，系統就會發出預警信號。

2.2.4 智能控制系統。系統運用先進的遠程工業自動化控制技術，通過無線傳輸，連接控制室與控制柜，操作智能終端，即可一鍵式控制溫室大棚內的風機、補光燈、外遮陽、內遮陽、噴滴灌、側窗、濕簾等，實現遠程化管理。

2.2.5 視頻監控系統。可在設施內外部署。可根據管理區域需要來分布攝像頭設備，可清晰直觀的實時查看種植區域作物生長情況、設備遠程控制執行情況、設施外天氣變化等。系統可選擇性設置監控點，快速轉換呈現視頻圖像；還可實現對病蟲情監測，及定時圖像檢測，方便用戶隨時查詢。同時可以邀請專家通過遠程視頻監控系統對設施內作物提供遠程指導和診療。

3 系統優勢

本系統部署靈活、擴展方便，可為企業節省人力、財力，提高生產管理水平，降低生產管理成本，實現園藝設施集約化、網絡化遠程管理。節本增效，減少勞動用工，提高產量和效益。

（1）軟件系統基于成熟的物聯網通用平臺，系統運行穩定可靠，性能優異。

（2）軟件系統功能完善，兼容性好，系統擴展性好，支持二次開發，可以與客戶現有其它信息系統深度集成。

（3）集成的視頻監控功能，視頻與環境監控無縫集成，實現真正意義上的可視化監控管理。

（4）集成度高，一體化溫室智能監控終端，集成度高，無需專門安裝，插電即用， 后期維護簡便。

（5）硬件可靠性高，可以安裝在戶外，適應陰雨潮濕等惡劣環境。

（6）支持計算機、手機、Pad等多種終端訪問，提供智能手機客戶端軟件， 可以隨時隨地監控溫室環境。集成微信、手機短信等多種展現和交互方式， 信息傳遞及時、便捷。

（7）預警系統和專家服務相結合，為用戶防災減災，增產高產提供有力支撐和保障。

（8）配套的農業知識庫、農產品溯源系統等附加功能。

[參考文獻]

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