設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境因子無線監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘 要：本文探討了在設(shè)施農(nóng)業(yè)中如何對環(huán)境因子進(jìn)行全方位無線監(jiān)控，建立健全農(nóng)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)，為提高設(shè)施農(nóng)業(yè)的信息化和自動(dòng)化建設(shè)提出了建議和意見。

關(guān)鍵詞：設(shè)施農(nóng)業(yè)；環(huán)境因子；無線監(jiān)測；預(yù)警系統(tǒng)

中圖分類號：TP274.4

設(shè)施農(nóng)業(yè)是近年來在農(nóng)業(yè)科技發(fā)展基礎(chǔ)上所形成的一種概念，其以高端工程技術(shù)為媒介，通過專業(yè)設(shè)施的投入，人為改變環(huán)境因子，創(chuàng)設(shè)有利于農(nóng)作物生長的環(huán)境，從而打破了地域、季節(jié)和自然環(huán)境限制，對農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了積極的推助作用。無線監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要保障，是有效控制環(huán)境因子的重要手段。結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)條件，設(shè)計(jì)具有低風(fēng)險(xiǎn)、高效能的無線監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，對推進(jìn)我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境因子的無線監(jiān)控結(jié)構(gòu)

無線監(jiān)控是捕捉環(huán)境因子信息的重要設(shè)施，常用于兩個(gè)及兩個(gè)以上的溫室群。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，無線監(jiān)控由兩大主體系統(tǒng)構(gòu)成，連接這兩大主體系統(tǒng)之間的媒介即GSM網(wǎng)絡(luò)。

1.1 設(shè)施農(nóng)業(yè)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)及終端檢測節(jié)點(diǎn)的配置。（1）設(shè)施農(nóng)業(yè)基本架構(gòu)。設(shè)施農(nóng)業(yè)的核心是與農(nóng)業(yè)相關(guān)的溫室、畜室和菇房，但目前趨于大眾化的設(shè)施農(nóng)業(yè)僅針對農(nóng)作物種植溫室而言。其基本原理是利用覆蓋材料對農(nóng)作物進(jìn)行保護(hù)，從而改變環(huán)境因子，對農(nóng)作物實(shí)施冬天保溫防凍和夏天降溫防苔措施，即人們常說的溫室（大棚）。環(huán)境因子控制是設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)的關(guān)鍵因素，如土壤、水分和光照等等。當(dāng)前，我國大多數(shù)地區(qū)實(shí)行節(jié)源型設(shè)施農(nóng)業(yè)運(yùn)作，即以最少的人力資源來維系最多的溫室運(yùn)行。由此，這也決定了在設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)中必須采用無線監(jiān)控設(shè)施來控制環(huán)境因子。（2）網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的基本結(jié)構(gòu)。設(shè)施農(nóng)業(yè)中的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要是指無線傳感器節(jié)點(diǎn)，其主體包括終端用戶、電源、串口模塊、USB系統(tǒng)、定位引擎、天線和晶振組成。在設(shè)施農(nóng)業(yè)的運(yùn)作過程中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的主要功能在于接受終端檢測節(jié)點(diǎn)所采集的環(huán)境因子信息，并通過GSM網(wǎng)絡(luò)信號，將信息傳送給無線監(jiān)測設(shè)施，如圖1所示。（3）終端監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的基本結(jié)構(gòu)。終端檢測節(jié)點(diǎn)是收集環(huán)境因子信息的重要設(shè)施，基于設(shè)施農(nóng)業(yè)對環(huán)境因子信息采集的要求較高，因此在設(shè)計(jì)終端檢測節(jié)點(diǎn)時(shí)可考慮采用CC2430系統(tǒng)芯片，并采用SHT11數(shù)字型溫濕傳感器。

1.2 無線監(jiān)測設(shè)施配置。設(shè)施農(nóng)業(yè)中的無線監(jiān)測設(shè)施主要包括用戶手機(jī)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。在實(shí)踐應(yīng)用中，兩種無線監(jiān)測設(shè)施的運(yùn)用方式相同，但由于信號接收功能的強(qiáng)弱，因此，手機(jī)的性能則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如專業(yè)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是接收由終端檢測節(jié)點(diǎn)所傳送的溫室環(huán)境因子信息，同時(shí)對網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和終端檢測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，其主體是通過ASP·NET+SQL編程所構(gòu)建的，其中，ASP動(dòng)態(tài)服務(wù)頁面負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，從而提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示；NET操作平臺(tái)負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同工作，通過人為操作，提供數(shù)據(jù)分析和歷史查詢服務(wù)；而SQL數(shù)據(jù)庫則負(fù)責(zé)儲(chǔ)存終端檢測節(jié)點(diǎn)所傳送的各種數(shù)據(jù)，并提供實(shí)時(shí)查詢服務(wù)。

2 設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境因子預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

環(huán)境因子預(yù)警系統(tǒng)是建立在無線監(jiān)控基礎(chǔ)上的，嚴(yán)格來說，是無線監(jiān)控功能的延伸。在對設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境因子的無線監(jiān)控中，由于無線監(jiān)控僅能掌握環(huán)境變化的當(dāng)前和歷史數(shù)據(jù)，而不能對突發(fā)狀況作出預(yù)警，因此，科學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境因子預(yù)警系統(tǒng)，對完善設(shè)施農(nóng)業(yè)中的“設(shè)施”具有重要意義。

