设施园艺物联网系统建设思路与功能分析

彭璟 刘艳芳

[摘要]结合设施园艺生产管理需求，提出了设施园艺物联网系统原理与建设思路，分析了系统组成与功能特色。该物联网管控系统能实现设施园艺生产管理的智能感知、智能控制，使温室大棚内环境始终保持在最佳生长状态。

[关键词]设施园艺；物联网

[中图分类号]S62 [文献标识码]A

设施园艺作物多为高附加值的蔬菜、苗木花卉等作物，这些作物的生产管理需要实现精细化、标准化、现代化。传统的设施园艺生产作业主要靠人工方式，费时费力，且难以达到科学合理种植的要求。设施园艺物联网管控系统可有效解决这一问题，其核心任务是准确、快速、实时地采集大棚温室内环境参数（如空气温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤温湿度等），然后根据作物生长需要对温室大棚内环境调节设备（如风机、湿帘、滴灌、喷灌、天窗等）进行智能控制，从而保证设施内作物始终处于最佳的生长环境，以提高作物的品质和产量。

1 设施园艺物联网系统原理

利用数据无线传输，通过传感网络、数据采集模块、视频监控模块，实时远程获取农业设施内部的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像等，通过智能控制器进行模型分析，自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光、水肥一体化等设备，保证设施内环境较适宜作物生长，为农作物优质、高产、高效、安全创造条件。系统可以通过手机、PDA、计算机等发布实时监测信息、预警信息等。该系统能满足设施园艺日常环境管理需要。当环境参数超出设定范围时，系统能自动启动相应环境调节设备而不需人为操作，达到智能控制环境目的，让温室大棚内环境参数始终保持在最佳生长环境状态，最大限度地减少生产质量事故的发生。

2 设施园艺物联网系统组成与功能分析

系统由一个物联网管控平台和“五个子系统”组成。

2.1 物联网管控平台

应用物联网技术，可通过计算机或手机随时接收各种实时采集的精准传感器数据，可以通过遥控温室内的视频监控，观察温室的全面情况，实现温室管理的高效和精准，实现节约人手和时间、改善产品品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

在云平台上，用户可以通过手机、PDA、计算机等信息终端接收农田墒情信息、气象信息，并可远程控制灌溉设备。对政府管理部门而言，则可以通过该平台，提升农情、农业气象、农田水利的综合管理水平。

该平台主要包括四大功能模块：①实时在线监测。全天候在线采集设施内作物生长的环境数据，如土壤墒情、土壤养分、生长状况、环境参数等，将采集的数据和图片实时显示和存储。②环境异常预警。将传感器采集到数据设定上下限阀值，当环境数据超出阀值，平台将发出弹窗警报，提醒工作人员尽快做出处理。③远程智能控制。电脑端与移动端等多种设备可以控制基地设备，无须时时守在基地。④数据分析。通过数据分析，可以直观的掌握基地的周、月、季度甚至年度数据。管理者通过数据分析，可以实施调整生产。

2.2 五个子系统

2.2.1 环境因子监测系统。通过多个环境传感器采集设施园艺内环境参数，如空气温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、气压传感器、土壤温湿度传感器、土壤PH值传感器、土壤养分传感器等，通过环境因子采集全天候实时监测设施园艺内作物生长环境。同时，通过配套的数据采集器、数据传输设备与计算机进行连接，将数据传输到服务器数据库中，用于统计分析和处理。用户通过访问互联网或移动手机上网的方式就能实时查看环境因子信息，并为相关系统提供数据支持。

在设施大棚外部署田间气象监测站，实时监测棚外空气温湿度、气压、风速、风向、太阳辐射、降雨量等，便于配合指导设施内生产，结合农业园区视频监控系统，可以随时查看园区内生产状况、预防灾害天气发生。

2.2.2 水肥一体化灌溉系统。温室水肥一体化是借助压力系统，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，通过管道和滴头形成滴灌、均匀、定时、定量，浸润作物根系发育生长区域，使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况，作物不同生长期需水，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

施肥機自带触屏操作系统，也可以与智能化控制系统配套连接，通过计算机直接对施肥机的各项施肥参数进行调整，同时，可以通过计算机下载各种肥料的历史数据，进行总结和存档。

2.2.3 病虫害预警监测系统。通过对设施内环境因子数据实时采集，将各种生长环境数据进行统计分析和预处理，和“病虫害发生模型”进行运算和对比，如果满足某种病虫害发生条件，系统就会发出预警信号。

2.2.4 智能控制系统。系统运用先进的远程工业自动化控制技术，通过无线传输，连接控制室与控制柜，操作智能终端，即可一键式控制温室大棚内的风机、补光灯、外遮阳、内遮阳、喷滴灌、侧窗、湿帘等，实现远程化管理。

2.2.5 视频监控系统。可在设施内外部署。可根据管理区域需要来分布摄像头设备，可清晰直观的实时查看种植区域作物生长情况、设备远程控制执行情况、设施外天气变化等。系统可选择性设置监控点，快速转换呈现视频图像；还可实现对病虫情监测，及定时图像检测，方便用户随时查询。同时可以邀请专家通过远程视频监控系统对设施内作物提供远程指导和诊疗。

3 系统优势

本系统部署灵活、扩展方便，可为企业节省人力、财力，提高生产管理水平，降低生产管理成本，实现园艺设施集约化、网络化远程管理。节本增效，减少劳动用工，提高产量和效益。

（1）软件系统基于成熟的物联网通用平台，系统运行稳定可靠，性能优异。

（2）软件系统功能完善，兼容性好，系统扩展性好，支持二次开发，可以与客户现有其它信息系统深度集成。

（3）集成的视频监控功能，视频与环境监控无缝集成，实现真正意义上的可视化监控管理。

（4）集成度高，一体化温室智能监控终端，集成度高，无需专门安装，插电即用， 后期维护简便。

（5）硬件可靠性高，可以安装在户外，适应阴雨潮湿等恶劣环境。

（6）支持计算机、手机、Pad等多种终端访问，提供智能手机客户端软件， 可以随时随地监控温室环境。集成微信、手机短信等多种展现和交互方式， 信息传递及时、便捷。

（7）预警系统和专家服务相结合，为用户防灾减灾，增产高产提供有力支撑和保障。

（8）配套的农业知识库、农产品溯源系统等附加功能。

[参考文献]

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