基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚種植技術(shù)

孫 鵬（甘肅省酒泉市肅州區(qū)銀達(dá)鎮(zhèn)人民政府，甘肅酒泉 735011）

物聯(lián)網(wǎng)是由互聯(lián)網(wǎng)衍生出來一種新的網(wǎng)絡(luò)，它把高科技設(shè)備和人工智能跟網(wǎng)絡(luò)相連接，做到萬物相連、相通，能夠進(jìn)行及時的信息交流[1]?，F(xiàn)在人們的生活水平在逐步提高，蔬菜作為生活的必需品，也引起了人們對蔬菜質(zhì)量的關(guān)注。但是，露天種植模式生產(chǎn)的蔬菜因施用有機(jī)肥，可能含有較多的農(nóng)藥殘留，不利于人類身體健康。而物聯(lián)網(wǎng)模式的設(shè)施蔬菜種植模式通過信息技術(shù)，在蔬菜生長的各個階段對蔬菜的生長情況進(jìn)行科學(xué)、有效的監(jiān)控，不僅可以提高蔬菜的產(chǎn)量，還可以提升蔬菜的質(zhì)量，更好的滿足人們對蔬菜的需求?；谖锫?lián)網(wǎng)的信息化溫室大棚是把物聯(lián)技術(shù)與人工智能相結(jié)合，通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對大棚內(nèi)設(shè)置的無線傳感器監(jiān)控，來檢測溫室大棚環(huán)境中的空氣成分、濕度等具體情況[2]。通過不同的儀器檢測的數(shù)據(jù)，實(shí)時遠(yuǎn)程調(diào)控設(shè)備進(jìn)行對溫室大棚環(huán)境的各個參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，從而保障蔬菜能夠在適宜的環(huán)境、溫度以及營養(yǎng)充足的土壤里生長，使蔬菜生長時間變得更快，也確保蔬菜品質(zhì)提升，有效實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高幅度增長，進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)效益。

物流網(wǎng)溫室大棚優(yōu)勢

在沒有大規(guī)模結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)前，國內(nèi)大棚蔬菜種植都是通過人工的方式，控制大棚的溫度、濕度等，但一定程度上任由大棚環(huán)境自然發(fā)展。采用傳統(tǒng)種植方式施用氨肥，一旦施肥方式不正確，施肥過程超出蔬菜接受量，就會導(dǎo)致氨氣的大量排放，如果過量會導(dǎo)致作物氨中毒。對此，工作人員一般進(jìn)入前都會先通風(fēng)。溫室大棚一旦氨氣含量過高，在密閉的環(huán)境下，作物就會容易氨中毒，葉片退綠枯死，造成大量蔬菜枯死。對于一些對空氣成分感知靈敏的蔬菜來說，這是致命的風(fēng)險。例如黃瓜、西紅柿等，對氨氣反應(yīng)更加劇烈。除過量氨氣以外，若是不當(dāng)施用硫酸銨、硫酸鉀等肥料，還會有亞硫酸產(chǎn)生。亞硫酸的產(chǎn)生會影響土壤的酸堿度，進(jìn)而會影響土壤中存在的各類微生物的生存，并最終影響蔬菜的生長質(zhì)量。傳統(tǒng)大棚在冬季，基本采取炭火來進(jìn)行加溫，一旦炭火燃燒未能充分，會產(chǎn)生大量CO等氣體，危害人體健康。

現(xiàn)代化技術(shù)推動了溫室大棚種植向智慧化方向發(fā)展。蔬菜種植受環(huán)境影響顯著，合理的空氣、土壤溫度、濕度等環(huán)境條件才能促使蔬菜品質(zhì)和產(chǎn)量提高，為了提高環(huán)境控制的自動化水平、精細(xì)化程度，做到智能決策，無人化管理，基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚應(yīng)運(yùn)而生。其通過精準(zhǔn)化的模式來控制環(huán)境因素，并且在生產(chǎn)過程中對出現(xiàn)的不利因素進(jìn)行調(diào)整，提高了經(jīng)濟(jì)效益。采用自動化控制設(shè)備，對大棚內(nèi)的溫度、光照程度、空氣質(zhì)量進(jìn)行最適合的調(diào)整。安裝傳感器，對棚內(nèi)的多項(xiàng)影響因素實(shí)現(xiàn)了動態(tài)化監(jiān)測，并通過基于數(shù)據(jù)庫的控制模型和算法，對噴淋、除水等水分設(shè)備、風(fēng)機(jī)和采光設(shè)備等進(jìn)行微調(diào)，為蔬菜生長營造有利環(huán)境?；诳萍嫉倪M(jìn)步趨勢，各種模式的溫室大棚在現(xiàn)實(shí)中推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了管理過程的精細(xì)化，轉(zhuǎn)變了粗放式的管理模式，讓棚內(nèi)各種蔬菜都獲得較好的生長環(huán)境，提高種植收益，促使溫室大棚更好發(fā)展。大棚通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)傳感器來進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)采集，包括影響蔬菜生長過程中的各方面因素，結(jié)合信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息共享?？刂浦行母鶕?jù)數(shù)據(jù)分析來進(jìn)行邏輯化判斷，通過遠(yuǎn)程控制方來調(diào)整各類設(shè)備，促使棚內(nèi)維持穩(wěn)定的生長環(huán)境，確保蔬菜生長符合要求。并且，大幅度采用物聯(lián)網(wǎng)，減少大棚人力投入，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)種植的現(xiàn)代化手段，節(jié)約成本。

