我國設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚建設(shè)中，還存在著網(wǎng)絡(luò)化程度低，運行管理落后以及環(huán)境調(diào)控水平有待進一步提升等諸多方面的問題，制約了設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚整體生產(chǎn)效率的提高。為了解決設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚生產(chǎn)中所存在的一系列問題，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚中的應(yīng)用設(shè)計，并研發(fā)一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)。希望本研究能夠推動設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚的科學(xué)管理，推動農(nóng)業(yè)溫室大棚朝向科學(xué)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動化方向發(fā)展。
從總體上來看，互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)融合了互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、傳感元件和智能信息處理相關(guān)方面的內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)最初源于網(wǎng)絡(luò)化無線射頻識別系統(tǒng)，隨后，慢慢發(fā)展成熟。截止到今日，學(xué)術(shù)界尚未對物聯(lián)網(wǎng)的概念達成統(tǒng)一的共識，專家學(xué)者們對物聯(lián)網(wǎng)的定義眾說紛紜。我們普遍認可的一種說法是物聯(lián)網(wǎng)是一種基于有線和無線通信方式，通過傳感器、衛(wèi)星定位、射頻識別等采集物體信息，并把這些信息上傳至互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)對現(xiàn)實生活中物品的精準定位識別以及監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用主要體現(xiàn)于農(nóng)業(yè)服務(wù)、農(nóng)業(yè)管理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營等環(huán)節(jié)，從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點角度，可以把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分成傳輸層、感知層和應(yīng)用層。每一個技術(shù)層都發(fā)揮著各自的功能，其中，第一，感知層。感知層常作為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，為應(yīng)用層和傳輸層提供了更加可靠的數(shù)據(jù)支撐，具體來講，感知層通過衛(wèi)星定位、遙感技術(shù)、智能傳感器等來全面采集日常生活中的物品信息，如農(nóng)作物長勢信息、土壤信息、環(huán)境信息、產(chǎn)品物流信息等。第二，傳輸層。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中間環(huán)節(jié)傳輸層利用互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、局域網(wǎng)等來實現(xiàn)對感知層采集物體數(shù)據(jù)信息的傳輸，把數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定地傳輸至應(yīng)用層。同樣的，對于應(yīng)用層處理后的數(shù)據(jù)，也經(jīng)過傳輸層來回饋至感知層設(shè)備終端，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。第三，應(yīng)用層。應(yīng)用層可以說是整個農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的頂層環(huán)節(jié)，具體包括農(nóng)產(chǎn)品追溯領(lǐng)域、大田種植領(lǐng)域、設(shè)施養(yǎng)殖領(lǐng)域、設(shè)施園藝領(lǐng)域、農(nóng)產(chǎn)品物流領(lǐng)域等。在應(yīng)用層，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)預(yù)警、智能控制、診斷推理等，助推農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程更加智能化、高效化、集約化的實現(xiàn)。
眾所周知，我國擁有大規(guī)模的設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，但是，設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)效率卻始終不高，這主要是由于技術(shù)水平的局限。本文嘗試探討將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚生產(chǎn)中，具體的實現(xiàn)過程如下。
設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)及特點從總體上來看，園藝作物能否得到健康生長，一方面取決于自身的遺傳特性，另一方面就與所生長的環(huán)境息息相關(guān)。環(huán)境因子主要包括溫度、濕度、光照、氣體因子等，在溫室大棚內(nèi)部，通過控制各項環(huán)境因子在適宜的水平，能夠有效地提高農(nóng)作物的質(zhì)量與產(chǎn)量。
第一，溫度。溫度是影響園藝作物呼吸作用和光合作用的重要因素，每一種農(nóng)作物生長都有適宜的溫度范圍，并滿足“三基點”要求。“三基點”具體包括溫度下限、溫度上限以及最適生長溫度，例如：對于光合作用而言，農(nóng)作物最適宜生長溫度范圍在20℃~25℃；對于呼吸作用而言，農(nóng)作物最適宜的呼吸溫度范圍在36℃~40℃。需要強調(diào)的是，對于設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚的環(huán)境，也應(yīng)該保持一定的晝夜溫差。那么，如何調(diào)控設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚溫度呢？一般情況下，我們主要采用電熱采暖、熱風(fēng)采暖、熱水采暖3種方式進行加溫，我們廠采用水分蒸發(fā)、遮陽、通風(fēng)的方式進行環(huán)境的降溫。在必要的情況下，由于溫度和濕度之間存在著一定的關(guān)聯(lián)性，升溫和降溫都會引發(fā)溫室大棚內(nèi)部濕度的改變，我們還要考慮到濕度改變對農(nóng)作物生長的影響。
第二，濕度。濕度可以說是影響農(nóng)作物生長的最重要的環(huán)境因子，一般情況下，農(nóng)作物的含水量為60%~80%，而農(nóng)作物的生理過程幾乎都離不開水分的參與，如蒸騰作用、呼吸作用、光合作用。對于設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚而言，其內(nèi)部環(huán)境的濕度是由土壤濕度和空氣濕度共同決定的。溫室大棚本身是密閉的微環(huán)境，我們常常對其進行降濕處理，一般情況下，我們可以采用通風(fēng)的方式來去除空氣中多余的水分，也可以采用一定的吸附材料來降低空氣的濕度。第三，光照強度。植物的光合作用離不開光照，并且光合作用的速率也隨著光照強度的改變而發(fā)生變化，眾所周知，對于農(nóng)作物而言，每一種農(nóng)作物都對應(yīng)一個光飽和點。低于這個光飽和點，農(nóng)作物的生長受到限制，而高于這個光飽和點，即便是光照強度加大，農(nóng)作物光合作用也不再加快。大多數(shù)的農(nóng)作物最適光照強度范圍是8000~12000lux，而我們常常采用遮光和補光操作的辦法，能讓農(nóng)作物盡可能在最適光照強度范圍內(nèi)生長。利用人工光源，人為地延長光照時間或者提高光照強度進行補光操作，利用遮陽網(wǎng)來進行遮光操作。
第四，二氧化碳濃度。植物的光合作用離不開二氧化碳的參與，我們常形象地稱二氧化碳就是農(nóng)作物的“糧食”。大多數(shù)農(nóng)作物生長所需的二氧化碳濃度為0.1%，而大氣中的二氧化碳濃度僅為0.03%，因此，我們有必要對設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚進行人工補充二氧化碳，但是，二氧化碳濃度也不是越高越好，一旦二氧化碳的濃度很高，就會導(dǎo)致農(nóng)作物葉面系統(tǒng)關(guān)閉，反而不利于光合作用的進行。
設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)各項溫室大棚環(huán)境參數(shù)，本文設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)包括感知層、傳輸層和應(yīng)用層，以以太網(wǎng)接入局域網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對溫室大棚的自動化、智能化、科學(xué)化控制，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率。
我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展中依然存在著諸多方面的問題，提出解決問題的具體對策勢在必行。具體來講，目前，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中往往需要勞動人員憑借經(jīng)驗進行運行管理，事實上，農(nóng)業(yè)溫室大棚受諸多方面影響因素的制約，如環(huán)境、生物等。僅僅依靠大量勞動人員的管理經(jīng)驗，很難將農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境控制在最適宜的狀態(tài)。另外，引進發(fā)達國家成套的控制系統(tǒng)，盡管可以對我國設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚起到有效的助推作用，但是購買系統(tǒng)的成本過高，以及所購買的溫室控制系統(tǒng)不能完全與我國基本國情相匹配。總之，結(jié)合我國的不同地域狀況，生產(chǎn)一套技術(shù)水平先進的設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。
