大棚管理信息系統(tǒng)在果桑生產(chǎn)中的應(yīng)用

許安清

（鹽城市亭湖區(qū)林業(yè)和蠶桑技術(shù)指導(dǎo)站 江蘇鹽城 224000）

桑樹是?？粕俾淙~小喬木或灌木，原產(chǎn)于中國(guó)，現(xiàn)在朝鮮、日本、蒙古、俄羅斯、印度、越南等地均有栽培。果桑是以產(chǎn)果為主，果葉兼用的桑樹的統(tǒng)稱，其果實(shí)稱為桑果，又名桑椹。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，桑果作為一種新型水果品種受到廣大消費(fèi)者的青睞，已成為蠶桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新亮點(diǎn)。由于果桑生產(chǎn)目的和生長(zhǎng)特性不同于傳統(tǒng)蠶桑生產(chǎn)用品種，其種植技術(shù)難以滿足桑果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需求。從2010年起，在農(nóng)業(yè)大棚信息化管理技術(shù)與桑樹栽培技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，亭湖區(qū)及周邊各蠶桑實(shí)驗(yàn)區(qū)開展大棚栽培果桑管理技術(shù)的各種實(shí)驗(yàn)，并研制出果桑大棚管理信息系統(tǒng)。通過(guò)采集棚內(nèi)實(shí)時(shí)的土壤參數(shù)、局部溫濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度和有害氣體等相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)，同時(shí)與適宜果桑的生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)相對(duì)比，自動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)設(shè)備的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)果桑種植的智能化管理，全程優(yōu)化控制種植環(huán)境因素，避免了在露天條件下環(huán)境因子對(duì)果桑生長(zhǎng)發(fā)育的不利影響，例如大風(fēng)、暴雨、高溫、霜凍、空氣污染等。采用農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，運(yùn)用大棚設(shè)施栽培方式，通過(guò)各種設(shè)備對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，讓桑樹能夠在適宜的生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)，不僅可以確保生長(zhǎng)安全，還能夠省力省工，有效地提高桑果的質(zhì)量以及產(chǎn)量[1]。利用信息智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)果桑栽培中各項(xiàng)環(huán)境因素的智能管控，適時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)這些環(huán)境因素指標(biāo)，保障果桑安全健康生長(zhǎng)，提高了果桑生產(chǎn)管理水平和生產(chǎn)效益。

1 適應(yīng)系統(tǒng)的栽培技術(shù)

1.1 品種篩選

此管理系統(tǒng)利用信息的識(shí)別、查詢與篩選功能，通過(guò)比對(duì)和鑒定等方式，可輕松篩選優(yōu)質(zhì)的果桑品種，同時(shí)，借助果桑品種相關(guān)信息，可實(shí)現(xiàn)果桑品種改良，有效提升桑果的質(zhì)量，改善果桑的耐抗能力，對(duì)果桑生長(zhǎng)的環(huán)境進(jìn)行合理調(diào)整。

1.2 栽植管理

要提高果桑的產(chǎn)量以及增加經(jīng)濟(jì)效益就必須強(qiáng)化果桑種植管理的質(zhì)量。在建園過(guò)程中，先挖種植溝，要求精確到每一株，設(shè)計(jì)出合適的栽植位置，為果桑的向陽(yáng)生長(zhǎng)構(gòu)建適宜生長(zhǎng)的環(huán)境，提升每一棵桑樹的結(jié)果量。要提升單位面積桑果的產(chǎn)量，這就要求控制好桑樹葉面積指數(shù)，協(xié)調(diào)葉果的生長(zhǎng)，提高果實(shí)的質(zhì)量，及時(shí)疏花定果，提高桑果品質(zhì)。為降低成本，盡快產(chǎn)生效益，增加土地收益，也可在桑園套種間作適宜農(nóng)作物的方法來(lái)提高前期效益。

1.3 參數(shù)管理

要解除果桑休眠模式，就必須提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，特別是大棚內(nèi)溫濕度，通過(guò)反保溫技術(shù)，調(diào)節(jié)溫度達(dá)到果桑生長(zhǎng)的最低溫度。在花期氣溫升高的季節(jié)，為促使桑樹提早開花，提高坐果率和桑果品質(zhì)，控制晝夜溫差，夜間最低溫度保持8 ℃（±0.5 ℃），白天最高溫度應(yīng)在24 ℃（±0.5 ℃）；果實(shí)發(fā)育后期，溫度保持在25 ℃，最高不超過(guò)30 ℃。在大棚濕度方面（上下浮動(dòng)不超過(guò)1%），大棚升溫后為85 %，果實(shí)著色時(shí)為80 %，坐果期要特別注意防止?jié)穸冗^(guò)大，要及時(shí)通風(fēng)排濕加溫。