物聯(lián)網(wǎng)溫室大棚功能設(shè)計

安全功能

基于物聯(lián)網(wǎng)的信息化溫室充分應(yīng)用了現(xiàn)階段的科學(xué)技術(shù)，能夠?qū)M(jìn)入人員進(jìn)行權(quán)限的綁定，會對部分人員設(shè)置一定操作權(quán)限，也會讓與管理無關(guān)的人不得進(jìn)入，從而避免了無關(guān)人員身上可能沾染的各種病菌對蔬菜環(huán)境的破壞。將人臉識別和指紋分別應(yīng)用到智慧溫室中，出入人員必須經(jīng)過掃描識別才可以進(jìn)入和出現(xiàn)。通過這樣的方式，避免對蔬菜種植環(huán)境產(chǎn)生干擾，實(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量的安全可控[3]。

警報功能

一般來說，基于物聯(lián)網(wǎng)的信息化溫室大棚的警報功能主要是對溫室大棚中突發(fā)的災(zāi)害進(jìn)行自動報警。假如突發(fā)火災(zāi)，智慧溫室大棚當(dāng)中的煙感傳導(dǎo)器會發(fā)出警鳴，然后再通過系統(tǒng)向用戶及時發(fā)送警報，能讓相關(guān)人員在最短時間內(nèi)對溫室大棚的相關(guān)情況進(jìn)行處理，如快速進(jìn)行救火，避免火勢蔓延。

監(jiān)控功能

物聯(lián)網(wǎng)將針對環(huán)境監(jiān)測的設(shè)備應(yīng)用到溫室大棚，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)人員不必實(shí)際測量就可以清晰獲知蔬菜的生長情況，并通過相應(yīng)的程度對相關(guān)環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)節(jié)（圖1）。借助自動化的系統(tǒng)來初步判斷當(dāng)期蔬菜生長所需要的環(huán)境因素的參數(shù)，直接通過對環(huán)境的分析來，再借助控制程序?qū)?shù)進(jìn)行更改，進(jìn)而控制大棚內(nèi)的噴灌等各類物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，確保各項(xiàng)參數(shù)保持在科學(xué)的范圍中，保持大棚環(huán)境穩(wěn)定。對基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚的遠(yuǎn)程監(jiān)管功能進(jìn)一步調(diào)整，只需要用戶利用手機(jī)或者電腦等登錄遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，就可以遠(yuǎn)程了解溫室大棚中蔬菜的情況。

圖1 檢測及監(jiān)控系統(tǒng)

傳輸功能

要實(shí)現(xiàn)蔬菜的高質(zhì)量產(chǎn)出，管理人員對其進(jìn)行實(shí)時動態(tài)監(jiān)測，并通過數(shù)據(jù)和信息收集來對該溫棚進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計（圖2）。可以運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在溫棚中對環(huán)境實(shí)施監(jiān)測，來獲取人為手段不能獲知的信息，并對其進(jìn)行傳輸。管理人員在得到信息后，針對不同信息，溫室中的自控程序會對其進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)，對于需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)計或者改善的環(huán)節(jié)，由管理人員手動進(jìn)行更改。

圖2 信息傳輸

預(yù)防病蟲害功能

蔬菜在種植過程中不僅需要預(yù)防環(huán)境因素，病蟲害的影響也是比較普遍的。在蔬菜各個周期都會存在，傳統(tǒng)模式的大棚只能通過人為方式來進(jìn)行害蟲防治，需要大量人員進(jìn)行，而且效率極低，取得成效差，基本對病蟲害起到有效的防治作用。基于傳統(tǒng)應(yīng)對模式的低效，物聯(lián)網(wǎng)對此進(jìn)行了改變，通過對溫室大棚內(nèi)部進(jìn)行各類防治病蟲害模塊的系統(tǒng)設(shè)計，及安裝相應(yīng)的消除害蟲的設(shè)備。定時對大棚進(jìn)行病害查殺，有效保障了蔬菜的品質(zhì)。在這樣的背景下，大棚一般會采用臭氧進(jìn)行消殺，該物質(zhì)對蔬菜沒有污染，而且使用過程安全度高，穩(wěn)定性也強(qiáng)，比采用其他消滅害蟲的方式更具環(huán)保。

案例簡析

某縣基于5G通訊和新型物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了無人值守智能溫室大棚項(xiàng)目，囊括上述各類功能設(shè)計，以期提升農(nóng)作物實(shí)際品質(zhì)，并為打造品牌構(gòu)建農(nóng)作物溯源基礎(chǔ)。具體而言，該項(xiàng)目包括內(nèi)外遮陽系統(tǒng)、濕簾、施肥灌溉系統(tǒng)、天窗系統(tǒng)、補(bǔ)光、風(fēng)機(jī)、攝像頭、各類傳感器、智能控制柜等等內(nèi)容。通過這些內(nèi)容，經(jīng)營者可以通過云平臺系統(tǒng)了解大棚內(nèi)的土壤、作物等實(shí)際情況，并通過操控系統(tǒng)對大棚內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。在此期間，工作人員無需進(jìn)入大棚，能夠有效避免人員進(jìn)出對大棚內(nèi)生態(tài)的影響。

總結(jié)

中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的發(fā)展關(guān)乎著民生問題，依托物聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科技化，對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級有著重大作用。傳統(tǒng)的蔬菜種植，沒有辦法對任何環(huán)境因素進(jìn)行控制，但是基于物聯(lián)網(wǎng)的信息化溫室可以依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的有效調(diào)控，從而有效提高蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量，這種種植方式也更便捷、環(huán)保，可以更好帶動中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)的信息化推廣運(yùn)用，能夠給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來新的機(jī)會，逐步改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，利于增強(qiáng)農(nóng)業(yè)科技應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)蔬菜種植的高品質(zhì)。