基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)探究

葉子銘　黨凱文　孫歆鈺

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)探究

葉子銘黨凱文孫歆鈺

（荊楚理工工學(xué)院湖北荊門448000）

智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)綜合應(yīng)用計算機和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使用手機就能進行簡單的大棚智慧管理，可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。文章介紹了智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的功能以及硬件、軟件設(shè)施，探討了物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的建設(shè)與功能實現(xiàn)。

物聯(lián)網(wǎng)；智慧農(nóng)業(yè)；大棚系統(tǒng)

伴隨農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進展，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植模式已經(jīng)不能再滿足市場需求，物聯(lián)網(wǎng)和自動數(shù)字化應(yīng)用于農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚雖然能夠為用戶帶來一定效益，但同時也耗費了大量的人力物力。如今，農(nóng)業(yè)大棚利用了互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代技術(shù)，逐步實現(xiàn)了智能化、自動化，保證產(chǎn)量的同時，讓植物生長不再受人為管理的影響，配合智能感知、識別系統(tǒng)，在農(nóng)業(yè)大棚建設(shè)設(shè)計中廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加上自動化監(jiān)控平臺的使用，智慧大棚種植系統(tǒng)具備了檢測和自動調(diào)控的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程操控和自動感知環(huán)境變化，保證大棚植物環(huán)境的良性循環(huán)，解放了人力。

1 智慧農(nóng)業(yè)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中大量引進了人工智能設(shè)備，但是國內(nèi)的人工智能發(fā)展仍然落后于國外水平，并且國內(nèi)在政策上也沒有完全放開，農(nóng)業(yè)技術(shù)和機械化水平與國外相差較大。依據(jù)國內(nèi)現(xiàn)在的農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，國內(nèi)農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化總體水平將會在5年之后提高到如今的50 %。目前而言，在國家政策的推動下，國內(nèi)各大企業(yè)紛紛布局農(nóng)業(yè)。例如，阿里開設(shè)了AI養(yǎng)豬模式，布局新零售行業(yè)，整合產(chǎn)業(yè)鏈，打通了天貓超市、盒馬生鮮等線上線下的諸多業(yè)務(wù)；京東則深入布局無人機植保服務(wù)，成立京東農(nóng)業(yè)研究院，在無人機領(lǐng)域開辟了一片新的天地；百度深入發(fā)展農(nóng)業(yè)機械模式，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)智能化的發(fā)展，近年則開始與中化農(nóng)業(yè)開展關(guān)于農(nóng)機智能化的合作模式，助力傳統(tǒng)農(nóng)企智能化轉(zhuǎn)型。

有關(guān)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，很多發(fā)達國家走在了中國的前面。美國、荷蘭等國家的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，在成套技術(shù)、規(guī)范生產(chǎn)方面居于世界前列。并經(jīng)過多次實踐證明，已經(jīng)形成了一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)體系，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并不因環(huán)境和天氣的變化而受到影響。同時，發(fā)達國家在政策上要比國內(nèi)寬泛很多。例如，對于農(nóng)業(yè)工作者的福利，國外就遠高于國內(nèi)，并且農(nóng)業(yè)工作者在國外有很高的地位，廣泛受到大眾的推崇與尊重。國外的農(nóng)業(yè)政策也很開放，基因技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，對農(nóng)作物有害的農(nóng)藥類產(chǎn)品明令禁止使用。此外，發(fā)達國家在農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的投資比例遠大于國內(nèi)，很多農(nóng)業(yè)都是以產(chǎn)業(yè)鏈的商業(yè)模式出現(xiàn)。

2 智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的功能

2.1 實時監(jiān)測功能

智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)中，配備有各種傳感器，作用就是可以監(jiān)測大棚內(nèi)植物的生長環(huán)境，并對大棚環(huán)境的溫濕度、光照、pH值等環(huán)境參數(shù)進行遠程調(diào)控。通過傳感器，植物生長數(shù)據(jù)能夠被傳遞到PC端信息管理平臺，平臺對數(shù)據(jù)進行分析整理后，以圖表形式展示出來，并進行存檔，供大棚管理人員進行管理和查看。

2.2 遠程控制功能

智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)最前沿的功能就是能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制，如果通過手機軟件觀察到大棚數(shù)據(jù)不符合要求，可以隨時隨地實現(xiàn)對大棚的遠程管理。比如，中午溫度上升，大棚內(nèi)濕度數(shù)值急劇下降，大棚管理人員可以通過手機軟件遠程打開加濕器，調(diào)控大棚溫度和濕度，讓植物生長環(huán)境不會遭到破壞。

2.3 智能決策功能

通過對前期數(shù)據(jù)的分析處理，智慧大棚系統(tǒng)會自動分析出農(nóng)作物的種植策略，為不同農(nóng)作物建立不同的生長數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫記錄了作物生長現(xiàn)狀和未來生長趨勢，能夠在恰當(dāng)?shù)臅r機提醒管理者，哪個生長階段需要施肥，哪個生長階段需要防治何種害蟲等，管理者在接收到信息之后，會根據(jù)作物生長的實際情況，根據(jù)大棚的整體環(huán)境采取措施，確保農(nóng)作物可以健康地成長。

3 智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的主要組成部分

智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)包括硬件和軟件設(shè)備，硬件設(shè)備包括農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器、控制器等系統(tǒng)。

3.1 農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控子系統(tǒng)

