日光温室环境控制系统应用推广.pdf

金娟 日光温室环境控制系统应用推广 J 农业工程 2022 12 5 20 24 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2022 05 005 JIN Juan Application and popularization of environmental control system in solar greenhouse J Agricultural Engineering 2022 12 5 20 24 日光温室环境控制系统应用推广 金 娟 北京市数字农业农村促进中心 北京 100101 摘 要 结合农业物联网技术在北京市日光温室智能控制的推广工作 介绍与椰糠基质栽培高品质番茄生产相结合的日光温 室环境智能集成控制技术体系 包括软件集成和硬件配置 并提出了农业物联网技术推广中存在的问题和建议 希望为日光 温室环境控制系统的应用推广提供参考模式 关键词 物联网 日光温室 农业智能装备 中图分类号 S24 文献标识码 A 文章编号 2095 1795 2022 05 0020 05 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2022 05 005 Application and Popularization of Environmental Control System in Solar Greenhouse JIN Juan Beijing Digital Agriculture Rural Promotion Center Beijing 100101 China Abstract Combined with popularization of agricultural Internet of Things technology in intelligent control of solar greenhouse in Beijing and combined with coconut bran substrate cultivation and high quality tomato production integrated intelligent control technology system for solar greenhouse environment was introduced including software integration and hardware configuration At the same time problems and suggestions existing in popularization of agricultural internet of things technology were described in detail hoping to provide a reference model for application and popularization of solar greenhouse environmental control system Keywords Internet of Things solar greenhouses agricultural intelligence equipment 0 引言 十三五 期间 北京市先后印发了 关于推进 互联网 农业 的实施意见 北京市乡村振兴战略 规划 2018 2022 和 关于全面推进乡村振兴加快 农业农村现代化的实施方案 等文件 将数字农业列 为全市农业领域重点工作 提出农业生产智能化水平 要大幅提升 核心技术 智能装备研发与集成应用取 得重大突破 适宜农业 方便农民的轻简化 傻瓜 式信息技术得到大面积推广应用 中试和熟化一批农 业物联网关键技术 智能装备和解决方案 推广一批 节本增效农业物联网应用模式 提高农业产出率 劳 动生产率 资源利用率 1 2 结合实际 北京市积极整合涉农资源 利用移动互 联网 农业物联网及云计算技术 实现日光温室中各 类硬件 设备的智能化控制 提升控制端的精准性 易用性 同时开发智能操控软件 并优化调控策略 让农民会使用 放心用 1 日光温室环境控制系统 如图1所示 温室环境智能集成控制技术体系由物 联网环境感知系统 温室智能控制终端 信号传输网 络 温室智能硬件装备 远程控制平台5部分组成 物 联网环境感知系统实时采集温室环境数据 是整个系 统的感知层 温室智能控制终端是系统的大脑 负责 接收物联网环境感知系统实时传送的环境信息 并根 据技术人员的指令或者预设的策略 向温室中各个硬 件装备发送控制指令 同时监测其工作状态和完成程 度 远程控制平台分为电脑端和手机端 技术人员可 以应用该平台实时查看并控制各个装备 并可以预设 控制策略让整个系统自主运行 3 4 1 1 农业通用智能硬件接入与控制平台 针对目前农业智能硬件控制软件专用性强 可开发 性低 升级成本高等问题 开发了农业硬件专用服务 收稿日期 2021 12 08 修回日期 2022 02 13 作者简介 金娟 硕士 主要从事农业信息化研究 E mail benz 250 第 12 卷 第 5 期 农 业 工 程 Vol 12 No 5 2022 年 5 月 AGRICULTURAL ENGINEERING May 2022 系统 农业通用智能硬件接入与控制平台 该平台 通过多种协议智能解析 形成通用接口 实现多厂家 多功能 多类型的农业智能硬件设备接入 形成企业 内部的智能控制网络 根据不同智能控制设备开发相 应的控制策略 直接使用微信就可以实现不同设备的 远程智能控制 操作简便 农民容易接受 愿意使用 通用 简单的传输接口 帮助实现该平台采集的智能 硬件设备数据以及控制功能 并可以与农场云等业务 平台无缝对接 农业通用智能硬件接入与控制平台显 示界面如图2所示 1 2 环境感知设备 环境感知设备像整个体系的 感官 系统 是实现 温室环境智能控制的数据基础和来源 