大棚管理信息系統在果桑生產中的應用

許安清

（鹽城市亭湖區林業和蠶桑技術指導站 江蘇鹽城 224000）

桑樹是桑科桑屬落葉小喬木或灌木，原產于中國，現在朝鮮、日本、蒙古、俄羅斯、印度、越南等地均有栽培。果桑是以產果為主，果葉兼用的桑樹的統稱，其果實稱為桑果，又名桑椹。進入21世紀以來，桑果作為一種新型水果品種受到廣大消費者的青睞，已成為蠶桑產業發展的新亮點。由于果桑生產目的和生長特性不同于傳統蠶桑生產用品種，其種植技術難以滿足桑果產業化發展的需求。從2010年起，在農業大棚信息化管理技術與桑樹栽培技術相結合的基礎上，亭湖區及周邊各蠶桑實驗區開展大棚栽培果桑管理技術的各種實驗，并研制出果桑大棚管理信息系統。通過采集棚內實時的土壤參數、局部溫濕度、二氧化碳濃度、光照強度和有害氣體等相關環境數據，同時與適宜果桑的生長標準參數相對比，自動調節相關設備的開關，實現果桑種植的智能化管理，全程優化控制種植環境因素，避免了在露天條件下環境因子對果桑生長發育的不利影響，例如大風、暴雨、高溫、霜凍、空氣污染等。采用農業信息技術，運用大棚設施栽培方式，通過各種設備對環境參數進行調控，讓桑樹能夠在適宜的生長條件下生長，不僅可以確保生長安全，還能夠省力省工，有效地提高桑果的質量以及產量[1]。利用信息智能化系統實現對果桑栽培中各項環境因素的智能管控，適時監控和調節這些環境因素指標，保障果桑安全健康生長，提高了果桑生產管理水平和生產效益。

1 適應系統的栽培技術

1.1 品種篩選

此管理系統利用信息的識別、查詢與篩選功能，通過比對和鑒定等方式，可輕松篩選優質的果桑品種，同時，借助果桑品種相關信息，可實現果桑品種改良，有效提升桑果的質量，改善果桑的耐抗能力，對果桑生長的環境進行合理調整。

1.2 栽植管理

要提高果桑的產量以及增加經濟效益就必須強化果桑種植管理的質量。在建園過程中，先挖種植溝，要求精確到每一株，設計出合適的栽植位置，為果桑的向陽生長構建適宜生長的環境，提升每一棵桑樹的結果量。要提升單位面積桑果的產量，這就要求控制好桑樹葉面積指數，協調葉果的生長，提高果實的質量，及時疏花定果，提高桑果品質。為降低成本，盡快產生效益，增加土地收益，也可在桑園套種間作適宜農作物的方法來提高前期效益。

1.3 參數管理

要解除果桑休眠模式，就必須提供適宜的生長環境，特別是大棚內溫濕度，通過反保溫技術，調節溫度達到果桑生長的最低溫度。在花期氣溫升高的季節，為促使桑樹提早開花，提高坐果率和桑果品質，控制晝夜溫差，夜間最低溫度保持8 ℃（±0.5 ℃），白天最高溫度應在24 ℃（±0.5 ℃）；果實發育后期，溫度保持在25 ℃，最高不超過30 ℃。在大棚濕度方面（上下浮動不超過1%），大棚升溫后為85 %，果實著色時為80 %，坐果期要特別注意防止濕度過大，要及時通風排濕加溫。

1.4 土壤改良

提升果桑土壤養分可以利用土壤導熱性小于水的原理，通過進行高溫悶棚來改良土壤，特別是在土壤已出現板結鹽化的情況下。土壤改良不僅要為其施肥，還要采取病蟲害防治措施。通過采用堆肥秸稈生物技術為其施肥，進行土壤改良，這樣既可保證土壤有充足的二氧化碳，又為果桑生長提供所需的有機養料、無機養料、熱量，保證充足的微生物孢子，為果桑生長提供富足的養分。

1.5 氣體調節

利用分解有機肥方式、人工施用二氧化碳以及作物呼吸作用獲得二氧化碳，為棚內優化氣體質量提供有利條件。大棚內二氧化碳的濃度，晴天應控制在1 000～1 500 ppm，陰天則應控制在500～1 000 ppm。應在果桑大棚的頂部開口提供通風渠道，棚外的二氧化碳含量應為棚內的1/8～1/4。此外，要加強棚內有害氣體監測，防止棚內一氧化碳和二氧化硫等有害氣體超標，設置預警模式及相關防控措施。