2.1 DSS決策預(yù)警系統(tǒng)的功能概述。決策預(yù)警系統(tǒng)（Decision Support System 簡稱DSS）是一種全新的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境因子預(yù)警系統(tǒng)，其主要功能是捕捉溫室環(huán)境因子的變化，為設(shè)施農(nóng)業(yè)的各項(xiàng)決策提供預(yù)警服務(wù)。DSS決策預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：（1）能夠提高設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)中各項(xiàng)決策的有效性；（2）在用戶各類決策變更中具有高度的靈活性和適應(yīng)性；（3）具有廣闊的應(yīng)用空間和高度的應(yīng)用價(jià)值。

2.2 DSS決策預(yù)警系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。DSS決策預(yù)警系統(tǒng)主要采用兩庫結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)主要包括人機(jī)交換系統(tǒng)、模型庫管理系統(tǒng)、模型庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫五大主體此外，DSS決策預(yù)警系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)還具有另一種系統(tǒng)形式，其主體包括語言處理系統(tǒng)、問題處理系統(tǒng)和知識系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)方式與前者大體一致。此外，兩種基本結(jié)構(gòu)都是建立在以用戶為媒介這一基礎(chǔ)上的。

但在實(shí)踐中，環(huán)境變因子是千變?nèi)f化的，實(shí)踐證實(shí)，固定、單一的常規(guī)預(yù)警系統(tǒng)很難適應(yīng)千變?nèi)f化的環(huán)境狀況，因此，這就需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步健全預(yù)警系統(tǒng)，即對DSS決策預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行完善處理。對此，本文建議將人機(jī)交換系統(tǒng)與模型庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和決策預(yù)警相融合，使其能夠應(yīng)對更多的環(huán)境變化。

2.3 DSS系統(tǒng)的環(huán)境因子預(yù)測與模型建立。由于設(shè)施農(nóng)業(yè)的操作性較強(qiáng)，技術(shù)含量較高，因此，在溫室建設(shè)中極易產(chǎn)生漏洞，這些漏洞會(huì)嚴(yán)重影響DSS預(yù)警系統(tǒng)的性能。因此，在開展DSS決策預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須要結(jié)合設(shè)施農(nóng)業(yè)的建設(shè)狀況，以及結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，設(shè)計(jì)不同的硬件設(shè)施和預(yù)警系統(tǒng)來匹配相應(yīng)的自然環(huán)境。實(shí)現(xiàn)DSS決策預(yù)警系統(tǒng)的環(huán)境因子預(yù)測需要一定的模型預(yù)測支撐，在實(shí)踐中，用戶可首先測量當(dāng)?shù)氐脑纭⑽?、晚溫差，其次利用溫差?shù)據(jù)建模，評測預(yù)警系統(tǒng)的反應(yīng)能力。而對于四季不明顯、早晚溫差較小的區(qū)域，如我國南方地區(qū)，則需要一周、一月或更長的時(shí)間來采集更多的數(shù)據(jù)。

2.4 DSS決策預(yù)警系統(tǒng)的環(huán)境因子預(yù)警流程。DSS系統(tǒng)預(yù)警是由環(huán)境因子各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定值來決定的，農(nóng)作物對環(huán)境變化的適應(yīng)能力較強(qiáng)，環(huán)境因子變化不明顯，則設(shè)定值較高，反之，則需設(shè)定較低的預(yù)警參數(shù)。其主要流程主要包括兩個(gè)方面。首先，設(shè)定環(huán)境因子預(yù)警參數(shù)值，并通過終端預(yù)測節(jié)點(diǎn)獲得實(shí)際檢測數(shù)據(jù)；其次，通過DSS決策預(yù)警系統(tǒng)，其一將監(jiān)測數(shù)據(jù)反映給報(bào)警燈，并顯示結(jié)果，其二將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫對當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，將新數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到歷史數(shù)據(jù)庫，最后刷新數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫反映出來。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，DSS決策預(yù)警系統(tǒng)能夠有效彌補(bǔ)無線監(jiān)測的不足，使用戶對溫室能夠形成24小時(shí)監(jiān)控和不間斷預(yù)警，從而能夠及時(shí)獲取環(huán)境因子的動(dòng)態(tài)，作出具有針對性的決策。

3 結(jié)束語

當(dāng)前，我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)正由原來的個(gè)體化逐漸向著市場化的方向過渡，因此，只有積極探索設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的新路徑，才能充分發(fā)揮我國農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢，讓農(nóng)業(yè)帶動(dòng)其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成蘊(yùn)含巨大潛力的新的產(chǎn)業(yè)鏈

參考文獻(xiàn)：

[1]封金祥.精準(zhǔn)灌溉技術(shù)及其應(yīng)用前景分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科技，2005（04）：47.

[2]張佐經(jīng)，張海輝，瞿長遠(yuǎn).設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境因子無線監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010（11）：76-82.

作者單位：湖南常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南常德 415000