1.4 土壤改良

提升果桑土壤養(yǎng)分可以利用土壤導(dǎo)熱性小于水的原理，通過(guò)進(jìn)行高溫悶棚來(lái)改良土壤，特別是在土壤已出現(xiàn)板結(jié)鹽化的情況下。土壤改良不僅要為其施肥，還要采取病蟲害防治措施。通過(guò)采用堆肥秸稈生物技術(shù)為其施肥，進(jìn)行土壤改良，這樣既可保證土壤有充足的二氧化碳，又為果桑生長(zhǎng)提供所需的有機(jī)養(yǎng)料、無(wú)機(jī)養(yǎng)料、熱量，保證充足的微生物孢子，為果桑生長(zhǎng)提供富足的養(yǎng)分。

1.5 氣體調(diào)節(jié)

利用分解有機(jī)肥方式、人工施用二氧化碳以及作物呼吸作用獲得二氧化碳，為棚內(nèi)優(yōu)化氣體質(zhì)量提供有利條件。大棚內(nèi)二氧化碳的濃度，晴天應(yīng)控制在1 000～1 500 ppm，陰天則應(yīng)控制在500～1 000 ppm。應(yīng)在果桑大棚的頂部開口提供通風(fēng)渠道，棚外的二氧化碳含量應(yīng)為棚內(nèi)的1/8～1/4。此外，要加強(qiáng)棚內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)，防止棚內(nèi)一氧化碳和二氧化硫等有害氣體超標(biāo)，設(shè)置預(yù)警模式及相關(guān)防控措施。

2 管理信息系統(tǒng)的運(yùn)行原理

大棚管理的系統(tǒng)主體是感知識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)傳輸和智能處理三個(gè)體系。在此系統(tǒng)中，設(shè)置系統(tǒng)的主體目標(biāo)為桑樹的管理與生產(chǎn)各個(gè)環(huán)境因子，并通過(guò)建立雙向靈活精準(zhǔn)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與控制果桑生產(chǎn)資源及條件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性和靈活性。農(nóng)作物生產(chǎn)管理智能化形成與發(fā)展加快了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)的利用可實(shí)現(xiàn)大棚環(huán)境參數(shù)自動(dòng)感知、精準(zhǔn)傳輸和智能處理。果桑栽培大棚管理系統(tǒng)是以農(nóng)業(yè)管理信息化技術(shù)平臺(tái)作為基礎(chǔ)，利用GPRS 網(wǎng)絡(luò)的智能大棚對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并將無(wú)線GPRS 傳輸通信協(xié)議、BTU 傳感檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)以及遠(yuǎn)程控制設(shè)備等進(jìn)行結(jié)合，不斷優(yōu)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息處理的集約化，做到對(duì)信息的精準(zhǔn)識(shí)別和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)快速傳輸。系統(tǒng)擁有人機(jī)交互界面、傳感器識(shí)別等功能，增加了調(diào)控與管理果桑生長(zhǎng)環(huán)境相關(guān)因素?cái)U(kuò)展性功能。

2.1 數(shù)據(jù)采集識(shí)別

它是管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊和核心，主要由系統(tǒng)內(nèi)部的攝像頭、全球定位系統(tǒng)、無(wú)線傳感器等實(shí)現(xiàn)感知功能，發(fā)揮核心作用。通過(guò)以上設(shè)備與技術(shù)，能精準(zhǔn)定位，識(shí)別大棚內(nèi)各環(huán)境因子是否適宜桑樹生長(zhǎng)，在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)內(nèi)的感知設(shè)備采集大棚內(nèi)各環(huán)境因子，通過(guò)對(duì)比相應(yīng)的參數(shù)，為桑樹栽培的科學(xué)智能決策和設(shè)備自動(dòng)控制提供依據(jù)。數(shù)據(jù)采集識(shí)別層通過(guò)各感應(yīng)器來(lái)采集大棚內(nèi)溫濕度、土壤數(shù)據(jù)、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度、空氣質(zhì)量等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，提供實(shí)時(shí)監(jiān)控，并發(fā)送到計(jì)算機(jī)控制中心。

