信息化技術在設施農業中的應用與探索

汪玉芹（青海省海東市互助縣塘川鎮農村社會經濟服務中心，青海 海東 810500）

黨中央高度重視信息化建設，在各級政府的努力下，設施農業信息化基礎建設提高了發展速度，農業領域廣泛應用信息化技術。特別是近幾年，5G網絡普及應用，信息技術進入快速發展環節，信息技術深入融合農業生產、經營和管理等，保證了農業領域的發展質量，為農業可持續發展提供了動力。

1 信息化技術在設施農業應用的必要性

農業生產的分散性、封閉性和滯后性通過信息化技術有效解決，信息化技術便利了信息推廣和農產品銷售，黨和國家正在全面發展“三農”經濟。互助縣是農業大縣，地域遼闊，大量農民特別是偏遠地區的農民，無法獲取各種農業信息，因此，在推進農業生產中制定的經營決策較模糊。為了提高農村地區信息化建設水平，互助縣首先安裝語音服務電話，農民從服務熱線了解農業、畜牧、林業、水利等方面的政策信息，得到不同的信息知識。二是初步建立覆蓋農業和農村經濟社會的采集和運輸信息渠道，保證信息資源的開發效率，形成現代化農村服務體系。三是為了發展農業與農村經濟，建立信息化人才團隊。

2 信息化技術在設施農業推廣中存在的問題

2.1 缺少先進的信息化技術

當前，國內研究精細作業技術與智能裝備處在初級階段，與先進國家差異較大。不能結合國內農業生產的現實情況建立信息化服務系統，增加了維護成本。農業機器人正在試驗研究中，尚未大規模在設施農業發揮其作用。

2.2 信息化技術應用成本高

連棟溫室提高了標準化水平，應用先進的設備，大規模推廣信息技術；其他設施降低標準化程度，大部分采取手工配套裝備，需改建后應用信息化技術，但信息化建設投入較大，收效少，回收投資時間長。

2.3 設施農業信息化建設碎片化

信息化過程需要不同的數據，如農業遙感數據、氣象數據、土肥水數據等，因采取不同的數據標準、不規范的表達方式，造成數據間缺乏兼容，在開放的農業數據庫無法共享操作，很多智能服務系統難以互動操作。建設出現碎片化問題，不利于縱深發展設施農業信息化技術。

2.4 復合型技術人才不足

設施農業的一線信息化管理人員綜合水平偏低，無法嫻熟應用互聯網及計算機等信息技術、科技知識，加之專業信息化人才嚴重缺少農業知識，直接影響設施農業中信息化技術發揮作用。

3 信息化技術在設施農業中的應用

人工需對農作物生長情況、生長條件等不定期監控，難以發現農作物生長過程的疾病、營養元素不足等問題。設施農業為農作物生長創造可控環境，以生物、農業、工程技術等提高農作物生產水平。相關數據可知，中國設施農業栽培面積超90%是通過聚烯烴實現溫室大棚膜覆蓋，其功能是防雨雪、增強日照與保溫，無法全面抗災及調節溫、光、水、肥、氣，一旦自然環境改變，農作物的產量和質量會受到影響，迫切需要應用高自動化監控系統的設施農業。

3.1 總設計方案

ZigBee技術特點是降低功率消耗和復雜度，縮小通信延遲，提高安全水平，節省成本。同時，ZigBee與一般無線通信技術對比，其組網靈活性與可拓展性更強，以最少成本完成大容量組網。該研究結合大棚自動化監控系統，利用ZigBee技術建立設施農業大棚自動化監控系統。

ZigBee同時監控若干個農業大棚，系統把無線傳感器配置在大棚，采集大棚內溫度、濕度、光照和氣體；為不同網絡節點賦予對應主控功能，獨立采集、處理網絡節點數據，實現遠程通信。遠程監控端根據ZigBee模塊傳遞大棚數據，對網絡節點與功能有效區分，監控大棚內各項農業生產設施，遠程、及時處理農作物生產。

3.2 網絡節點設計

農業大棚內不同網絡節點表現出功能獨立性與自控獨立性的功能，根據農業大棚作物所需傳感器類型，制定網絡節點設計方案。監控系統網絡節點的體系結構均相同，涉及了主控電路模塊，主要控制傳感器和通信電路；ZigBee通信電路模塊，傳遞了網絡數據。

