農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在日光溫室中的應(yīng)用

向茂紅，車月英，濮小英

1.甘肅省高臺縣經(jīng)濟(jì)作物推廣站；2.甘肅省高臺縣種子公司

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)屬于互聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的拓展與延伸，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，我國已經(jīng)結(jié)合國家物聯(lián)網(wǎng)示范工程，并進(jìn)一步開展了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與示范，在此基礎(chǔ)上將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于日光溫室中，得到了較好的發(fā)展。近年來，人們越來越關(guān)注日光溫室的建設(shè)進(jìn)展，日光溫室通過運用3s技術(shù)以及智能化的農(nóng)機(jī)裝備，在一定程度上實現(xiàn)了生產(chǎn)管理的精準(zhǔn)化，這離不開農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的幫助。

一、日光溫室的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）我國日光溫室的發(fā)展現(xiàn)狀

我國利用日光溫室培養(yǎng)農(nóng)作物本質(zhì)上屬于設(shè)施農(nóng)業(yè)，從設(shè)施農(nóng)業(yè)的種類上進(jìn)行大致劃分，又可以分為設(shè)施種植和設(shè)施養(yǎng)殖兩個大類，設(shè)施種植又可以詳細(xì)劃分為日光溫室、連棟溫室、冷棚和遮陽棚四大部分，本文主要以設(shè)施種植中的日光溫室作為研究對象。根據(jù)新華網(wǎng)的有關(guān)報道，我國日光溫室的推廣面積約占設(shè)施種植面積的22%，其中，80%的日光溫室建立在我國北方地區(qū)，且90%的面積被用于種植蔬菜。從以上數(shù)據(jù)可以看出，我國日光溫室還有待繼續(xù)發(fā)展，應(yīng)朝著大型設(shè)施種植規(guī)模的方向發(fā)展。

日光溫室是我國率先提出的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的概念，其具有十分鮮明的中國化特征。日光溫室在一定程度上響應(yīng)了我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，通過利用太陽能，寒冷地區(qū)能夠種植新鮮的水果與蔬菜，滿足寒冷地區(qū)人們的生活需求，為人們的越冬提供更加堅實的物質(zhì)保障。到目前為止，我國日光溫室效益最高的是新疆地區(qū)的生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)，每個日光溫室的種植面積可以達(dá)到0.043hm2,以種植辣椒、黃瓜等蔬菜為主，每年生產(chǎn)的各類蔬菜可以達(dá)到一噸，獲得的利潤也較大。日光溫室，能夠有效解決我國北方地區(qū)冬季蔬菜供應(yīng)不足的問題，在一定程度上增加了農(nóng)民的收入，促進(jìn)了社會的穩(wěn)定。因此，日光溫室的建設(shè)十分有必要。

（二）日光溫室在發(fā)展過程中遇到的問題

根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，我國的日光溫室發(fā)展已經(jīng)取得了一定的成效，日光溫室在建設(shè)理念上也能夠立足于全面發(fā)展，但在發(fā)展過程中也難免遇到一些問題。我國日光溫室發(fā)展的歷程較短，在裝備研發(fā)與引進(jìn)方面還有待提升，目前的一些機(jī)械設(shè)備都比較簡單，自動化程度低，對人工有較強(qiáng)的依賴性，但是好在這些問題與矛盾都是非對抗性的，隨著我國農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，會得到一定的緩解與優(yōu)化。除此之外，日光溫室的資金投入也較大，每年的灌溉通風(fēng)以及間苗收運等相關(guān)工作耗費的資金較多，勞動強(qiáng)度較大，但生產(chǎn)效率較低，在規(guī)范化生產(chǎn)方面還有改善的空間。

二、將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)引入日光溫室中的必要性

（一）有效解決日光溫室在發(fā)展過程中遇到的問題

首先，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的引入，能夠全面感知日光溫室在生產(chǎn)過程中的各種要素，并根據(jù)實際的生產(chǎn)情況對要素進(jìn)行分析、傳輸，使其得到智能化的處理，從而切實提升日光溫室的資源利用效率，在一定程度上緩解人工成本過高帶來的經(jīng)濟(jì)壓力。其次，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，能夠?qū)囟?、濕度、光照等一系列影響農(nóng)作物生長發(fā)育的因素進(jìn)行實時的監(jiān)控，從而使農(nóng)作物的品質(zhì)得到提升。最后，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)還能夠監(jiān)測果蔬的安全性，為人們能夠吃到新鮮、安全的果蔬提供技術(shù)支撐。

