基于物聯(lián)網(wǎng)的日光溫室番茄生產(chǎn)控制技術(shù)試驗

關(guān)鍵詞：日光溫室；控制技術(shù)；設(shè)施農(nóng)業(yè)；番茄；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：S126 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1795（2023）05-0047-05

DOI： 10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.05.009

0引言

設(shè)施農(nóng)業(yè)是區(qū)別于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。設(shè)施農(nóng)業(yè)的本質(zhì)是人工構(gòu)建可控的環(huán)境，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)按照預(yù)設(shè)程序進行，從而獲得理想的產(chǎn)量和效果。在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，要加快物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。智能化、精準(zhǔn)化、信息化是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展方向，通過在設(shè)施農(nóng)業(yè)中安裝傳感器，實現(xiàn)農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境、生長狀況等信息的智能感知、可視化管理、智能預(yù)警及智能分析，能夠在遠程實時查看大棚內(nèi)農(nóng)作物生長的溫度、濕度、光照等數(shù)據(jù)，及時對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)實施自動控制。設(shè)施種植結(jié)合智能化管理應(yīng)用模式，智能化手段及可視化的界面能更有效地輔助標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的實施，極大地提升精細化水平和生產(chǎn)效率，也使種植園區(qū)的生產(chǎn)決策更具科學(xué)性。

本項目引進物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺，應(yīng)用于日光溫室番茄生產(chǎn)中，每個溫室大棚采集多個位置的溫度、濕度及光照強度等環(huán)境參數(shù)，通過采集到的環(huán)境因子，智能控制溫室大棚內(nèi)的升降溫、增降濕和補遮光等系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺通過在日光溫室番茄各生長階段數(shù)據(jù)采集分析，對日光溫室設(shè)備進行自動控制，實現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)從人工經(jīng)驗式轉(zhuǎn)為精準(zhǔn)化、智能化，加快環(huán)境智能調(diào)控、水肥一體化，信息監(jiān)測和自動控制等技術(shù)裝備的融合應(yīng)用，減少用工數(shù)量、降低生產(chǎn)成本，提升設(shè)施裝備智能化水平，實現(xiàn)溫室大棚集約化、網(wǎng)絡(luò)化遠程管理，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。

1材料與方法

1.1試驗地點

西安市臨潼區(qū)萬邦現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)5個日光溫室，面積4200m²，種植秋冬季設(shè)施番茄，番茄品種為普羅旺斯，密度3.75萬株/hm²，行距65 cm、株距40 cm，膜下滴灌栽培。

1.2控制設(shè)備

試驗園區(qū)物聯(lián)網(wǎng)信息平臺系統(tǒng)由深圳市奧越信科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)。奧越信農(nóng)業(yè)智能控制設(shè)備日光溫室番茄物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)分為4個層次，分別為感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)存儲層和應(yīng)用層，試驗項目共涉及7個系統(tǒng)，如表1所示。

項目實施中，主要在5個日光溫室引進了物聯(lián)網(wǎng)控制通信系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、卷膜卷簾系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、水肥系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等，溫室內(nèi)有溫度傳感器（空氣、土壤）、濕度傳感器（空氣、土壤）、光照傳感器等，并外接電機、電磁閥、卷膜機、卷簾機、水肥一體機和高清攝像頭等設(shè)備。通過終端平臺的網(wǎng)關(guān)控制器，可以外接多路設(shè)備，以實現(xiàn)實時控制大棚內(nèi)環(huán)境的效果，可遠程獲取溫室大棚的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強度及視頻圖像，通過數(shù)據(jù)模型分析，可以自動控制溫室卷簾機、卷膜機、水肥一體化和加溫補光等設(shè)備；同時，還可以通過手機APP、計算機等信息終端向管理者推送實時監(jiān)測信息、報警信息，實現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境的信息化、智能化遠程管理。該技術(shù)主要應(yīng)用于農(nóng)作物生產(chǎn)全過程的智能監(jiān)測控制，摒棄傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，實現(xiàn)農(nóng)作物生長全程信息化，自動采集、傳輸與控制，并在專家知識庫輔助下，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程智能化控制、科學(xué)化管理。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺智能控制運行引用深圳市奧越信科技有限公司網(wǎng)站產(chǎn)品指引欄目中“日光溫室智能控制系統(tǒng)圖”，如圖1所示。

1.3試驗方法

試驗于2020年11月20日—2021年3月31日進行，主要測試物聯(lián)網(wǎng)平臺采集數(shù)據(jù)，與王勇等研究的日光溫室番茄適宜生長條件，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嵺`的數(shù)據(jù)作為控制條件的區(qū)間值（表2，作為CK處理）進行比較分析及系統(tǒng)反饋，從而驗證系統(tǒng)平臺的報警提示功能，以及系統(tǒng)控制的信息反饋和自動控制情況，從而更好地將智能化、自動化服務(wù)于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

