基于物聯網的智慧農業大棚系統探究

葉子銘　黨凱文　孫歆鈺

基于物聯網的智慧農業大棚系統探究

葉子銘黨凱文孫歆鈺

（荊楚理工工學院湖北荊門448000）

智慧農業大棚系統綜合應用計算機和物聯網技術，使用手機就能進行簡單的大棚智慧管理，可以提高農業生產效率。文章介紹了智慧農業大棚系統的功能以及硬件、軟件設施，探討了物聯網基礎上的智慧農業大棚系統的建設與功能實現。

物聯網；智慧農業；大棚系統

伴隨農業現代化的進展，傳統的農業種植模式已經不能再滿足市場需求，物聯網和自動數字化應用于農業已經成為發展趨勢。傳統的農業大棚雖然能夠為用戶帶來一定效益，但同時也耗費了大量的人力物力。如今，農業大棚利用了互聯網和物聯網的現代技術，逐步實現了智能化、自動化，保證產量的同時，讓植物生長不再受人為管理的影響，配合智能感知、識別系統，在農業大棚建設設計中廣泛應用物聯網技術，加上自動化監控平臺的使用，智慧大棚種植系統具備了檢測和自動調控的功能，能夠實現遠程操控和自動感知環境變化，保證大棚植物環境的良性循環，解放了人力。

1 智慧農業的國內外發展現狀

近年來，農業領域中大量引進了人工智能設備，但是國內的人工智能發展仍然落后于國外水平，并且國內在政策上也沒有完全放開，農業技術和機械化水平與國外相差較大。依據國內現在的農業發展狀況，國內農業農村信息化總體水平將會在5年之后提高到如今的50 %。目前而言，在國家政策的推動下，國內各大企業紛紛布局農業。例如，阿里開設了AI養豬模式，布局新零售行業，整合產業鏈，打通了天貓超市、盒馬生鮮等線上線下的諸多業務；京東則深入布局無人機植保服務，成立京東農業研究院，在無人機領域開辟了一片新的天地；百度深入發展農業機械模式，結合互聯網智能化的發展，近年則開始與中化農業開展關于農機智能化的合作模式，助力傳統農企智能化轉型。

有關智慧農業的發展，很多發達國家走在了中國的前面。美國、荷蘭等國家的智慧農業發展迅速，在成套技術、規范生產方面居于世界前列。并經過多次實踐證明，已經形成了一定規模的產業體系，農業生產并不因環境和天氣的變化而受到影響。同時，發達國家在政策上要比國內寬泛很多。例如，對于農業工作者的福利，國外就遠高于國內，并且農業工作者在國外有很高的地位，廣泛受到大眾的推崇與尊重。國外的農業政策也很開放，基因技術得到了廣泛應用，對農作物有害的農藥類產品明令禁止使用。此外，發達國家在農業技術領域的投資比例遠大于國內，很多農業都是以產業鏈的商業模式出現。

2 智慧農業大棚系統的功能

2.1 實時監測功能

智慧農業大棚系統中，配備有各種傳感器，作用就是可以監測大棚內植物的生長環境，并對大棚環境的溫濕度、光照、pH值等環境參數進行遠程調控。通過傳感器，植物生長數據能夠被傳遞到PC端信息管理平臺，平臺對數據進行分析整理后，以圖表形式展示出來，并進行存檔，供大棚管理人員進行管理和查看。

2.2 遠程控制功能

智慧農業大棚系統最前沿的功能就是能夠實現遠程控制，如果通過手機軟件觀察到大棚數據不符合要求，可以隨時隨地實現對大棚的遠程管理。比如，中午溫度上升，大棚內濕度數值急劇下降，大棚管理人員可以通過手機軟件遠程打開加濕器，調控大棚溫度和濕度，讓植物生長環境不會遭到破壞。

2.3 智能決策功能

通過對前期數據的分析處理，智慧大棚系統會自動分析出農作物的種植策略，為不同農作物建立不同的生長數據庫。數據庫記錄了作物生長現狀和未來生長趨勢，能夠在恰當的時機提醒管理者，哪個生長階段需要施肥，哪個生長階段需要防治何種害蟲等，管理者在接收到信息之后，會根據作物生長的實際情況，根據大棚的整體環境采取措施，確保農作物可以健康地成長。

