計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)溫室領(lǐng)域方面的運(yùn)用

云南省電子工業(yè)研究所 云南省昆明市 650000

摘要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，信息技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。將計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和農(nóng)業(yè)相結(jié)合，有利于我國現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)建設(shè)。本文重點(diǎn)介紹了計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)溫室領(lǐng)域方面的應(yīng)用，并對(duì)應(yīng)用的情況作了簡(jiǎn)要的分析。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；農(nóng)業(yè)；溫室；運(yùn)用

我國是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著非常重要的作用。目前，我國大力發(fā)展新農(nóng)業(yè)建設(shè)，積極提高農(nóng)業(yè)的信息化水平。計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到重要的作用。在溫室大棚種植領(lǐng)域應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)r(nóng)作物的生長環(huán)境、農(nóng)作物的長勢(shì)等進(jìn)行科學(xué)的診斷和預(yù)測(cè)，有利于農(nóng)作物的生長，因此我們?cè)谵r(nóng)業(yè)溫室領(lǐng)域應(yīng)該將這一技術(shù)推廣開來。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，主要是指將近距離移動(dòng)收發(fā)器植入到日常生活用品和配件中，讓人和人、物和物、人和物之間可以不受時(shí)間和地點(diǎn)的約束進(jìn)行交流[1]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以看做是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延伸，是以計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)和共享。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對(duì)農(nóng)作物的生長環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)光照、溫度、濕度、空氣中氧氣和二氧化碳含量和土壤的特性都能有效控制，從而有利于控制農(nóng)作物生長的更好。

二、智能大棚的設(shè)計(jì)

1.智能大棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一般來說，智能大棚以無線傳感網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，并分別向上和向下添加信息應(yīng)用層和信息感知層，從而形成三層的基本結(jié)構(gòu)[2]。智能大棚的體系結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1 智能大棚體系結(jié)構(gòu)圖

2.智能大棚的控制流程

智能大棚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為了配合數(shù)據(jù)的采集工作和設(shè)備的控制工作，它主要是由不同的無線射頻節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)和農(nóng)業(yè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)等構(gòu)成。智能大棚系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，而且能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、清理，最終通過圖表和表格的方式向用戶展示。智能大棚系統(tǒng)的流程圖如下圖2所示。

圖2 智能大棚系統(tǒng)流程圖

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在溫室大棚中的集成應(yīng)用

1.數(shù)據(jù)采集技術(shù)

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以有效的完成溫室大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)采集工作，得到我們想要的數(shù)據(jù)[3]。比如，在溫室大棚中，我們可以通過對(duì)農(nóng)作物的種類和生長特點(diǎn)進(jìn)行分析，來布置相應(yīng)的光照傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器等設(shè)備，來完成對(duì)農(nóng)作物所需的環(huán)境數(shù)據(jù)的采集工作。一般來說，我們采集的信息會(huì)經(jīng)過RFID和WSN及時(shí)的傳遞到數(shù)據(jù)獲取和分析單元，數(shù)據(jù)經(jīng)過物聯(lián)網(wǎng)關(guān)的分析處理后最終被上報(bào)至服務(wù)器。其中，嵌入式的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)備設(shè)有多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸、控制和傳感方面的接口。物聯(lián)網(wǎng)關(guān)的服務(wù)器設(shè)備主要用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、解析、組包和發(fā)送等方面的工作。

1.設(shè)施控制技術(shù)

一般來說，溫室大棚中存在用于噴灌和采光等方面的農(nóng)業(yè)設(shè)備，而且配電箱附近設(shè)有能夠自動(dòng)化的控制板，不僅可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)設(shè)備的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，而且可以使這兩種控制方式有效結(jié)合。我們采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過信息感知層處理之后，可以同服務(wù)器設(shè)定的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，按照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，經(jīng)過物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，向農(nóng)業(yè)設(shè)備發(fā)送命令，農(nóng)業(yè)設(shè)備就可以按照程序自動(dòng)進(jìn)行工作。控制命令還可以經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制的反饋，從而對(duì)風(fēng)機(jī)、遮陽、閥門等設(shè)備進(jìn)行有效控制，最終實(shí)驗(yàn)對(duì)智能溫室大棚環(huán)境條件的控制。

