關(guān)于農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制技術(shù)的現(xiàn)狀與展望探討

胡天讓 陳巖 陳創(chuàng)業(yè) 甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

引言

溫室大棚智能控制技術(shù)是在智能化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)與智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展提供了更加現(xiàn)代化的條件。加強(qiáng)對(duì)于溫室大棚智能控制技術(shù)的應(yīng)用探索，是當(dāng)前階段農(nóng)業(yè)大棚種植技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)積極發(fā)展的工作方向。

一、當(dāng)前階段，農(nóng)業(yè)溫室大棚種植過程中應(yīng)用智能控制技術(shù)存在的問題

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平不斷提高，智能控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)溫室大棚管理中開始了應(yīng)用，但是由于技術(shù)水平不夠成熟，應(yīng)用過程中還存在以下幾方面問題：其一，科技應(yīng)用率低，該技術(shù)沒有完全發(fā)揮優(yōu)勢(shì)；其二，通信方式有待革新，有線通信方式在農(nóng)業(yè)溫室大棚中應(yīng)用的局限性較大。

二、應(yīng)用于農(nóng)業(yè)溫室大棚的智能控制技術(shù)分析

近些年來，西方的農(nóng)業(yè)溫室大棚技術(shù)在不斷地發(fā)展進(jìn)步，相比之下國內(nèi)的農(nóng)業(yè)溫室大棚在對(duì)智能控制技術(shù)的應(yīng)用上還有一定的欠缺。隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的飛速發(fā)展，該技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面，在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來越體現(xiàn)出價(jià)值，尤其是在智能溫室蔬菜大棚的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力能夠得到有效的提高。

（一）設(shè)計(jì)原理

物聯(lián)網(wǎng)智能控制技術(shù)的原理是通過傳感裝置、計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建立，對(duì)植物的生長環(huán)境監(jiān)控以及綜合控制等具有重要的意義。

（二）設(shè)計(jì)方案

在物聯(lián)網(wǎng)智能控制技術(shù)的應(yīng)用過程中，設(shè)計(jì)智能農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)需要建立在溫室大棚環(huán)境指標(biāo)的監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，該技術(shù)的方案是設(shè)計(jì)終端測(cè)量模塊和終端控制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚的環(huán)境控制。終端測(cè)量模塊用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)溫室大棚內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度等，終端控制模塊根據(jù)測(cè)量模塊的結(jié)果，遠(yuǎn)程控制溫室大棚的排風(fēng)機(jī)、加熱裝置、滴灌裝置、卷簾裝置等。

（三）具體實(shí)現(xiàn)方式

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)智能控制技術(shù)需要以下幾個(gè)方面：（1）結(jié)合武威地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)和自然環(huán)境因素，分析所種植的農(nóng)作物對(duì)于生長環(huán)境的要求，分析該溫室大棚控制系統(tǒng)存在的問題。（2）根據(jù)各種因素對(duì)于農(nóng)作物生長的影響，需要建立溫室控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，總結(jié)分析溫度、濕度受外界因素的影響情況及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)溫室內(nèi)溫度、濕度影響程度的大小。（3）對(duì)物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，探析其推理速度和動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能。（4）在分析調(diào)研的基礎(chǔ)上，制定監(jiān)控方案，將武威農(nóng)業(yè)溫室大棚的田間數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，編寫控制程序和手機(jī)客戶端程序。（5）采用Matlab/Simulink對(duì)物聯(lián)網(wǎng)智能控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)溫室大棚建立的控制系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真，驗(yàn)證改進(jìn)后的溫室大棚系統(tǒng)的性能。并且通過對(duì)溫室大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)田間試驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

在針對(duì)武威地區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)溫室大棚控制系統(tǒng)的研究過程中，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)受到環(huán)境因素的干擾，同時(shí)系統(tǒng)的通信能力以及芯片處理能力都會(huì)受到一定的限制。因此，在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)智能控制技術(shù)的過程中，需要采用無線模塊來采集武威溫室大棚的相關(guān)數(shù)據(jù)，研究模糊控制和PID控制算法在系統(tǒng)運(yùn)行性能上的作用，對(duì)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力進(jìn)行不斷地增強(qiáng)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。除此之外，在設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)的過程中，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合武威地區(qū)的用戶需求，將監(jiān)控系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)地簡潔、方便，便于用戶在實(shí)際工作過程中的操作。

