基于物聯網的農業氣象監測系統在設施大棚中的應用探討

程雯

摘 要 農業發展對一個國家至關重要，而農業發展與氣象變化密切相關。基于此，簡要闡述了農業生產中常見的氣象災害及其產生的危害、采用設施大棚的種植優勢，分析了傳統設施大棚種植業存在的問題，進而針對性地提出了一種基于物聯網的農業氣象監測系統在設施大棚中的應用，來實現對設施大棚氣象環境的實時監控及自動調節，以期提高設施大棚的生產水平，對我國農業生產起到一定的促進作用。

關鍵詞 物聯網;農業氣象;監測;設施大棚

中圖分類號：S63 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.33.108

農業是促進國家發展的基礎產業，其生產力高低直接影響著工業和經濟的發展?？茖W技術的發展、設施大棚的出現對調節農業結構、促進農業的發展起到了重要作用，讓農業生產更容易受到人為掌控。但農業發展過程中仍然不能忽視的一個因素就是氣象條件，對氣象的準確掌握可以更好地指導農業生產。傳統的氣象變化預測大部分是農戶根據經驗得出或者單純地依靠天氣預報，缺乏實時性和準確性[1]。農業生產難免會受到突發氣象災害的影響，造成減產等不良結果。因此，在當今設施大棚發展的基礎上，提出將一種基于物聯網的農業氣象監測系統應用在設施大棚中來獲取大棚中氣象的實時精準數據，為農民提供數據參考，提高設施大棚的生產水平。

1 農業生產中常見的氣象災害

1.1 低溫冷凍

低溫是常見的一種氣象災害，由于天氣驟變、氣溫降低影響農作物的正常生長。作物在發育期前和生殖階段遇到低溫環境，都不能正常發育、正常成熟，造成減產。冷凍是指在短時間內氣溫驟降，使農作物生長的氣溫環境驟然變化，一般伴隨著晝夜溫差變大，使農作物在夜間不僅不能正常生長，甚至很有可能會出現死亡現象，大量減產，比低溫更嚴重。一般預防低溫冷凍可以采取使用相關暖性肥料促進農作物早熟、適當噴磷、根據天氣預報提早布置保暖設施等措施[2]。

1.2 干旱

干旱是氣象災害中最嚴重的一種，降雨量減少、氣溫升高伴隨著蒸發量增大，使得作物生長的土壤中水分驟減，農作物從外界獲得的水分不足，水分過度流失，不能正常生長，甚至死亡，造成大面積減產或者絕收。北方一般在春季容易出現干旱天氣，由于降雨量少，農作物的發育會受到影響;夏季干旱的出現主要會影響水稻等需水量大的農作物的產量，同時容易影響兩熟地區第二季農作物的播種。為預防干旱氣候對農業生產的影響，短期來看可以采取人工降雨、人工灌溉等措施;長期來看主要著手于保護生態環境方面[3]。

1.3 洪澇

洪澇災害可分為洪災、澇災以及濕害等，不同洪澇災害的出現一般都有密切的聯系。通常情況下，洪澇災害出現的原因是降雨量過大。持續降水使得農田中積水過多，對于蔬菜品種會有水分過多易腐爛、甜度減小等影響。若是出現持續暴雨，還會徹底沖毀農田，出現絕收的情況。傳統的有效預防洪澇災害的方法有：1）興修水利工程，修建水庫、分洪區、合理規劃地表徑流等;2）植樹造林，減少水土流失;3）實施水利工程管理。

2 設施大棚

2.1 設施大棚種植優勢

設施大棚是一種高度集約的生產種植方式，對于調整農業發展結構、促進農民增收、提高經濟社會效益、提高人民生活水平有很重要的意義。設施大棚的生產種植方式是在相對密閉的環境中進行的，且每個大棚的面積都不是很大，與傳統露天農業生產方式相比，更容易受人為控制，可以有效減少受到低溫冷凍、干旱災害等自然氣象災害的影響。同時由于氣象條件相對可控，可以進行反季農產品種植。設施大棚出現的初期，大大提高了農業生產效益，提高了農民收益。總體來說，設施大棚降低了農作物受自然災害的概率，同時也大大提高了農戶種植作物的靈活性[4]。

2.2 設施大棚種植存在的問題

設施大棚的應用雖然在很大程度上減少了作物受自然災害影響的概率，為作物提供相對好的生長環境，但由于設施大棚是相對密閉，時間較長的小空間，大棚內影響作物生長的氣象因素也有很多，如大棚內的溫度、濕度、二氧化碳濃度、通風情況等，成為影響大棚作物生長的重要氣象條件。傳統的大棚種植中，由于受到技術等因素的限制，農戶是根據經驗和直接感官來判斷大棚內的氣象環境。大棚內氣溫較高時，打開卷簾進行通風;氣溫降低時，放下草席等保暖設備等。這樣雖然在一定程度上有利于大棚農作物的生長，但是卻不能更精準地掌握作物生長的最佳氣象值，不利于種植作物產生最大的效益值。有時候由于判斷偏差或者處理不當極容易影響農作物生長，嚴重時甚至會出現病蟲害等較難處理的問題。

