基于物聯網的日光溫室番茄生產控制技術試驗

關鍵詞：日光溫室；控制技術；設施農業(yè)；番茄；物聯網

中圖分類號：S126 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2023）05-0047-05

DOI： 10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.05.009

0引言

設施農業(yè)是區(qū)別于傳統農業(yè)的新型農業(yè)生產方式。設施農業(yè)的本質是人工構建可控的環(huán)境，保證農業(yè)生產按照預設程序進行，從而獲得理想的產量和效果。在設施農業(yè)生產中，要加快物聯網、大數據、人工智能和區(qū)塊鏈等現代信息技術在農業(yè)領域的應用。智能化、精準化、信息化是設施農業(yè)發(fā)展方向，通過在設施農業(yè)中安裝傳感器，實現農作物生產環(huán)境、生長狀況等信息的智能感知、可視化管理、智能預警及智能分析，能夠在遠程實時查看大棚內農作物生長的溫度、濕度、光照等數據，及時對各個生產環(huán)節(jié)實施自動控制。設施種植結合智能化管理應用模式，智能化手段及可視化的界面能更有效地輔助標準化生產的實施，極大地提升精細化水平和生產效率，也使種植園區(qū)的生產決策更具科學性。

本項目引進物聯網系統平臺，應用于日光溫室番茄生產中，每個溫室大棚采集多個位置的溫度、濕度及光照強度等環(huán)境參數，通過采集到的環(huán)境因子，智能控制溫室大棚內的升降溫、增降濕和補遮光等系統，物聯網系統平臺通過在日光溫室番茄各生長階段數據采集分析，對日光溫室設備進行自動控制，實現蔬菜生產從人工經驗式轉為精準化、智能化，加快環(huán)境智能調控、水肥一體化，信息監(jiān)測和自動控制等技術裝備的融合應用，減少用工數量、降低生產成本，提升設施裝備智能化水平，實現溫室大棚集約化、網絡化遠程管理，充分發(fā)揮物聯網技術在設施農業(yè)生產中的作用。

1材料與方法

1.1試驗地點

西安市臨潼區(qū)萬邦現代農業(yè)園區(qū)5個日光溫室，面積4200m²，種植秋冬季設施番茄，番茄品種為普羅旺斯，密度3.75萬株/hm²，行距65 cm、株距40 cm，膜下滴灌栽培。

1.2控制設備

試驗園區(qū)物聯網信息平臺系統由深圳市奧越信科技有限公司研發(fā)生產。奧越信農業(yè)智能控制設備日光溫室番茄物聯網管理系統分為4個層次，分別為感知層、傳輸層、數據存儲層和應用層，試驗項目共涉及7個系統，如表1所示。

項目實施中，主要在5個日光溫室引進了物聯網控制通信系統、采集系統、卷膜卷簾系統、顯示系統、水肥系統、軟件系統和監(jiān)控系統等，溫室內有溫度傳感器（空氣、土壤）、濕度傳感器（空氣、土壤）、光照傳感器等，并外接電機、電磁閥、卷膜機、卷簾機、水肥一體機和高清攝像頭等設備。通過終端平臺的網關控制器，可以外接多路設備，以實現實時控制大棚內環(huán)境的效果，可遠程獲取溫室大棚的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強度及視頻圖像，通過數據模型分析，可以自動控制溫室卷簾機、卷膜機、水肥一體化和加溫補光等設備；同時，還可以通過手機APP、計算機等信息終端向管理者推送實時監(jiān)測信息、報警信息，實現現場環(huán)境的信息化、智能化遠程管理。該技術主要應用于農作物生產全過程的智能監(jiān)測控制，摒棄傳統的生產方式，實現農作物生長全程信息化，自動采集、傳輸與控制，并在專家知識庫輔助下，實現農業(yè)生產的全過程智能化控制、科學化管理。

物聯網系統平臺智能控制運行引用深圳市奧越信科技有限公司網站產品指引欄目中“日光溫室智能控制系統圖”，如圖1所示。

1.3試驗方法

試驗于2020年11月20日—2021年3月31日進行，主要測試物聯網平臺采集數據，與王勇等研究的日光溫室番茄適宜生長條件，并結合當地實踐的數據作為控制條件的區(qū)間值（表2，作為CK處理）進行比較分析及系統反饋，從而驗證系統平臺的報警提示功能，以及系統控制的信息反饋和自動控制情況，從而更好地將智能化、自動化服務于設施農業(yè)生產中。