3.3 系統實現

3.3.1 項目概述

農業智能大棚信息采集系統包括濕度傳感器、光照傳感器、溫度傳感器、CO2傳感器，動態感知溫室內環境數據，通過圖表展示處理數據的結果。

信息處理系統包括上位機和下位機，上位機是一臺PC機，主要對下位傳輸數據保存和處理，科學設計下位機，完成系統檢測，管理和統計歷史數據；下位機是單片機或專業溫室大棚控制器，它以ZigBee技術與上位機通信，轉化傳感器返回的數據，向上位機傳輸數字信息，按上位機傳遞的數據和事先設計參數，嚴控系統，把握系統運行情況，以便智能控制溫室。

控制執行系統利用ZigBee技術連接控制室與控制柜，操作控制室內控臺對溫室內風機、外遮陽、內遮陽、噴灌、濕簾等一鍵操控，達到遠程管理的目的。

3.3.2 ZigBee技術大棚自動化監控系統采集數據

隨機檢查大棚自動化監控數據，對比監控數據和人工檢測數據。

相同大棚的不同傳感器檢測狀況較好，棚內溫度持續提升，濕度先升后降，光照強度升高后，增幅日趨緩慢，CO2質量濃度以階梯狀上升；智能檢測系統的檢測時間節點數據更準確，不存在漏檢和漏傳的問題；其較人工檢測數據，提高了檢測精確度，檢測效率超過人工。人工檢測全天發生若干次漏檢，難以直觀表現記錄無損結果，綜合考慮自動化監控系統和人工檢測，前者工作效率和準確度較高。

智能溫室大棚控制系統應用ZigBee技術對大棚內溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強度等在線遠程掌控，分析模型的同時，自主操作溫室濕簾風機、噴淋灌溉、內外遮陽、加溫補光等設備，減少無線傳感網絡延遲，降低功耗，保證持續傳遞信號。系統利用信息終端如手機、計算機等，將實時監測信息、報警信息傳遞給管理者，達到智能遠程控制溫室大棚的目的，在設施農業生產過程最大程度體現物聯網ZigBee技術功能，為溫室大棚作物提供最佳的生長環境，提高管理的精細化水平。

4 設施農業實現信息化的措施

互助縣設施農業應用信息技術的時間較晚，容易被地域、經濟和觀念等因素限制，發展滯后，存在一些問題，不利于協調發展。

4.1 提高農業信息資源質量

互助縣農業勞動生產率水平顯著低于發達地區，互助縣農業人口比例較大。中國加入WTO后，互助縣農業面臨巨大的機遇和挑戰，為了提高農業現代化效率，提高市場競爭力，需集中力量全面發展農機工作。改革開放后，互助縣為發展信息產業提供了機遇，通過信息產業綜合發展設施農業。

4.2 發揮政府在信息化建設中的作用

設施農業通過政府持續應用信息技術。發展信息化過程中，各級領導轉變思維，充分掌握信息科技知識，提高信息技術的應用效率，保證農業現代化質量。各級政府把信息技術應用納入工作日程，提高農業信息化的組織水平；為互助縣農業發展提供政策保障，根據農業科技制度，投資特點，成本投入等調整相關政策；協調投資市場與市場融資，為設施農業應用信息技術提供不同的資金投入。在開展設施農業信息服務過程中，各級政府科學建設農業網站。

4.3 圍繞三農工作，提高設施農業信息化服務水平

三農問題與互助縣現代化建設的成效密切相關，農業與設施農業現代化圍繞解決三農問題實現綜合設計，為農民應用信息技術創造條件。以現代信息技術改善傳統工業，能夠科學應用不同的農業資源，提高生產效率。

5 結語

設施農業生產過程中，信息化技術和機械化技術是核心內容，可保證作物產量，提高勞動水平，節省成本，增加經濟收益。當前，互助縣設施農業信息化技術的應用水平不高，處在初級水平，這與設備成本偏高、技術穩定性不佳、經濟收益不顯著等問題有關。在解決這些問題的過程中，信息化技術發揮了應有作用，促進了設施農業的可持續發展。