2.視頻監(jiān)控技術(shù)

我們可以通過在溫室大棚內(nèi)安裝監(jiān)控，來實(shí)現(xiàn)溫室大棚內(nèi)的視頻監(jiān)控。一般來說，監(jiān)控?cái)z像機(jī)主要安裝在大棚的溫室兩側(cè)以及入口等處，通過視頻監(jiān)控可以對(duì)大棚現(xiàn)場(chǎng)情況有一個(gè)詳細(xì)的了解。我們利用攝像機(jī)內(nèi)的視頻圖像，可以在任何時(shí)候都實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)農(nóng)作物的具體生長狀況了如指掌，可以為科研和生產(chǎn)等工作提供可靠的資料，同時(shí)也能保障溫室大棚的安全，減少對(duì)大棚農(nóng)作物的偷盜現(xiàn)象。一般來說，視頻監(jiān)控采用的是流媒體技術(shù)，流媒體技術(shù)利用流媒服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)視頻的轉(zhuǎn)發(fā)、輸入和輸出等功能。

3.終端用戶應(yīng)用技術(shù)

一般來說，溫室大棚主要包括便攜電腦、智能手機(jī)、PC機(jī)和PDA等應(yīng)用終端。具有B/S結(jié)構(gòu)的服務(wù)器能夠有效實(shí)現(xiàn)智能溫室大棚的日常管理和維護(hù)等方面的工作，可以給不同的用戶提供不同的服務(wù)。一般來說，能夠有效實(shí)現(xiàn)為終端用戶提供設(shè)備的信息管理、用戶管理以及種植交流等方面的應(yīng)用。其中，設(shè)備的信息管理主要包括傳感器、大棚和農(nóng)業(yè)設(shè)備等方面信息的管理。用戶管理主要包括用戶增加、用戶刪除和權(quán)限管理等。種植交流主要包括專家論壇、聊天工具和供求信息的顯示等方面。

四、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)控制系統(tǒng)

1.溫度控制子系統(tǒng)

一旦溫度上升到大于設(shè)定值，PLC控制器就會(huì)開啟大棚卷簾和通風(fēng)機(jī)組，使戶外的空氣進(jìn)入，同時(shí)能夠?qū)峥諝馀懦觯@樣溫室大棚內(nèi)的溫度就會(huì)又下降到溫度的設(shè)定值。如果溫度下降到小于設(shè)定值，PLC控制器就會(huì)就會(huì)對(duì)通風(fēng)機(jī)組和大棚卷簾進(jìn)行關(guān)閉，同時(shí)光照系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)的開啟，這樣溫度又會(huì)回升到設(shè)定值。

2.濕度控制子系統(tǒng)

一旦濕度上升到大于設(shè)定值，PLC控制器就會(huì)啟動(dòng)通風(fēng)機(jī)組，使戶外的空氣進(jìn)入，同時(shí)能夠?qū)駳馀懦?，這樣溫室大棚內(nèi)的濕度就會(huì)又下降到濕度的設(shè)定值。如果濕度下降到小于設(shè)定值，PLC控制器就會(huì)對(duì)噴霧器灌溉系統(tǒng)進(jìn)行開啟，這樣濕度又會(huì)回升到設(shè)定值。

3.CO2濃度控制子系統(tǒng)

一旦CO2濃度上升到大于設(shè)定值，PLC控制器就會(huì)啟動(dòng)通風(fēng)機(jī)組，使戶外的空氣進(jìn)入，同時(shí)能夠?qū)O2氣體排出，這樣溫室大棚內(nèi)的CO2濃度就會(huì)又下降到濃度的設(shè)定值。如果CO2濃度下降到小于設(shè)定值，PLC控制器就會(huì)對(duì)通風(fēng)機(jī)組進(jìn)行關(guān)閉，同時(shí)對(duì)CO2控制器進(jìn)行開啟，這樣CO2濃度又很快回到了設(shè)定值。