2結果與分析

2.1幼苗生長期

在日光溫室番茄的幼苗生長期，測定其中3d相同時段的環(huán)境控制試驗數據（表3），對照日光溫室番茄在幼苗生長期適宜的生長條件區(qū)間值（表2），分析物聯網平臺反饋情況。通過測試，物聯網平臺把采集到的數據與合理區(qū)間值進行比較，發(fā)出反饋和提示信息，并實施自動控制。在幼苗生長期，棚內濕度高于區(qū)間值的最大值50%時，系統平臺自動開啟卷膜機，降低棚內濕度；棚內溫度低于區(qū)間值的最小值20℃時，系統平臺自動控制棚內增溫設備，及時進行升溫；土壤濕度低于區(qū)間值的最小值60%時，系統平臺自動啟動水肥一體化系統予以灌溉；光照強度低于區(qū)間值的最小值2萬Lux時，系統平臺在自動開啟卷簾設備增強透光性的情況下，啟動補光設備，予以補光。

2.2開花坐果期

在日光溫室番茄的開花坐果期，測定其中3d相同時段的環(huán)境控制試驗數據（表4），對照日光溫室番茄開花坐果期適宜的生長條件區(qū)間值（表2），分析物聯網平臺反饋情況。通過測試，物聯網平臺把采集到的數據與合理區(qū)間值進行比較，發(fā)出反饋和提示信息，并實施自動控制。在開花坐果期，棚內溫度低于區(qū)間值的最小值25℃時，系統平臺自動控制棚內增溫設備，及時進行升溫；土壤濕度低于區(qū)間值的最小值70%時，系統平臺自動啟動水肥一體化系統予以灌溉；光照強度低于區(qū)間值的最小值2萬Lux時，系統平臺在自動開啟卷簾設備增強透光性的情況下，啟動補光設備，予以補光。

2.3結果期

在日光溫室番茄的結果期，測定其中3d相同時段的環(huán)境控制試驗數據（表5），對照日光溫室番茄結果期適宜的生長條件區(qū)間值（表2），分析物聯網平臺反饋情況。通過測試，物聯網平臺把采集到的數據與合理區(qū)間值進行比較，發(fā)出反饋和提示信息，并實施自動控制。在結果期，棚內濕度高于區(qū)間值的最大值70%時，系統平臺自動開啟卷膜機，降低棚內濕度；土壤濕度低于區(qū)間值的最小值80%時，系統平臺自動啟動水肥一體化系統予以灌溉；光照強度低于區(qū)間值的最小值3萬Lux時，系統平臺在自動開啟卷簾設備增強透光性的情況下，自動啟動補光設備，予以補光。

3討論

在試驗中，針對日光溫室番茄生長的各個時期，物聯網系統平臺能根據實際的反饋情況，實施對日光溫室的水肥一體化、卷簾、卷膜等自動控制。試驗測試智能化模式控制與傳統人工模式控制方式節(jié)約時間和提高效率的數據對比情況。由表6可知，物聯網系統平臺的智能化模式控制明顯優(yōu)于傳統人工模式。

經過試驗，引進的日光溫室控制通信系統、采集系統、卷膜系統、卷簾系統、顯示系統、水肥系統、軟件系統和監(jiān)控系統等設備的性能可靠，所有智能設備響應時間均在1s內，所有聯動事項響應時間均為0.5 s內，在設施園區(qū)試驗示范中受到農民群眾的認可，適用性較好。

4結束語

農業(yè)物聯網技術在設施蔬菜生產上的應用，實質上是對現代農業(yè)發(fā)展進程的全新探索與實踐。在物聯網平臺控制系統情況下，對日光溫室番茄生長各個時期進行試驗測試、模式對比和適用性分析。結果表明，物聯網系統平臺實時采集日光溫室番茄的棚內濕度、棚內溫度、土壤濕度、土壤溫度、光照強度、土壤EC值和土壤pH值等數據，當采集到的數據超過日光溫室番茄的適宜生長條件合理區(qū)間的最大值或低于最小值時，物聯網系統平臺均給予反饋提示，并啟動自動控制措施，自動控制溫室卷簾機、卷膜機、水肥一體化和加溫補光等設備，進行智能化、自動化科學管理，從而使設施農業(yè)生產逐漸走向信息化、智能化、科學化，快速轉化勞動生產率，提高農民效益。因此，應用物聯網平臺控制系統，依據系統的數據采集和反饋提示，對日光溫室的灌溉施肥、卷膜、卷簾等自動控制的智能化技術模式，在日光溫室蔬菜生產中應予以大力推廣應用。