包括新型太阳 能可移动温室环境传感器 农业生产图像自动采集设 图1 温室环境智能集成控制系统结构 Fig 1 Structure of greenhouse environment intelligent integrated control system 图2 农业通用智能硬件接入与控制平台 Fig 2 Agricultural general intelligent hardware access and control plat 金娟 日光温室环境控制系统应用推广 21 备 手持式多功能农业智能检测分析设备 农业气象 监测站 为了适应椰糠基质栽培模式 基质槽内部署 了基质含水量传感器 基质温湿度计等设备 5 7 1 3 智能控制终端 温室智能控制终端是整个体系的大脑和神经中枢 负责接收物联网环境感知系统的各类环境信息 同时 对温室内各个硬件装备进行电路管理 控制命令发送 工作状态监测 并可以无线连接云端WEB 手机APP 遥控器 远程控制温室内所有设备 一个设备便可将 所有温室执行设备有机联结到一起 为农作物创造一 个最适宜的生长环境 达到优质 高产 高效的效果 智能控制终端采用一体化设计 可以实现多路控制 语音控制 自动升级 同时 终端自带20 32 cm 8寸 液晶显示屏 机身采用ABS工程塑料 机身全封闭 机内不裸露线缆 避免人体触碰 更安全 短路保护 过流保护 触屏操控 简捷高效 故障反馈 可追溯 操作 配套陀螺仪与急停设备 避免保温被上下卷有 危险 语音唤醒后屏幕点亮 人脸识别后才可操控配 电柜 预防无关人士随意操控温室设备 1 4 日光温室的智能硬件 部署于日光温室的智能硬件是整个环境智能控制系 统的 四肢 负责最终实现智能控制 温室内外设 备分别如图3和图4所示 智能硬件包括卷膜和卷被智 控模块 水肥一体化模块 温室增温降温模块 空气 循环系统 湿帘风机控制模块 空间电场除雾控制模 块等 8 2 存在的问题 目前 温室智能控制技术体系在设施种植推广应用 中仍然存在不少问题 总结来看有以下3个方面 2 1 投入产出不匹配 温室智能控制技术体系推广最大的障碍在于投入产 出比低 经济性不强 相较于温室单产收益 智能控 制装备价格高昂 同时 智能设备的实际价值未充分 体现 当前 农业物联网应用还处于温室环境感知层 面 只有卷膜卷帘 灌溉等少数环节的应用相对成熟 物联网技术应用率还较低 导致对温室环境控制和设 备操作无法实现远程自动控制 耗费人工较大 生产 标准化程度低 9 10 2 2 管理模式不匹配 经营主体的管理模式导致其对于农业物联网的接受 程度不同 因而温室智能控制的推广难易程度并不同 经营主体有多种类型 大致分为农户 家庭农场 农 民合作社 企业管理 大 中型 经营者和家庭农场 直接经营属于个体经营模式 其生产销售一体化 对 于温室智能控制接受程度低 适合功能简单 可产生 直接经济效应的产品 如卷膜卷帘等 在企业管理的 模式下 其生产 经营流程相对完善 具有一定的规 模 适合推广功能完备的温室智能控制终端 如水肥 一体化设备等 因此 温室控制技术体系推广需要与 农场管理模式相匹配 不同的经营管理模式 应构建 不同的服务模式 11 图3 日光温室内设备部署 Fig 3 Deployment of equipment inside solar greenhouse 22 农业工程 信息与电气化 2 3 技术标准不匹配 目前 国内缺乏完整的农业物联网技术标准体系 自动卷帘 施肥灌溉等常用的物联网设备来自不同厂 家和品牌 接口和数据传输协议存在明显差异 使得 数据分享和服务协同变得异常困难 这种异构性使得 物联网难于实现广泛的集成应用 可靠性也难以保证 同时 上层应用系统的开发也没有统一模式接口 无 法实现互联共享 3 日光温室环境控制系统创新点 3 1 技术创新 应用物联网 云计算 传感 人工智能等多种信息 技术 通过技术创新和集成创新 示范了新型智能控 制设备 并改造了传统温室硬件设备 实现了不同型 号不同厂家的各类硬件装备串联成线 统一控制和应 用 进而实现了温室环境数据采集 分析 控制一体 化应用 日光温室环境控制系统的技术体系及软件功 能模块的运转充分体现了信息技术与农艺技术有效融 合的特点 促进了农业与信息化的同步发展 12 3 2 模式创新 日光温室环境控制系统充分考虑了农机 农艺 与 信息化融合应用原则 为今后高标准的智能日光温室 建设提供了参考标准和建设模型 在技术方案和设备 示范上 坚持问题导向 针对农业物联网应用的问题 和不足 瞄准农民真正需求 着力攻坚关键环节技术 难关 形成了可复制 可推广的建设模式 3 3 机制创新 通过与农业技术推广 农业信息化部门间的深度合 作 建立了各有分工 资源共享 优势互补 科技联 合 共同推进项目的管理机制 为项目实施中设备研 发 技术方案设计 效果验证 系统试运行与功能完 善等关键环节打下了坚实基础 强调信息化的支撑和 服务作用 改变了以往信息化单打独斗 闭门造车的 项目实施机制 13 4 建议 结合近年来推广实践和经验 对北京市农业物联网 推广提出以下建议 1 结合北京市农业产业特点 加强农业物联网 关键核心技术和共性技术的研究 进一步提升农业物 联网设备的适用性 可靠性和智能化 同时降低成本 充分发挥北京市科研力量 逐步形成政府引导 科研 单位支持 企业主体及生产主体参与的科技支撑体系 促进科研要素向企业集聚 培育一批数字农业领域创 新型企业 2 目前 农业物联网技术在农业生产环境监测 领域已经较为成熟 但是灌溉 通风 降温等智能装 备应用率较低 尚未形成 感知 决策 控制 的应用 闭环 限制了农业物联网应用效益 14 控制模型和 底层控制精度是实现闭环的关键性因素 这依赖于精 准的农业感知 智能化的数据模型学习技术 3 以需求为导向 分层分级制定农业物联网应 用技术方案 以满足不同规模 不同经营模式的需求 农业物联网技术的深度应用需要具备一定规模的集约 化生产模式的支撑 以小规模单一农户种植为主的设 施蔬菜种植对农业物联网技术整体解决方案的需求并 不强烈 在实践应用中 