五、溫室大棚應(yīng)用實(shí)例

環(huán)境感知是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)，農(nóng)民如果僅僅依靠自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)農(nóng)業(yè)大棚進(jìn)行管理和種植，就會(huì)很難保證大棚的經(jīng)濟(jì)效益，容易造成浪費(fèi)，不利于節(jié)約成本。我們可以在大棚內(nèi)布設(shè)傳感器和各種設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)溫度、濕度和CO2濃度等方面的控制，并且根據(jù)我們實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行施肥、灌溉、防治病蟲害等工作，這樣能夠有效促進(jìn)農(nóng)作物的生長，有利于農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

例如，在溫室大棚內(nèi)蔬菜種植時(shí)，我們可以建立一套基于遠(yuǎn)距離系統(tǒng)的RFID蔬菜識(shí)別系統(tǒng)，通過將近距離移動(dòng)收發(fā)器植入到蔬菜內(nèi)，系統(tǒng)可以對(duì)蔬菜準(zhǔn)確的識(shí)別，并且可以為農(nóng)民提供準(zhǔn)確的資料和信息。

結(jié)語：

本文重點(diǎn)介紹了計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)溫室領(lǐng)域方面的應(yīng)用，并對(duì)應(yīng)用的情況作了簡(jiǎn)要的分析。計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過對(duì)光照、溫度和濕度等因素的控制，促進(jìn)農(nóng)作物的生長，從而保障我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。因此，我們應(yīng)該積極把先進(jìn)技術(shù)引入到農(nóng)業(yè)中來，這樣才能有效促進(jìn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

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城市綠地廊道不僅是維護(hù)城市生態(tài)平衡、美化城市景觀環(huán)境的重要手段，同時(shí)，它有機(jī)聯(lián)系城市內(nèi)外自然環(huán)境，引入郊野新鮮空氣，可緩解城市熱島效應(yīng)，改善城市氣候。因此，城市綠地廊道也是組織城市通風(fēng)的重要載體。尤其對(duì)于城市的夏季高溫是其最惡劣氣候條件，利用綠地廊道組織城市自然通風(fēng)為城市降溫顯得尤為重要。

選擇正確的城市平面組合形式：合理栽種樹木，形成綠化廊道，有利于導(dǎo)風(fēng)、透風(fēng)。樹木可以降低風(fēng)速，通常風(fēng)速減少10%以上的范圍，迎風(fēng)可達(dá)樹高的5倍，背風(fēng)可達(dá)樹高的2倍，保護(hù)綠化帶如能使4%的風(fēng)透過則可發(fā)揮最大的防風(fēng)效果；樹木層的下層開放的植物栽種計(jì)劃可讓涼風(fēng)吹過，濃密的大樹及林下灌木則可阻擋強(qiáng)風(fēng)侵襲；建筑物或活動(dòng)頻繁場(chǎng)所應(yīng)安置有遮陰樹或大片草坪等有冷卻空氣效果地區(qū)的下風(fēng)處。

緩解城市熱島的綠地廊道通常應(yīng)具備兩個(gè)條件：一是方向性，綠地廊道應(yīng)順應(yīng)本地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向，并且，根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究顯示，當(dāng)風(fēng)向與廊道風(fēng)口呈一定夾角，具體為30°至60°時(shí)，“穿堂風(fēng)”最為順暢，且風(fēng)速均勻。同時(shí)，在保證廊道主體方向順應(yīng)主導(dǎo)風(fēng)向的前提下，廊道形式的曲折會(huì)增加風(fēng)在城市內(nèi)部的流動(dòng)；二是貫通性：城市綠地廊道應(yīng)盡量與城市外圍郊野綠地直接溝通，形成整體，并貫穿城市內(nèi)部，避免在城市內(nèi)部形成綠化孤島。

