基于物聯(lián)網(wǎng)探討智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蔣益峰

[摘 要] 近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為了國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)信息領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題，它代表了人類未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的整體趨勢(shì)。在以信息傳輸、智能自動(dòng)化為主的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種全新的嘗試也是挑戰(zhàn)。本文就圍繞該技術(shù)探討了智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)中的灌溉模型設(shè)計(jì)算法與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，證明物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)相結(jié)合的有效性。

[關(guān)鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng) 智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng) 大棚灌溉模型 設(shè)計(jì) 應(yīng)用

[中圖分類號(hào)] S625 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1003-1650 （2016）04-0082-01

在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)是形成農(nóng)業(yè)工程項(xiàng)目的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一?，F(xiàn)如今，技術(shù)越來越發(fā)達(dá)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在一步步融入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，它不僅能夠智能部署農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的種植環(huán)境、采集溫度、濕度、光照、病蟲害以及二氧化碳濃度等等圖像數(shù)據(jù)信息，也能夠組建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的全時(shí)段感知和預(yù)警，輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出智能化科學(xué)決策，實(shí)現(xiàn)精確化種植與可視化管理?？梢哉f，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為我國(guó)正在轉(zhuǎn)型期間的智慧農(nóng)業(yè)帶來了全新的技術(shù)理念與有利條件，值得更深一步研究和推廣應(yīng)用。

1 基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能大棚系統(tǒng)耗水量分析

基于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)有許多，例如農(nóng)業(yè)信息感知技術(shù)、處理技術(shù)以及傳輸技術(shù)等等，它們中還涉及到農(nóng)業(yè)傳感器、GPS定位系統(tǒng)、無線射頻識(shí)別器、遙感以及二維碼技術(shù)等等。這些技術(shù)圍繞農(nóng)業(yè)環(huán)境信息展開，對(duì)種植農(nóng)作物中的空氣、溫濕度、土壤水分含量、肥料以及化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，為農(nóng)業(yè)作物在生長(zhǎng)階段提供了全方位的技術(shù)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供各式各樣的技術(shù)支持。本文所提到的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)大棚灌溉系統(tǒng)，它就是考慮到大棚中不能直接利用天然降水，需要為其尋找灌溉水源渠道。為了避免傳統(tǒng)人工灌溉的不確定性，圍繞物聯(lián)網(wǎng)所創(chuàng)建的灌溉模型就實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的精確化灌溉管理，其中也包括了對(duì)大棚耗水量的技術(shù)管理。

首先，要明確智能化農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)雖然在科技技術(shù)上相對(duì)發(fā)達(dá)，但是它所能提供的農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境與野外大田作物還是存在明顯區(qū)別的，就比如說作物生長(zhǎng)環(huán)境差別。先說光照條件，大棚內(nèi)是要明顯弱于野外大田的，而反觀增溫保濕控制效果則相對(duì)強(qiáng)于大田種植。而在最重要的灌溉方面，農(nóng)業(yè)大棚的灌溉水源主要來自于人工供水，它雖然不受雨水天氣環(huán)境限制，但是畢竟大棚內(nèi)的環(huán)境相對(duì)十分封閉，內(nèi)部風(fēng)流動(dòng)速度相對(duì)較小，對(duì)水的蒸發(fā)作用也相對(duì)薄弱，這讓大棚內(nèi)始終處于一個(gè)濕度較高的水平，平穩(wěn)了大棚灌溉中對(duì)耗水量的需求。本文以浙江麗水縉云縣在2014～2015年度的大棚黃瓜種植為例，對(duì)其耗水量數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析。首先選取長(zhǎng)度為25m，寬度為2.5m的大棚地塊展開試驗(yàn)，通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)大棚黃瓜種植的月耗水量與平均月溫度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較，結(jié)果如表1。

從表1可以看出縣內(nèi)智能大棚黃瓜種植的月平均耗水量及溫度變化整體趨勢(shì)，二者存在相似關(guān)系，呈現(xiàn)中間階段高初期末期階段低的波峰波谷狀態(tài)。所以說，溫度因素對(duì)智能大棚的耗水量影響是偏大的，而其余因素則可以忽略不計(jì)。利用溫度數(shù)據(jù)分析來估算大棚的平均耗水量也是灌溉模型建立的關(guān)鍵基礎(chǔ)[1]。