（二）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)本身推廣的需要

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)成本較高，在一定程度上還受到推廣環(huán)境的限制，由于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在發(fā)展過程中獲取的利潤較低，許多農(nóng)民在種植過程中很少考慮農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入。然而日光溫室產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益較高，且環(huán)境相對優(yōu)良，穩(wěn)定性較強(qiáng)。顯然，為了滿足農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)本身的推廣需求，將其應(yīng)用到日光溫室中十分必要。在引入之后，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)會對日光溫室中農(nóng)作物的生長發(fā)育起到促進(jìn)作用，而日光溫室也會在一定程度上推動農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)本身的發(fā)展，構(gòu)成一個良性循環(huán)。

三、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在日光溫室中的主要應(yīng)用

（一）研發(fā)相應(yīng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展在一定程度上會促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)，技術(shù)的研發(fā)應(yīng)該遵循以下幾個原則：第一，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備在研發(fā)的過程中應(yīng)該遵循自主研發(fā)的原則，應(yīng)用獨立的智能模板，有效防止他人通過不正當(dāng)行為仿制設(shè)備，從而延長應(yīng)用的推廣期。第二，適當(dāng)應(yīng)用移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)的過程中，與之相關(guān)的技術(shù)與設(shè)備也要實現(xiàn)無線化和移動化，提升便捷性，在研發(fā)過程中，研究人員可以將智能機(jī)電設(shè)備與智能監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整合，將其作為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的一個主體。第三，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備研發(fā)過程中，應(yīng)該盡可能使用清潔無污染的材料，在設(shè)計時，需要尊重農(nóng)民的實際需求，堅持為農(nóng)民服務(wù)的人性化設(shè)計。第四，相關(guān)工作人員應(yīng)該精細(xì)挑選，選擇性價比較高的材料，并自主研發(fā)配件，有效降低生產(chǎn)成本，從而使農(nóng)戶容易接受。

（二）卷簾機(jī)無線控制系統(tǒng)的應(yīng)用

根據(jù)調(diào)查顯示，許多日光溫室所采用的卷簾機(jī)仍然依靠人工操作，通過現(xiàn)場人工送電，實現(xiàn)卷簾機(jī)的升降，這種傳統(tǒng)的卷簾機(jī)升降方式存在安全隱患，且無論日光溫室中是否有勞動任務(wù)，控制卷簾機(jī)升降的工作人員都需要現(xiàn)場操控，浪費了大量的時間。用藍(lán)牙控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對卷簾機(jī)的遠(yuǎn)程控制，卷簾機(jī)無線控制系統(tǒng)還包括對日光溫室的溫度與濕度的檢測功能，并且將溫度與濕度定期傳遞、反饋給工作人員，在一定程度上提升了農(nóng)業(yè)的自動化程度。卷簾機(jī)無線控制系統(tǒng)的應(yīng)用打破了常規(guī)卷簾機(jī)耗時、耗力的瓶頸，這種基于無線組網(wǎng)遙控的卷簾機(jī)無線監(jiān)控系統(tǒng)更加高效、節(jié)能、環(huán)保。

（三）應(yīng)用于無線電動導(dǎo)航的“耕地——種植——運輸”一體化機(jī)械設(shè)備

這種利用無線電動導(dǎo)航的一體化設(shè)備借助了前置是歐美型四驅(qū)微耕機(jī)的一些技術(shù)參數(shù)，在主機(jī)參照耕寬、功率等方面保持不變，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研發(fā)，結(jié)合直流無刷電摩低速電機(jī)與48V20AH的鋰電池，從而在動力方面提升了清潔能源的占比，在操控方面融入了無線操控的方式，使得機(jī)械設(shè)備更加節(jié)能與高效。與此同時，“耕地——種植——運輸”一體化機(jī)械設(shè)備還在原有的基礎(chǔ)上加入了無級變速轉(zhuǎn)向裝置以及微型的攝像導(dǎo)航器，保證機(jī)械設(shè)備在運行過程中根據(jù)實際的地理環(huán)境進(jìn)行自主調(diào)控，在沒有人工輔助操作的情況下保持直線行走的模式。

（四）應(yīng)用于日光溫室內(nèi)的主要環(huán)境無線檢測技術(shù)

