基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在設(shè)施大棚中的應(yīng)用探討

程雯

摘 要 農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)一個(gè)國(guó)家至關(guān)重要，而農(nóng)業(yè)發(fā)展與氣象變化密切相關(guān)?；诖耍?jiǎn)要闡述了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的氣象災(zāi)害及其產(chǎn)生的危害、采用設(shè)施大棚的種植優(yōu)勢(shì)，分析了傳統(tǒng)設(shè)施大棚種植業(yè)存在的問(wèn)題，進(jìn)而針對(duì)性地提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在設(shè)施大棚中的應(yīng)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施大棚氣象環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控及自動(dòng)調(diào)節(jié)，以期提高設(shè)施大棚的生產(chǎn)水平，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng);農(nóng)業(yè)氣象;監(jiān)測(cè);設(shè)施大棚

中圖分類號(hào)：S63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.33.108

農(nóng)業(yè)是促進(jìn)國(guó)家發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)力高低直接影響著工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、設(shè)施大棚的出現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了重要作用，讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更容易受到人為掌控。但農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中仍然不能忽視的一個(gè)因素就是氣象條件，對(duì)氣象的準(zhǔn)確掌握可以更好地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。傳統(tǒng)的氣象變化預(yù)測(cè)大部分是農(nóng)戶根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出或者單純地依靠天氣預(yù)報(bào)，缺乏實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性[1]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)難免會(huì)受到突發(fā)氣象災(zāi)害的影響，造成減產(chǎn)等不良結(jié)果。因此，在當(dāng)今設(shè)施大棚發(fā)展的基礎(chǔ)上，提出將一種基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用在設(shè)施大棚中來(lái)獲取大棚中氣象的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，為農(nóng)民提供數(shù)據(jù)參考，提高設(shè)施大棚的生產(chǎn)水平。

1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的氣象災(zāi)害

1.1 低溫冷凍

低溫是常見(jiàn)的一種氣象災(zāi)害，由于天氣驟變、氣溫降低影響農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)。作物在發(fā)育期前和生殖階段遇到低溫環(huán)境，都不能正常發(fā)育、正常成熟，造成減產(chǎn)。冷凍是指在短時(shí)間內(nèi)氣溫驟降，使農(nóng)作物生長(zhǎng)的氣溫環(huán)境驟然變化，一般伴隨著晝夜溫差變大，使農(nóng)作物在夜間不僅不能正常生長(zhǎng)，甚至很有可能會(huì)出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，大量減產(chǎn)，比低溫更嚴(yán)重。一般預(yù)防低溫冷凍可以采取使用相關(guān)暖性肥料促進(jìn)農(nóng)作物早熟、適當(dāng)噴磷、根據(jù)天氣預(yù)報(bào)提早布置保暖設(shè)施等措施[2]。

1.2 干旱

干旱是氣象災(zāi)害中最嚴(yán)重的一種，降雨量減少、氣溫升高伴隨著蒸發(fā)量增大，使得作物生長(zhǎng)的土壤中水分驟減，農(nóng)作物從外界獲得的水分不足，水分過(guò)度流失，不能正常生長(zhǎng)，甚至死亡，造成大面積減產(chǎn)或者絕收。北方一般在春季容易出現(xiàn)干旱天氣，由于降雨量少，農(nóng)作物的發(fā)育會(huì)受到影響;夏季干旱的出現(xiàn)主要會(huì)影響水稻等需水量大的農(nóng)作物的產(chǎn)量，同時(shí)容易影響兩熟地區(qū)第二季農(nóng)作物的播種。為預(yù)防干旱氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，短期來(lái)看可以采取人工降雨、人工灌溉等措施;長(zhǎng)期來(lái)看主要著手于保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面[3]。

1.3 洪澇

洪澇災(zāi)害可分為洪災(zāi)、澇災(zāi)以及濕害等，不同洪澇災(zāi)害的出現(xiàn)一般都有密切的聯(lián)系。通常情況下，洪澇災(zāi)害出現(xiàn)的原因是降雨量過(guò)大。持續(xù)降水使得農(nóng)田中積水過(guò)多，對(duì)于蔬菜品種會(huì)有水分過(guò)多易腐爛、甜度減小等影響。若是出現(xiàn)持續(xù)暴雨，還會(huì)徹底沖毀農(nóng)田，出現(xiàn)絕收的情況。傳統(tǒng)的有效預(yù)防洪澇災(zāi)害的方法有：1）興修水利工程，修建水庫(kù)、分洪區(qū)、合理規(guī)劃地表徑流等;2）植樹(shù)造林，減少水土流失;3）實(shí)施水利工程管理。

2 設(shè)施大棚

2.1 設(shè)施大棚種植優(yōu)勢(shì)

設(shè)施大棚是一種高度集約的生產(chǎn)種植方式，對(duì)于調(diào)整農(nóng)業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)、促進(jìn)農(nóng)民增收、提高經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益、提高人民生活水平有很重要的意義。設(shè)施大棚的生產(chǎn)種植方式是在相對(duì)密閉的環(huán)境中進(jìn)行的，且每個(gè)大棚的面積都不是很大，與傳統(tǒng)露天農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相比，更容易受人為控制，可以有效減少受到低溫冷凍、干旱災(zāi)害等自然氣象災(zāi)害的影響。同時(shí)由于氣象條件相對(duì)可控，可以進(jìn)行反季農(nóng)產(chǎn)品種植。設(shè)施大棚出現(xiàn)的初期，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，提高了農(nóng)民收益?？傮w來(lái)說(shuō)，設(shè)施大棚降低了農(nóng)作物受自然災(zāi)害的概率，同時(shí)也大大提高了農(nóng)戶種植作物的靈活性[4]。