2 管理信息系統的運行原理

大棚管理的系統主體是感知識別、網絡傳輸和智能處理三個體系。在此系統中，設置系統的主體目標為桑樹的管理與生產各個環境因子，并通過建立雙向靈活精準的信息傳輸網絡，自動化監測與控制果桑生產資源及條件，實現系統監控調節的實時性和靈活性。農作物生產管理智能化形成與發展加快了農業現代化的發展，農業信息化技術的利用可實現大棚環境參數自動感知、精準傳輸和智能處理。果桑栽培大棚管理系統是以農業管理信息化技術平臺作為基礎，利用GPRS 網絡的智能大棚對環境因子進行遠程監控，并將無線GPRS 傳輸通信協議、BTU 傳感檢測監控技術以及遠程控制設備等進行結合，不斷優化系統，實現對信息處理的集約化，做到對信息的精準識別和數據的實時快速傳輸。系統擁有人機交互界面、傳感器識別等功能，增加了調控與管理果桑生長環境相關因素擴展性功能。

2.1 數據采集識別

它是管理系統的基礎模塊和核心，主要由系統內部的攝像頭、全球定位系統、無線傳感器等實現感知功能，發揮核心作用。通過以上設備與技術，能精準定位，識別大棚內各環境因子是否適宜桑樹生長，在此基礎上，系統內的感知設備采集大棚內各環境因子，通過對比相應的參數，為桑樹栽培的科學智能決策和設備自動控制提供依據。數據采集識別層通過各感應器來采集大棚內溫濕度、土壤數據、二氧化碳濃度、光照強度、空氣質量等各項數據，提供實時監控，并發送到計算機控制中心。

2.2 數據網絡傳輸

此系統的數據網絡傳輸是實現物聯網與互聯網的數據傳輸、感知層與應用層信息傳送的紐帶，實現信息的雙向傳輸，底層互聯網數據更加精準，能實現有效監控。網絡傳輸主要利用大棚內網和外網安全可靠并互聯互通的特點，通過這兩種網絡實現應用層和過程用戶交互，及時獲取數據和下達決策命令。大棚內網采用有線傳輸，此方式具備容量大、穩定性高、抗干擾能力強、成本低等特點。外網采用互聯網與GSM 通信相結合方式，通過遠程網絡終端可以及時獲取大棚相關數據信息，具備傳輸地域不受限、傳達及時等特性。

2.3 智能處理

系統智能處理主要是控制利用中心進行數據分析，通過應用數據獲取、數據傳輸、智能控件和人機交互四個模塊，智能分析和綜合處理來自數據采集層獲取的各類數據，自動提供決策信息。數據獲取模塊通過各感應器獲得大棚環境數據和設備狀態數據，完成數據采集任務；數據傳輸模塊利用內外網將采集的數據傳輸到智能處理層；智能控件模塊則以科學方法消除數據的誤差影響，完成數據存儲智能化處理，采用模塊控制結構策略對大棚內外數據因子及系統參數進行智能處理，獲得精確的數據反饋。遠程終端單元（RTU）則收集所需的環境參數，利用無線GPRS 網絡實時傳送數據信息，并將結果反饋給用戶終端。人機交互界面則包括數據界面、監控界面、控制界面、參數界面、管理界面等。

3 系統基本技術功能

3.1 基本功能

大棚管理信息系統作為果桑生產智能化管理設施，主要功能如下：（1）采集、監測與識別數據，對大棚內桑樹周圍各個時段的各種信息指標進行采集，為各因子的查詢檢索以及因子調整提供科學的數據支撐。（2）由終端的監控接口對大棚內的生長要素實時監控，并設定果桑生長所需人工調節指標。對遠程監控路線以及管理員權限進行設定，只有處于權限范圍內的管理員才可以查看和管理大棚內的各種環境信息。系統為不同用戶提供不同的權限，讓事權更明確，管理更高效[2]。

3.2 關鍵技術

利用數據采集設備識別技術，通過RS-485 或ZigBee 形式快速、適時采集大棚內果桑生產環境要素數據，采集的數據主要包括棚內溫濕度、水分、空氣質量等生長因子，采集的數據經過ZigBee 發送模塊傳遞。ZigBee 無線傳輸方式的優點是部署靈活、擴展方便。而有線傳輸主要將數據傳送到RS-485 節點上，有線傳輸采用電纜方式，具有速率高和穩定的特點。智能控件和人機交互主要是提供經過處理后數據的數據庫，根據用戶需要提供有關信息，而系統無法找到用戶所需數據信息便會發送短信告知用戶。監控系統則采用高分辨率的攝像設備，通過通信網絡將實時影像數據遠程傳輸到終端供用戶觀看，用戶可輕松實現對大棚內外的遠程監控。

4 系統的不足與對策

當前，農業信息化發展正處于探索階段，各設備生產廠家各自為政，設備標準不一，設備性能參差不齊，導致無法精準處理農作物生長數據信息。同時，各地的通信環境不穩定，這也對信息化系統穩定運行產生了一定的影響，造成農業信息化系統的成本高而適用性低。要推廣此系統，就必須解決以上問題，這就要求我們首先統一設備標準，強化系統的普適性，提高系統的使用范圍，從而降低系統的研發制造成本，需要為系統開發統一標準，簡化參數設置與轉換，利于系統升級，方便多個用戶使用。