2.3建筑細(xì)節(jié)重改善

自然通風(fēng)的風(fēng)壓作用和熱壓作用隨著建筑物的高度而增強(qiáng)，由此，高層建筑的自然通風(fēng)較為有利，但是，高樓林立下的“山谷”對(duì)風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)和大氣污染的時(shí)空分布產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響，形成“峽谷”效應(yīng)。同時(shí)，高層建筑卻把城市上空的高速風(fēng)引向地面，帶來變幻莫測(cè)的“高樓風(fēng)”，危害行人和行車安全；風(fēng)荷過大，玻璃幕墻會(huì)出現(xiàn)“雪崩”損壞。“峽谷”效應(yīng)的另一表現(xiàn)形式是由于高層建筑云集，在建筑群體之間某些區(qū)域內(nèi)可能形成“死小區(qū)”，空氣不流通，造成嚴(yán)重的空氣污染。同時(shí)高層建筑群還可能產(chǎn)生電子屏蔽效應(yīng)，對(duì)電子信號(hào)、無線電波產(chǎn)生影響。高樓林立所造成的“峽谷”效應(yīng)，已成為現(xiàn)代城市的公害。因此對(duì)周邊地區(qū)自然通風(fēng)的穩(wěn)定性和控制不利，造成的高速風(fēng)使得建筑周邊的人群行走艱難。

a）基座型建筑

由于“樓房風(fēng)”對(duì)行人的危害，可將高層建筑的下層部分規(guī)劃為一大片的低層建筑物，以此減少對(duì)行人活動(dòng)層的影響，下層部分的大片低層建筑稱為高層建筑的基座；底層建筑設(shè)計(jì)的高度必須比周圍的建筑物高，以避免樓房風(fēng)影響周圍的低矮建筑，形成過渡層。

b）中空化建筑

在建筑物的中層部分設(shè)置大開口，使得風(fēng)能穿透而過，由此降低高層建筑引起的高空高速下沉風(fēng)風(fēng)速，建筑物中空層設(shè)置的位置以接近受風(fēng)面的氣流分歧點(diǎn)附近，其風(fēng)速增加領(lǐng)域?yàn)樽钚　?/p>

c）其他措施

建筑平面轉(zhuǎn)角處理：角偶鋸齒狀處理，使迎風(fēng)側(cè)上游處面積小，而下游處面積大；或?qū)⒔ㄖ锲矫鎴A形化以降低風(fēng)速增加領(lǐng)域。

墻面凹凸變化：將建筑物墻面做成凹凸?fàn)?，以阻擾氣流，降低橫切建筑物側(cè)面的風(fēng)速；建筑物墻面凹凸?fàn)钭兓?，可籍遮陽板或增設(shè)陽臺(tái)方式處理。

3總結(jié)

建筑的室外風(fēng)環(huán)境是影響生活其中人員舒適性的重要內(nèi)容，也是影響室內(nèi)熱、風(fēng)環(huán)境的基礎(chǔ)條件。合理的建筑布局、體型設(shè)計(jì)和室外園林綠化布置往往產(chǎn)生舒適的室外風(fēng)環(huán)境和理想的室內(nèi)自然通風(fēng)，也會(huì)減少室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷，體現(xiàn)了節(jié)能、生態(tài)、綠色的建筑理念。

街道風(fēng)環(huán)境受城市氣候、區(qū)域地形、街道形態(tài)等眾多因素影響，本文主要從街道及其兩側(cè)建筑層面進(jìn)行研究，分析表明建筑布局的合理性、通風(fēng)廊道的建立及建筑本身的各項(xiàng)細(xì)節(jié)均能改善街道立面的自然通風(fēng)環(huán)境，具體措施包括交錯(cuò)式建筑群布局、逐漸抬升的建筑高度、順應(yīng)主導(dǎo)風(fēng)向的建筑方位、精心布局與設(shè)計(jì)通風(fēng)廊道、建筑垂直變化與開口優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

劉倩，女，助理工程師，碩士，1990年2月，工作單位：廣東省建筑科學(xué)研究院。