3 基于物聯網的設施大棚農業氣象監測系統

物聯網技術的發展和應用不斷成熟，對促進各行各業的發展都有很大的推動作用。應用物聯網和遠程控制技術建立設施大棚農業氣象監測系統可以很好地實現對設施大棚內氣象條件進行實時監控并進行自動調節，使設施大棚內的氣象環境值一直處在適于所種植農作物生長的最佳值，促進農作物生長。建立設施大棚內的農業氣象物聯網監測系統就是要實時監測大棚內的溫度值、土壤濕度值、二氧化碳濃度值等，同時將電動卷簾機、風機、二氧化碳發生器等設備設計在自動控制系統中來調節設施大棚的氣象環境。簡單來說，整個系統主要包括感知層、傳輸層、應用層、PC端以及手機端[5]。

3.1 感知層

在設施大棚中建立的農業氣象監測系統的感知層主要是通過選取合適的光照強度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器等相關農業氣象信息傳感器布置在設施大棚的合理位置，來實現對設施大棚中的氣象數據進行實時采集。以內蒙古地區為例，一個設施大棚內使用1個光照強度傳感器，型號為KITOZER 100P;3個溫度傳感器，分別放置在設施大棚的門口、中間和里部，型號為IRTP300MS;2個濕度傳感器，分別放置在地表和半空位置，型號為DHT11;1個二氧化碳濃度傳感器，放置在設施大棚中間位置，型號為TGS160。

3.2 傳輸層

傳輸層主要是利用ZigBee無線傳輸技術將感知層各個傳感器所采集到的設施大棚內的實時氣象值數據傳輸到PC終端并與提前設定好的適合大棚種植作物的生長氣象數據進行對比分析，同時傳輸至云平臺通過手機端告知農戶現在大棚內的實時氣象條件。

3.3 PC端和手機端

PC端在系統內提前設定適于種植農作物生長的各相氣象參數范圍值，待傳輸層將感知層采集到的各相數據傳輸過來，迅速對各相值進行對比分析，若是在設定的范圍內，則保持現有狀態不變，若是高于或低于范圍值，則PC端發出指令到應用層。手機端接受傳輸層的各項數據主要用于方便告知農戶當前設施大棚的環境，方便農戶進行遠程控制[6]。

3.4 應用層

感知層主要由控制設施大棚氣象環境的電動卷簾機、風機等自動化設備構成。PC端在接收感知層的數據進行分析對比后作出判斷，當某項值低于或高于給定范圍值時，PC端發出動作指令到應用層，通過自動控制系統對應調節電動卷簾機、風機、二氧化碳發生器等設備調節大棚內的氣象環境達到最適宜作物生長的值。

4 結語

社會經濟的發展對農業發展的要求越來越高，農業作為國家的基礎行業，在促進國家發展進步、助力全民小康方面至關重要，而農業生產與氣象環境之間的關系密不可分。在設施大棚中應用農業氣象物聯網監測系統，通過感知層、傳輸層、PC端、手機端以及應用層的配合，可以實現對大棚氣象環境的實時監測和全面測控，能夠完成對氣象環境的自動調節，節省更多的人力物力，節約人工成本，大幅度提高設施大棚的經濟效益，對設施大棚生產水平的提高和現代化農業的發展起到一定的促進作用。

參考文獻：

[1] 孫通.農業氣象物聯網在蔬菜大棚中的應用[J].現代農業科技，2020（16）：164，171.

[2] 馬瑞麗.基于物聯網的農業氣象監測的實現研究[J].農業技術與裝備，2020（7）：124-125.

[3] 董晨潔，靳巧芝，張慶廣.基于物聯網的農業氣象監測的實現[J].南方農業，2018，12（17）：153-154.

[4] Purwandana RI， Azmi F， Jati AN. Automatic watering plant application based on android and web using REST protocol[J].Journal of Telecommunication， Electronic and Computer Engineering，2018，9（2-3）：83-86.

[5] 章威，王剛，洪杰，等.基于物聯網的農業氣象監測的實現[J].農業與技術，2016，36（4）：222.

[6] 朱丹，陳學東，張學儉，等.基于物聯網的設施農業溫室遠程監控系統研究[J].中國農機化學報，2020，41（5）：176-181.

（責任編輯：趙中正）