2.2 設(shè)施大棚種植存在的問(wèn)題

設(shè)施大棚的應(yīng)用雖然在很大程度上減少了作物受自然災(zāi)害影響的概率，為作物提供相對(duì)好的生長(zhǎng)環(huán)境，但由于設(shè)施大棚是相對(duì)密閉，時(shí)間較長(zhǎng)的小空間，大棚內(nèi)影響作物生長(zhǎng)的氣象因素也有很多，如大棚內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度、通風(fēng)情況等，成為影響大棚作物生長(zhǎng)的重要?dú)庀髼l件。傳統(tǒng)的大棚種植中，由于受到技術(shù)等因素的限制，農(nóng)戶是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和直接感官來(lái)判斷大棚內(nèi)的氣象環(huán)境。大棚內(nèi)氣溫較高時(shí)，打開(kāi)卷簾進(jìn)行通風(fēng);氣溫降低時(shí)，放下草席等保暖設(shè)備等。這樣雖然在一定程度上有利于大棚農(nóng)作物的生長(zhǎng)，但是卻不能更精準(zhǔn)地掌握作物生長(zhǎng)的最佳氣象值，不利于種植作物產(chǎn)生最大的效益值。有時(shí)候由于判斷偏差或者處理不當(dāng)極容易影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)病蟲(chóng)害等較難處理的問(wèn)題。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施大棚農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用不斷成熟，對(duì)促進(jìn)各行各業(yè)的發(fā)展都有很大的推動(dòng)作用。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)建立設(shè)施大棚農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施大棚內(nèi)氣象條件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使設(shè)施大棚內(nèi)的氣象環(huán)境值一直處在適于所種植農(nóng)作物生長(zhǎng)的最佳值，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)。建立設(shè)施大棚內(nèi)的農(nóng)業(yè)氣象物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的溫度值、土壤濕度值、二氧化碳濃度值等，同時(shí)將電動(dòng)卷簾機(jī)、風(fēng)機(jī)、二氧化碳發(fā)生器等設(shè)備設(shè)計(jì)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)施大棚的氣象環(huán)境。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，整個(gè)系統(tǒng)主要包括感知層、傳輸層、應(yīng)用層、PC端以及手機(jī)端[5]。

3.1 感知層

在設(shè)施大棚中建立的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的感知層主要是通過(guò)選取合適的光照強(qiáng)度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器等相關(guān)農(nóng)業(yè)氣象信息傳感器布置在設(shè)施大棚的合理位置，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施大棚中的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。以內(nèi)蒙古地區(qū)為例，一個(gè)設(shè)施大棚內(nèi)使用1個(gè)光照強(qiáng)度傳感器，型號(hào)為KITOZER 100P;3個(gè)溫度傳感器，分別放置在設(shè)施大棚的門口、中間和里部，型號(hào)為IRTP300MS;2個(gè)濕度傳感器，分別放置在地表和半空位置，型號(hào)為DHT11;1個(gè)二氧化碳濃度傳感器，放置在設(shè)施大棚中間位置，型號(hào)為TGS160。

3.2 傳輸層

傳輸層主要是利用ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)將感知層各個(gè)傳感器所采集到的設(shè)施大棚內(nèi)的實(shí)時(shí)氣象值數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C終端并與提前設(shè)定好的適合大棚種植作物的生長(zhǎng)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)傳輸至云平臺(tái)通過(guò)手機(jī)端告知農(nóng)戶現(xiàn)在大棚內(nèi)的實(shí)時(shí)氣象條件。

3.3 PC端和手機(jī)端

PC端在系統(tǒng)內(nèi)提前設(shè)定適于種植農(nóng)作物生長(zhǎng)的各相氣象參數(shù)范圍值，待傳輸層將感知層采集到的各相數(shù)據(jù)傳輸過(guò)來(lái)，迅速對(duì)各相值進(jìn)行對(duì)比分析，若是在設(shè)定的范圍內(nèi)，則保持現(xiàn)有狀態(tài)不變，若是高于或低于范圍值，則PC端發(fā)出指令到應(yīng)用層。手機(jī)端接受傳輸層的各項(xiàng)數(shù)據(jù)主要用于方便告知農(nóng)戶當(dāng)前設(shè)施大棚的環(huán)境，方便農(nóng)戶進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[6]。

3.4 應(yīng)用層

感知層主要由控制設(shè)施大棚氣象環(huán)境的電動(dòng)卷簾機(jī)、風(fēng)機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備構(gòu)成。PC端在接收感知層的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比后作出判斷，當(dāng)某項(xiàng)值低于或高于給定范圍值時(shí)，PC端發(fā)出動(dòng)作指令到應(yīng)用層，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)電動(dòng)卷簾機(jī)、風(fēng)機(jī)、二氧化碳發(fā)生器等設(shè)備調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的氣象環(huán)境達(dá)到最適宜作物生長(zhǎng)的值。

4 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求越來(lái)越高，農(nóng)業(yè)作為國(guó)家的基礎(chǔ)行業(yè)，在促進(jìn)國(guó)家發(fā)展進(jìn)步、助力全民小康方面至關(guān)重要，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣象環(huán)境之間的關(guān)系密不可分。在設(shè)施大棚中應(yīng)用農(nóng)業(yè)氣象物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)感知層、傳輸層、PC端、手機(jī)端以及應(yīng)用層的配合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚氣象環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和全面測(cè)控，能夠完成對(duì)氣象環(huán)境的自動(dòng)調(diào)節(jié)，節(jié)省更多的人力物力，節(jié)約人工成本，大幅度提高設(shè)施大棚的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)設(shè)施大棚生產(chǎn)水平的提高和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

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（責(zé)任編輯：趙中正）