3 智慧農業大棚系統的主要組成部分

智慧農業大棚系統包括硬件和軟件設備，硬件設備包括農業大棚監控系統、傳感器、控制器等系統。

3.1 農業大棚監控子系統

智慧農業大棚系統安裝了很多硬件和軟件功能，大棚生產區安裝有高清攝像頭系統，能夠實現實時監控和遠程監控功能。除此之外，還配備有大量的PC端軟件設計，能夠對大棚生產區的風力、濕度、溫度等數據信息進行收集與分析、存檔，并建立數據庫。

3.2 云服務子系統

云服務是以互聯網技術為基礎，對數據進行處理和分析的服務。以云服務為平臺，大數據技術在處理傳感器和攝像機收集數據的同時，能夠在短時間內將大量的數據進行分析處理，并形成植物生長的數據庫，由溫室監控系統收集，并被上傳到云服務子系統，植物生長的全階段數據就被存儲到云服務系統，結合圖像識別和處理技術，將會在系統的軟件中以綜合數據的形式呈現給大棚的管理者。

3.3 植物圖像識別子系統

運用統計學和數學作為研究工具，構建了能夠準確反映客觀世界真實植物生長模式的數學描述模型。該模型中記錄了植物生長所需的營養成分，溫度、濕度、pH值和水分環境，大棚管理者可以隨時通過軟件系統查看這些數據，并根據圖像識別數據對大棚進行相對應的管理。有了圖像識別系統，即使大棚管理者更換人員，也不用擔心農作物的生長因管理者不同而產生問題。

3.4 農產品溯源子系統

結合傳統農業生產技術，物聯網、互聯網和云計算技術共同建立了農產品溯源云平臺。該平臺包含溯源中心、質量安全中心和任務中心三大模塊。農產品的生長信息將以二維碼的形式展現給消費者，消費者可以全覽農作物的農事過程信息、關鍵期生長照片、農藥化肥用量、環境數據和遠程視頻監控數據，以及生產企業信息等。農產品溯源平臺的搭建，能夠讓消費者更加直觀地了解農業生產現場和過程，提高了農業生產的智能化、經營網絡化和管理數據化。

3.5 智慧農業溫室大棚軟件

軟件系統配合硬件系統使用，用來將數據進行收集、匯總、展示、比對。基于無線傳感器技術，智能大棚系統能夠在低耗電量下工作，實現PC端、手機和電腦端的同步監控，采集數據廣泛、精確，系統能夠穩定運行。

4 智慧農業大棚中存在的問題

智慧大棚在實際操作中，仍然有一些問題。例如，大棚在建設過程中，應當按照地形寬窄建設單拱或者多拱連棚，不按照比例加大縱、橫間距，將會導致大棚抗風力、抗壓力和使用年限的下降。大棚建設時的水泥柱腳，需要埋好之后再進行建棚，建棚時一定要找到最佳的大棚弧度，使棚面坡度一致。除了大棚建設的問題之外，智能大棚的通訊系統要求也越來越高，但是很多智能大棚建設在通信差的地區，導致溫室測量和控制功能不能正常進行使用。雖然智能大棚擁有全自動的測量和控制功能，但是缺乏農業專家的指導仍然會導致很多種植難題不能解決。以上的這些問題都會降低智慧農業大棚生產管理的效率，需要在后續的大棚建設管理中加以改善。

5 小結

智慧農業大棚系統的發展在當前是一種農業發展趨勢，能夠大大促進農業行業向前發展。我國目前在智慧農業大棚系統發展上雖然還存在著一些政策和技術上的問題，但是隨著互聯網和物聯網新技術的不斷更新，相關的研究者將會對這些難題進行不斷的研究改進。新技術帶來新發展，未來，相信通過物聯網技術不斷融入智慧農業大棚的管理和生產，智慧農業的未來將會有更多的新活力和新動力。

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葉子銘（1999- ），男，漢族，湖北武漢人，本科在讀，研究方向：計算機信息技術；黨凱文（1995- ），男，漢族，甘肅慶陽人，本科在讀，研究方向：物聯網工程。

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.02.09

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2095-1205(2020)02-15-02