智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)安裝了很多硬件和軟件功能，大棚生產(chǎn)區(qū)安裝有高清攝像頭系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控和遠程監(jiān)控功能。除此之外，還配備有大量的PC端軟件設(shè)計，能夠?qū)Υ笈锷a(chǎn)區(qū)的風(fēng)力、濕度、溫度等數(shù)據(jù)信息進行收集與分析、存檔，并建立數(shù)據(jù)庫。

3.2 云服務(wù)子系統(tǒng)

云服務(wù)是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，對數(shù)據(jù)進行處理和分析的服務(wù)。以云服務(wù)為平臺，大數(shù)據(jù)技術(shù)在處理傳感器和攝像機收集數(shù)據(jù)的同時，能夠在短時間內(nèi)將大量的數(shù)據(jù)進行分析處理，并形成植物生長的數(shù)據(jù)庫，由溫室監(jiān)控系統(tǒng)收集，并被上傳到云服務(wù)子系統(tǒng)，植物生長的全階段數(shù)據(jù)就被存儲到云服務(wù)系統(tǒng)，結(jié)合圖像識別和處理技術(shù)，將會在系統(tǒng)的軟件中以綜合數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)給大棚的管理者。

3.3 植物圖像識別子系統(tǒng)

運用統(tǒng)計學(xué)和數(shù)學(xué)作為研究工具，構(gòu)建了能夠準(zhǔn)確反映客觀世界真實植物生長模式的數(shù)學(xué)描述模型。該模型中記錄了植物生長所需的營養(yǎng)成分，溫度、濕度、pH值和水分環(huán)境，大棚管理者可以隨時通過軟件系統(tǒng)查看這些數(shù)據(jù)，并根據(jù)圖像識別數(shù)據(jù)對大棚進行相對應(yīng)的管理。有了圖像識別系統(tǒng)，即使大棚管理者更換人員，也不用擔(dān)心農(nóng)作物的生長因管理者不同而產(chǎn)生問題。

3.4 農(nóng)產(chǎn)品溯源子系統(tǒng)

結(jié)合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)共同建立了農(nóng)產(chǎn)品溯源云平臺。該平臺包含溯源中心、質(zhì)量安全中心和任務(wù)中心三大模塊。農(nóng)產(chǎn)品的生長信息將以二維碼的形式展現(xiàn)給消費者，消費者可以全覽農(nóng)作物的農(nóng)事過程信息、關(guān)鍵期生長照片、農(nóng)藥化肥用量、環(huán)境數(shù)據(jù)和遠程視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)，以及生產(chǎn)企業(yè)信息等。農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺的搭建，能夠讓消費者更加直觀地了解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場和過程，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化、經(jīng)營網(wǎng)絡(luò)化和管理數(shù)據(jù)化。

3.5 智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚軟件

軟件系統(tǒng)配合硬件系統(tǒng)使用，用來將數(shù)據(jù)進行收集、匯總、展示、比對?；跓o線傳感器技術(shù)，智能大棚系統(tǒng)能夠在低耗電量下工作，實現(xiàn)PC端、手機和電腦端的同步監(jiān)控，采集數(shù)據(jù)廣泛、精確，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。

4 智慧農(nóng)業(yè)大棚中存在的問題

智慧大棚在實際操作中，仍然有一些問題。例如，大棚在建設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)按照地形寬窄建設(shè)單拱或者多拱連棚，不按照比例加大縱、橫間距，將會導(dǎo)致大棚抗風(fēng)力、抗壓力和使用年限的下降。大棚建設(shè)時的水泥柱腳，需要埋好之后再進行建棚，建棚時一定要找到最佳的大棚弧度，使棚面坡度一致。除了大棚建設(shè)的問題之外，智能大棚的通訊系統(tǒng)要求也越來越高，但是很多智能大棚建設(shè)在通信差的地區(qū)，導(dǎo)致溫室測量和控制功能不能正常進行使用。雖然智能大棚擁有全自動的測量和控制功能，但是缺乏農(nóng)業(yè)專家的指導(dǎo)仍然會導(dǎo)致很多種植難題不能解決。以上的這些問題都會降低智慧農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)管理的效率，需要在后續(xù)的大棚建設(shè)管理中加以改善。

5 小結(jié)

智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的發(fā)展在當(dāng)前是一種農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，能夠大大促進農(nóng)業(yè)行業(yè)向前發(fā)展。我國目前在智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)發(fā)展上雖然還存在著一些政策和技術(shù)上的問題，但是隨著互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)的不斷更新，相關(guān)的研究者將會對這些難題進行不斷的研究改進。新技術(shù)帶來新發(fā)展，未來，相信通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷融入智慧農(nóng)業(yè)大棚的管理和生產(chǎn)，智慧農(nóng)業(yè)的未來將會有更多的新活力和新動力。

[1]馬佳力,謝婭婭.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].信息通信,2019(1):134-135.

[2]楊常捷,劉任任.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧大棚種植系統(tǒng)的研究[J].計算技術(shù)與自動化,2018,37(3):150-154.

[3]張沛.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚的發(fā)展與應(yīng)用[J].農(nóng)家參謀,2020(4):33.

[4]張海蘭,雷桂平.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計[J].信息記錄材料,2018,19(2):63-64.

葉子銘（1999- ），男，漢族，湖北武漢人，本科在讀，研究方向：計算機信息技術(shù)；黨凱文（1995- ），男，漢族，甘肅慶陽人，本科在讀，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程。

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.02.09

S625

A

2095-1205(2020)02-15-02