三、智能控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)溫室大棚中的應(yīng)用前景展望

當(dāng)前階段，我國的農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制技術(shù)已經(jīng)有了一定程度的發(fā)展和應(yīng)用，但是從長遠(yuǎn)來看，該技術(shù)的發(fā)展?jié)摿€沒有被完全挖掘和開發(fā)出來，在未來的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，智能控制技術(shù)將會(huì)在農(nóng)業(yè)溫室大棚管理中發(fā)揮更大的價(jià)值和作用，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

隨著無線傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制技術(shù)的無線化發(fā)展成為新的發(fā)展趨勢(shì)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)到信息集中控制中心的傳輸。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的低成本、低故障性相比于傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)顯著，能夠很好地彌補(bǔ)高溫、潮濕等不良環(huán)境腐蝕有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備線路的不足，在農(nóng)業(yè)溫室大棚中應(yīng)用前景非常廣闊。

（二）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的應(yīng)用

智能控制技術(shù)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是通過設(shè)備的器件或者是系統(tǒng)來讓計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人腦神經(jīng)傳遞、分析過程中的模擬，然后給設(shè)備發(fā)出決策指令，完成對(duì)設(shè)備的智能控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)以連接關(guān)系來分析和調(diào)整不同的并行節(jié)點(diǎn)，然后對(duì)信息進(jìn)行處理，最后應(yīng)用于實(shí)際農(nóng)業(yè)溫室大棚的管理與控制。在當(dāng)前階段，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的自學(xué)習(xí)能力、強(qiáng)大的邏輯能力以及知識(shí)表達(dá)能力等都是在實(shí)際的生產(chǎn)生活中非常大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以模擬不同季節(jié)的環(huán)境條件，建立適宜作物生長的擬自然環(huán)境，滿足作物生長所需要的各項(xiàng)元素，包括溫度、濕度、光照、水分以及微量元素等。不同的農(nóng)作物在生長過程中對(duì)于環(huán)境的要求有所不同，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)建立網(wǎng)絡(luò)模型可以較好地滿足預(yù)期要求。例如，李倩等人應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)建立了溫室大棚的模型，用來模擬不通風(fēng)條件下春季和冬季時(shí)節(jié)的溫度、濕度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。該模型的建立能夠在不同外部環(huán)境下的農(nóng)業(yè)溫室大棚中，通過智能算法實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚未來環(huán)境條件的簡單預(yù)判，然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這樣在很大程度上能夠彌補(bǔ)溫室控制系統(tǒng)的滯后性。

（三）智能化專家系統(tǒng)的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)控制技術(shù)可以與自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行融合，加上數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的支持，可以打造智能化專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)溫室大棚內(nèi)環(huán)境的全面監(jiān)控。根據(jù)溫室大棚內(nèi)不同農(nóng)作物以及農(nóng)作物不同生長發(fā)育時(shí)期的需求，智能化專家系統(tǒng)可以進(jìn)行全面的分析，輸出溫室大棚環(huán)境控制管理的最優(yōu)方案，從而為農(nóng)作物生長提供適宜的條件。除此之外，智能化專家系統(tǒng)的應(yīng)用還能在防治作物病蟲害等方面展現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，在未來的農(nóng)業(yè)發(fā)展中應(yīng)用前景廣闊。

四、結(jié)束語

綜上所述，農(nóng)業(yè)溫室大棚近些年來的發(fā)展前景越來越廣闊，尤其是在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的背景之下，各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)層出不窮，為農(nóng)業(yè)溫室大棚的智能控制管理提供了更多的發(fā)展思路。在農(nóng)業(yè)溫室大棚的智能控制管理過程中，智能控制技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高管理效率和質(zhì)量具有重要的指導(dǎo)意義。利用智能控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)來彌補(bǔ)傳統(tǒng)溫室控制的不足，可以實(shí)現(xiàn)溫室大棚農(nóng)作物生長全過程的智能監(jiān)控和管理，推進(jìn)農(nóng)業(yè)設(shè)施現(xiàn)代化、自動(dòng)化、智能化的程度的進(jìn)一步提高。