2結(jié)果與分析

2.1幼苗生長期

在日光溫室番茄的幼苗生長期，測定其中3d相同時段的環(huán)境控制試驗數(shù)據(jù)（表3），對照日光溫室番茄在幼苗生長期適宜的生長條件區(qū)間值（表2），分析物聯(lián)網(wǎng)平臺反饋情況。通過測試，物聯(lián)網(wǎng)平臺把采集到的數(shù)據(jù)與合理區(qū)間值進行比較，發(fā)出反饋和提示信息，并實施自動控制。在幼苗生長期，棚內(nèi)濕度高于區(qū)間值的最大值50%時，系統(tǒng)平臺自動開啟卷膜機，降低棚內(nèi)濕度；棚內(nèi)溫度低于區(qū)間值的最小值20℃時，系統(tǒng)平臺自動控制棚內(nèi)增溫設(shè)備，及時進行升溫；土壤濕度低于區(qū)間值的最小值60%時，系統(tǒng)平臺自動啟動水肥一體化系統(tǒng)予以灌溉；光照強度低于區(qū)間值的最小值2萬Lux時，系統(tǒng)平臺在自動開啟卷簾設(shè)備增強透光性的情況下，啟動補光設(shè)備，予以補光。

2.2開花坐果期

在日光溫室番茄的開花坐果期，測定其中3d相同時段的環(huán)境控制試驗數(shù)據(jù)（表4），對照日光溫室番茄開花坐果期適宜的生長條件區(qū)間值（表2），分析物聯(lián)網(wǎng)平臺反饋情況。通過測試，物聯(lián)網(wǎng)平臺把采集到的數(shù)據(jù)與合理區(qū)間值進行比較，發(fā)出反饋和提示信息，并實施自動控制。在開花坐果期，棚內(nèi)溫度低于區(qū)間值的最小值25℃時，系統(tǒng)平臺自動控制棚內(nèi)增溫設(shè)備，及時進行升溫；土壤濕度低于區(qū)間值的最小值70%時，系統(tǒng)平臺自動啟動水肥一體化系統(tǒng)予以灌溉；光照強度低于區(qū)間值的最小值2萬Lux時，系統(tǒng)平臺在自動開啟卷簾設(shè)備增強透光性的情況下，啟動補光設(shè)備，予以補光。

2.3結(jié)果期

在日光溫室番茄的結(jié)果期，測定其中3d相同時段的環(huán)境控制試驗數(shù)據(jù)（表5），對照日光溫室番茄結(jié)果期適宜的生長條件區(qū)間值（表2），分析物聯(lián)網(wǎng)平臺反饋情況。通過測試，物聯(lián)網(wǎng)平臺把采集到的數(shù)據(jù)與合理區(qū)間值進行比較，發(fā)出反饋和提示信息，并實施自動控制。在結(jié)果期，棚內(nèi)濕度高于區(qū)間值的最大值70%時，系統(tǒng)平臺自動開啟卷膜機，降低棚內(nèi)濕度；土壤濕度低于區(qū)間值的最小值80%時，系統(tǒng)平臺自動啟動水肥一體化系統(tǒng)予以灌溉；光照強度低于區(qū)間值的最小值3萬Lux時，系統(tǒng)平臺在自動開啟卷簾設(shè)備增強透光性的情況下，自動啟動補光設(shè)備，予以補光。

3討論

在試驗中，針對日光溫室番茄生長的各個時期，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺能根據(jù)實際的反饋情況，實施對日光溫室的水肥一體化、卷簾、卷膜等自動控制。試驗測試智能化模式控制與傳統(tǒng)人工模式控制方式節(jié)約時間和提高效率的數(shù)據(jù)對比情況。由表6可知，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺的智能化模式控制明顯優(yōu)于傳統(tǒng)人工模式。

經(jīng)過試驗，引進的日光溫室控制通信系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、卷膜系統(tǒng)、卷簾系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、水肥系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備的性能可靠，所有智能設(shè)備響應(yīng)時間均在1s內(nèi)，所有聯(lián)動事項響應(yīng)時間均為0.5 s內(nèi)，在設(shè)施園區(qū)試驗示范中受到農(nóng)民群眾的認可，適用性較好。

4結(jié)束語

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)上的應(yīng)用，實質(zhì)上是對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展進程的全新探索與實踐。在物聯(lián)網(wǎng)平臺控制系統(tǒng)情況下，對日光溫室番茄生長各個時期進行試驗測試、模式對比和適用性分析。結(jié)果表明，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺實時采集日光溫室番茄的棚內(nèi)濕度、棚內(nèi)溫度、土壤濕度、土壤溫度、光照強度、土壤EC值和土壤pH值等數(shù)據(jù)，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超過日光溫室番茄的適宜生長條件合理區(qū)間的最大值或低于最小值時，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺均給予反饋提示，并啟動自動控制措施，自動控制溫室卷簾機、卷膜機、水肥一體化和加溫補光等設(shè)備，進行智能化、自動化科學(xué)管理，從而使設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸走向信息化、智能化、科學(xué)化，快速轉(zhuǎn)化勞動生產(chǎn)率，提高農(nóng)民效益。因此，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)平臺控制系統(tǒng)，依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和反饋提示，對日光溫室的灌溉施肥、卷膜、卷簾等自動控制的智能化技術(shù)模式，在日光溫室蔬菜生產(chǎn)中應(yīng)予以大力推廣應(yīng)用。