1.溫度、濕度傳感器的應(yīng)用

農(nóng)作物在生長發(fā)育過程中對溫度與濕度極為敏感，將農(nóng)作物生存環(huán)境控制在適宜農(nóng)作物生長的范圍內(nèi)，會在較大程度上促進(jìn)農(nóng)作物的生長。根據(jù)調(diào)查顯示，適宜農(nóng)作物生長的濕度環(huán)境在一天內(nèi)有所波動，即農(nóng)作物對濕度的需求會隨著一天環(huán)境溫度的變化而改變。例如，在白天，農(nóng)作物的空氣相對濕度需要維持在50%-60%，而到了夜晚，農(nóng)作物的空氣相對濕度需要維持在80%-90%，才能夠促進(jìn)農(nóng)作物的生長。對濕度的檢測需要耗費一定的時間，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計日光溫室內(nèi)溫度與濕度的傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對空氣相對濕度的精準(zhǔn)檢測，從而根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整濕度范圍，始終保持農(nóng)作物處于最適宜的生長環(huán)境中，從而保證農(nóng)作物的快速生長。除此之外，日光溫室內(nèi)的不同蔬菜對空氣的溫度要求不同，例如，辣椒適宜在較高溫的環(huán)境中生長，其發(fā)芽的溫度通常在30℃以上、45℃以下，而芹菜適宜在相對低溫的環(huán)境中生長，白天溫度最好控制在20℃左右，夜晚的溫度最好控制在15℃左右?？梢岳梦锫?lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計溫度傳感器，對不同種植區(qū)域內(nèi)的農(nóng)作物溫度進(jìn)行精準(zhǔn)測量，從而及時調(diào)節(jié)溫度高低，維持農(nóng)作物最適宜的生長溫度。

2.應(yīng)用于無線光照強(qiáng)度傳感器

農(nóng)作物的生長發(fā)育需要借助光合作用，根據(jù)調(diào)查，溫室內(nèi)的農(nóng)作物光合作用主要利用的是波長為400nm-500nm藍(lán)紫光、波長為60nm-700nm的紅橙光以及少量的遠(yuǎn)紅外光，其波長在700nm-800nm之間。除此之外，農(nóng)作物的生長發(fā)育還需要引入光補(bǔ)償點與光飽和點兩個相關(guān)的概念，不同農(nóng)作物的光補(bǔ)償點不同，例如，番茄的光補(bǔ)償點為3000Lx，而辣椒的光補(bǔ)償點為1500Lx，不同農(nóng)作物的光飽和點也不同，番茄的光飽和點為70000Lx，辣椒的光飽和點為30000Lx。波長、光補(bǔ)償點、光飽和點的測量，較為繁瑣，利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)能夠設(shè)計光照強(qiáng)度的傳感器，減輕人工測量的負(fù)擔(dān)與壓力，提升測量的精準(zhǔn)度，有效提升農(nóng)作物生長發(fā)育的速率。

3.應(yīng)用于無線二氧化碳濃度傳感器

二氧化碳濃度的高低也是影響農(nóng)作物生長發(fā)育的主要因素。日光溫室內(nèi)農(nóng)作物光合作用主要利用的原料是二氧化碳，通常情況下，日光溫室內(nèi)的農(nóng)作物能夠在光照充足以及溫濕度適宜的條件下生長，這在一定程度上導(dǎo)致了二氧化碳濃度常常不能夠滿足農(nóng)作物生長發(fā)育的需求，進(jìn)而影響農(nóng)作物的生長發(fā)育。因此，對日光溫室內(nèi)的二氧化碳濃度含量進(jìn)行監(jiān)測，是十分必要的。根據(jù)調(diào)查顯示，日光溫室內(nèi)蔬菜生長發(fā)育時期所需要的二氧化碳飽和濃度通常為1964mg·m-3，可以將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于無線二氧化碳濃度傳感器，實現(xiàn)對日光溫室內(nèi)無線二氧化碳濃度的有效監(jiān)測，為農(nóng)作物的生長發(fā)育提供更好地環(huán)境。

四、結(jié)束語

綜上所述，在日光溫室中，每一個日光溫室都有可能利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對其進(jìn)行無線監(jiān)控，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等，使其成為一個測量控制區(qū)，實現(xiàn)對溫室內(nèi)農(nóng)作物的綜合測控，主要包括對其溫度與濕度、光照強(qiáng)度與二氧化碳濃度的監(jiān)控，為農(nóng)作物的生長提供更好地環(huán)境。利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠在一定程度上提升農(nóng)作物的產(chǎn)量，又可以切實提升農(nóng)作物的品質(zhì)，調(diào)節(jié)農(nóng)作物生長周期，有效解決我國北方越冬新鮮蔬菜的供應(yīng)問題，對促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有較強(qiáng)的應(yīng)用意義。