2 智能大棚系統(tǒng)灌溉模型簡(jiǎn)析

考慮到表1中智能大棚中的溫度數(shù)據(jù)處于波動(dòng)起伏狀態(tài)，所以要根據(jù)不同時(shí)段的不同溫度條件來評(píng)估大棚中黃瓜種植的耗水量F（Ti）隨溫度變化的基本變化規(guī)律。根據(jù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)對(duì)大棚2014～2015年度種植的耗水量進(jìn)行整體分析，再將日平均溫度作為衡量大棚耗水量的重要指標(biāo)，為大棚日平均耗水量基于平均溫度T進(jìn)行線性函數(shù)模型建立：

F（Ti）=k x T

再根據(jù)以上灌溉函數(shù)模型來估算大棚的日平均耗水量，進(jìn)而得到大棚黃瓜實(shí)施灌溉的具體時(shí)間：

在公式中，灌溉總水量即：

根據(jù)上述模型每天從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用歷史溫度數(shù)據(jù)以及假設(shè)溫度數(shù)據(jù)，其目的就是分析和計(jì)算大棚黃瓜在生長(zhǎng)期間的具體灌溉時(shí)間（以天為基本單位）。確定好灌溉時(shí)間和每天灌溉時(shí)間以后，就可以利用上位機(jī)來發(fā)送智能控制指令，對(duì)黃瓜作物實(shí)現(xiàn)每日自動(dòng)灌溉，每天灌溉后都會(huì)對(duì)大棚耗水量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后結(jié)合黃瓜生長(zhǎng)情況計(jì)算次日的灌溉水量，以此類推日復(fù)一日進(jìn)行[2]。

3 灌溉模型的應(yīng)用

首先，灌溉模型中的硬件結(jié)構(gòu)通過網(wǎng)關(guān)、繼電器來控制電磁閥開關(guān)，并借助上位機(jī)發(fā)送命令來實(shí)現(xiàn)灌溉指令，最終形成實(shí)際灌溉行為。每天大棚灌溉系統(tǒng)的用水總量都要通過流量傳感器來精細(xì)計(jì)算，每當(dāng)水流經(jīng)過流量傳感器時(shí)，數(shù)據(jù)線就會(huì)產(chǎn)生持續(xù)脈沖，通過脈沖來實(shí)現(xiàn)對(duì)用水量的評(píng)估。在每天的農(nóng)作物灌溉過程中，都要提前設(shè)置灌溉水量上限，根據(jù)實(shí)際需求來確定灌溉流程和灌溉起始時(shí)間。在系統(tǒng)模型中，網(wǎng)關(guān)除了采集和上傳上位機(jī)命令數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)信息傳達(dá)外，它還能夠在農(nóng)作物灌溉過程中實(shí)現(xiàn)合理的組織協(xié)調(diào)功效，如圖1。

如圖1所示，灌溉模型主要利用上位機(jī)結(jié)合智能通訊方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)大棚中農(nóng)作物的灌溉功能。當(dāng)灌溉工作開始后，系統(tǒng)模型會(huì)將控制命令發(fā)送到各個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)來具體驅(qū)動(dòng)相應(yīng)結(jié)構(gòu)控件的功能操作，按照順序一步步完成灌溉流程[3]。

4 總結(jié)

本文基于物聯(lián)網(wǎng)諸多技術(shù)所設(shè)計(jì)的智能大棚灌溉模型在農(nóng)業(yè)種植上實(shí)現(xiàn)了節(jié)水與精確灌溉功能，相比于傳統(tǒng)人力灌溉更加省力，灌溉精確度更加到位，在獲取歷史數(shù)據(jù)方面也相當(dāng)便捷，誤差較小。總體來說它是具有很好的業(yè)界實(shí)用價(jià)值的，值得在縣內(nèi)智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的未來建設(shè)中進(jìn)行更深層次的科學(xué)研究與應(yīng)用推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]張新，陳蘭生，趙俊等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2015，36（5）：90-95.

[2]王建平，房振宏，焦翠玲等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能蔬菜大棚構(gòu)建[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，38（5）：200-201.

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