2.2 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸

此系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、感知層與應(yīng)用層信息傳送的紐帶，實(shí)現(xiàn)信息的雙向傳輸，底層互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)傳輸主要利用大棚內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)安全可靠并互聯(lián)互通的特點(diǎn)，通過(guò)這兩種網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層和過(guò)程用戶交互，及時(shí)獲取數(shù)據(jù)和下達(dá)決策命令。大棚內(nèi)網(wǎng)采用有線傳輸，此方式具備容量大、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)。外網(wǎng)采用互聯(lián)網(wǎng)與GSM 通信相結(jié)合方式，通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端可以及時(shí)獲取大棚相關(guān)數(shù)據(jù)信息，具備傳輸?shù)赜虿皇芟?、傳達(dá)及時(shí)等特性。

2.3 智能處理

系統(tǒng)智能處理主要是控制利用中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過(guò)應(yīng)用數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)傳輸、智能控件和人機(jī)交互四個(gè)模塊，智能分析和綜合處理來(lái)自數(shù)據(jù)采集層獲取的各類數(shù)據(jù)，自動(dòng)提供決策信息。數(shù)據(jù)獲取模塊通過(guò)各感應(yīng)器獲得大棚環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)；數(shù)據(jù)傳輸模塊利用內(nèi)外網(wǎng)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄芴幚韺?；智能控件模塊則以科學(xué)方法消除數(shù)據(jù)的誤差影響，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)智能化處理，采用模塊控制結(jié)構(gòu)策略對(duì)大棚內(nèi)外數(shù)據(jù)因子及系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行智能處理，獲得精確的數(shù)據(jù)反饋。遠(yuǎn)程終端單元（RTU）則收集所需的環(huán)境參數(shù)，利用無(wú)線GPRS 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)信息，并將結(jié)果反饋給用戶終端。人機(jī)交互界面則包括數(shù)據(jù)界面、監(jiān)控界面、控制界面、參數(shù)界面、管理界面等。

3 系統(tǒng)基本技術(shù)功能

3.1 基本功能

大棚管理信息系統(tǒng)作為果桑生產(chǎn)智能化管理設(shè)施，主要功能如下：（1）采集、監(jiān)測(cè)與識(shí)別數(shù)據(jù)，對(duì)大棚內(nèi)桑樹周圍各個(gè)時(shí)段的各種信息指標(biāo)進(jìn)行采集，為各因子的查詢檢索以及因子調(diào)整提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。（2）由終端的監(jiān)控接口對(duì)大棚內(nèi)的生長(zhǎng)要素實(shí)時(shí)監(jiān)控，并設(shè)定果桑生長(zhǎng)所需人工調(diào)節(jié)指標(biāo)。對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控路線以及管理員權(quán)限進(jìn)行設(shè)定，只有處于權(quán)限范圍內(nèi)的管理員才可以查看和管理大棚內(nèi)的各種環(huán)境信息。系統(tǒng)為不同用戶提供不同的權(quán)限，讓事權(quán)更明確，管理更高效[2]。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備識(shí)別技術(shù)，通過(guò)RS-485 或ZigBee 形式快速、適時(shí)采集大棚內(nèi)果桑生產(chǎn)環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)主要包括棚內(nèi)溫濕度、水分、空氣質(zhì)量等生長(zhǎng)因子，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)ZigBee 發(fā)送模塊傳遞。ZigBee 無(wú)線傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)是部署靈活、擴(kuò)展方便。而有線傳輸主要將數(shù)據(jù)傳送到RS-485 節(jié)點(diǎn)上，有線傳輸采用電纜方式，具有速率高和穩(wěn)定的特點(diǎn)。智能控件和人機(jī)交互主要是提供經(jīng)過(guò)處理后數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)用戶需要提供有關(guān)信息，而系統(tǒng)無(wú)法找到用戶所需數(shù)據(jù)信息便會(huì)發(fā)送短信告知用戶。監(jiān)控系統(tǒng)則采用高分辨率的攝像設(shè)備，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)影像數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)浇K端供用戶觀看，用戶可輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)外的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4 系統(tǒng)的不足與對(duì)策

當(dāng)前，農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展正處于探索階段，各設(shè)備生產(chǎn)廠家各自為政，設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)不一，設(shè)備性能參差不齊，導(dǎo)致無(wú)法精準(zhǔn)處理農(nóng)作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)信息。同時(shí)，各地的通信環(huán)境不穩(wěn)定，這也對(duì)信息化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響，造成農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)的成本高而適用性低。要推廣此系統(tǒng)，就必須解決以上問(wèn)題，這就要求我們首先統(tǒng)一設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化系統(tǒng)的普適性，提高系統(tǒng)的使用范圍，從而降低系統(tǒng)的研發(fā)制造成本，需要為系統(tǒng)開發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化參數(shù)設(shè)置與轉(zhuǎn)換，利于系統(tǒng)升級(jí)，方便多個(gè)用戶使用。