以单一应用场景建设解决农 场实际需求 再寻求场景的整合应用 图4 日光温室外设备部署 Fig 4 Deployment of equipment outside solar greenhouse 金娟 日光温室环境控制系统应用推广 23 5 结束语 数字农业是新时期农业的主要形态和典型特征 是 用现代工业生产的组织方式 管理理念和先进技术发 展现代农业而形成的一种新的农业业态 农业物联网 技术是实现农业生产 经营 管理 服务的在线化和 数据化的重要技术方式 是数字农业发展的必要支撑 十四五 期间 农业物联网技术的研究推广必将成 为北京市数字农业发展重要方向 参考文献 张传帅 徐岚俊 李小龙 等 日光温室主要环境参数对番茄本 体长势的影响 J 中国农业大学学报 2019 24 10 118 124 ZHANG Chuanshuai XU Lanjun LI Xiaolong et al Effects of main environmental parameters on the growth of tomato in solar green house J Journal of China Agricultural University 2019 24 10 118 124 1 李天华 常金明 魏珉 等 山东省日光温室通风设施应用现状 及问题分析 J 农业工程技术 2018 38 16 22 26 2 裴雪 范奥华 刘焕宇 等 基于温光耦合的温室卷帘机控制设 备开发 J 农机化研究 2018 40 4 83 86 PEI Xue FAN Aohua LIU Huanyu et al Development of green house rolling machine control equipment based on temperature and light coupling J Journal of Agricultural Mechanization Research 2018 40 4 83 86 3 张国祥 刘星星 张领先 等 基于CFD的日光温室温度与卷帘 开度关系研究 J 农业机械学报 2017 48 9 279 286 ZHANG Guoxiang LIU Xingxing ZHANG Lingxian et al Rela tionship between indoor temperature and rolling shutter opening of solar greenhouse based on CFD J Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery 2017 48 9 279 286 4 彭秀媛 白冰 王枫 等 日光温室内环境科学数据监测传感器 5 的布设 J 江苏农业科学 2017 45 10 167 170 张国祥 傅泽田 张领先 等 中国日光温室机械卷帘技术发展 现状与趋势 J 农业工程学报 2017 33 S1 167 170 ZHANG Guoxiang FU Zetian ZHANG Lingxian et al Develop ment status and prospect of mechanical rolling shutter technology in solar greenhouse in China J Transactions of the Chinese Society of Agricul tural Engineering 2017 33 S1 167 170 6 董亮 王家忠 孔德刚 等 日光温室卷帘机自动接缝装置设 计 J 河北农业大学学报 2016 39 6 107 111 DONG Liang WANG Jiazhong KONG Degang et al A design of automatic seamless device for solar greenhouse rolling machine J Journal of Agricultural University of Hebei 2016 39 6 107 111 7 李亚迪 苗腾 朱超 等 北方日光温室智能监控系统的设计与 实现 J 中国农业科技导报 2016 18 5 94 101 LI Yadi MIAO Teng ZHU Chao et al The design and implement ation of intelligent monitoring system for solar greenhouse in northern China J Journal of Agricultural Science and Technology 2016 18 5 94 101 8 宋明军 邱仲华 甘肃省日光温室通风技术的发展现状 问题与 对策 J 农业工程技术 2016 25 17 20 9 王蕊 杨小龙 马健 等 日光温室保温技术应用现状 J 农 业工程技术 2016 19 9 11 10 杨玉波 日光温室温度调控管理措施 J 现代农村科技 2021 7 102 11 张国辉 林娜 杜文婷 等 黑龙江省日光温室高效生产模式筛 选 J 农业工程技术 2021 41 16 34 40 12 葛亮 崔海成 常梅梅 戈壁日光温室口感型番茄绿色高效栽培 技术 J 上海蔬菜 2021 5 32 33 13 郭华歌 郭春梅 宁春雪 天津地区日光温室冬季热环境测试与 模拟研究 J 天津城建大学学报 2021 27 4 273 278 GUO Huage GUO Chunmei NING Chunxue Double membrane sol ar greenhouse testing and simulation research of winter thermal environ ment in Tianjin J Journal of Tianjin Chengjian University 2021 27 4 273 278 14 24 农业工程 信息与电气化