監控系統在設施農業中的應用研究

摘要:通過對監控系統的介紹，明確其在設施農業中的應用及發展方向，為設施農業的自動化、智能化發展提供了參考和借鑒意義。

關鍵詞:監控系統;設施農業;發展

中圖分類號:S625.5文獻標識碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.01.040

Study on Monitoring System in Facility Agriculture

LI Feng-ju，SONG Zhi-wen，LIU Shao-wei，WANG Jian-chun，LV Xiong-jie

(Information Institute，Tianjin Academy of Agricultural Sciences，Tianjin 300192，China)

Abstract: By introducing monitoring system， its application and developing way in facility agriculture was cleared， it can apply consulting and useful meaning for automation and intelligent development of facility agriculture.

Key words: monitoring system;facility agriculture;development

設施農業是綜合應用工程裝備技術、生物技術和環境技術，按照動植物生長發育所要求的最佳環境，進行動植物生產的現代農業生產方式。設施農業是現代農業的顯著標志，促進設施農業發展是實現農業現代化的重要任務。隨著計算機技術及微電子技術的迅猛發展及其在測量和儀器儀表技術領域的滲透[1]，使得這些領域的技術和面貌不斷更新，無線傳感器網絡技術、現代通信技術、智能控制技術、計算機視覺技術和空間技術等不斷應用于設施農業領域，這些技術的有機整合，使得設施環境監控系統朝著自動化、智能化和網絡化方向發展[2，3]。

1監控系統的主要構成

監控系統是實現監控的軟硬件平臺，是一個集傳感器技術、控制技術、通訊技術、計算機技術、專家系統技術等于一體的高科技產品，可以滿足設施農業的需要。監控系統一般包含4個過程:即數據的采集、數據處理、執行機構、上位機和下位機之間的通信。數據的采集主要是完成前端信息采集，它主要是由各種傳感器與變送器組成;數據處理是整個監控系統的核心，其他設備的控制、數據的整合、數據的轉存等都在該模塊下完成，主要包括:對采集數據進行A /D轉換、下位機(單片機、PLC等)、驅動電路等;執行機構主要是根據上位機的信息指令進行工作;通信是指上位機與下位機間的通信，它包括下位機將處理后的數據傳輸給上位機進行監控和管理以及上位機根據收集到的數據進行命令的發布。目前，通信有有線和無線2種方式，其中有線方式包括CAN總線、RS2485等;無線方式包括藍牙、Internet、GSM短消息、ZigBee等。

2監控系統在設施農業中的應用

目前，各監控系統主要集中在種植業、養殖業和產品的儲蓄保鮮，主要監測環境因子，如溫度、濕度、露點、光照、CO2濃度等，水肥條件的監測，如土壤溫度、濕度等，同時結合動植物生長發育的特點和規律，運用一定的工程措施來改善不適合動植物生長的環境條件，創造出適合其生長的最佳微氣候條件，從而達到增加產量、改善品質、調節生長周期、提高經濟效益的目的。多數監控系統能達到預警的目的，主要是設定監控因子的上限和下限，通過無線傳輸技術發送給用戶，達到預警的功能，或是通過專家系統等進行自動的調控。

國外對設施環境監控技術研究較早，始于20世紀70年代，先是采用模擬式的組合儀表，采集現場信息并進行指示、記錄和控制，80年代末出現了分布式控制系統，目前正開發和研制計算機數據采集控制系統的多因子綜合控制系統。荷蘭、美國、日本等國的特點是機械化和自動化的設施栽培，生產中的溫度、濕度、光照、施肥、噴藥等，均實現了自動化控制和網絡化管理。

中國對于溫室控制技術的研究較晚，始于20世紀80年代，但發展速度很快。劉德義等[4]提出了基于Web的設施農業氣象信息監測與預警系統，該系統提供了實時數據查看、歷史數據查詢、K線圖顯示、氣象預警信息、溫室氣象預報、應用示范介紹、手機短信提示、實時圖片顯示等功能。天津市水利科學研究所楊萬龍等[5]自主研發的滴灌施肥智能化控制系統，利用土壤水勢傳感器監測土壤的含水量，進行自動灌溉施肥控制，當土壤水勢達到設定水勢上限時，計算機自動啟動系統進行施肥灌溉，當達到設定水勢下限時，灌溉施肥停止，計算機自動記錄該閥門灌水量，其他閥門按此灌溉施肥量依次進行，這種控制方式可實現多個閥門的無人值守灌溉施肥控制，當用戶設置不當、系統出現異常情況時，計算機會及時發出聲光報警，提醒用戶介入處理，防止對系統或作物造成更大危害。國家農業信息化工程技術研究中心開發研制的便攜式環境監測產品在設施農業生產中取得了良好的應用[6，7]。

3監控系統在設施農業中的發展與完善

設施農業測控系統是一種實時數據采集、處理、及控制系統，可廣泛應用于農業生產與科研的各個領域(如溫室、現代化雞舍、豬舍等)，具有廣闊的應用前景。各項技術的發展必將引領設施農業走上新的臺階，硬件方面:傳感器技術、控制技術、通訊技術、計算機技術等技術在實時數據收集方面將發揮重要作用，將來一些帶有智能控制性能的電子裝備、智能機器人都將逐步應用到設施農業上，這對中國設施農業的發展，既是機遇，更是挑戰;而且監控系統往往對單一要素進行控制，但環境各個要素存在著較強的耦合性，需要綜合考慮多個環境要素才能達到最佳狀態。因此，用多因子控制方式代替單因子控制方式，是提高溫室環境監控系統控制效果的關鍵途徑之一，也是溫室環境監控未來的發展方向。

作物生產與環境之間定性和定量關系尤為密切，而作物模擬模型是描述這種多因子的定性、定量關系的最好方式。模擬模型對作物的階段發育、器官建成等生理過程及其與環境和技術因子關系的試驗數據進行整理概括和量化表達而建立相應的數學模型，描述作物生長發育速度等與環境影響的關系，建立環境參數與生長發育速率、產量之間的函數關系，實現作物生長系統的定量化動態預測。這種函數關系為設施環境控制和管理決策提供重要依據。20世紀80年代歐美國家等發達國家就開展了溫室蔬菜生長模擬模型的深入研究[8]，實時采集的數據對模擬模型的應用將會起到重要作用，并可通過模擬模型進行預測，而專家系統的研究對于數據的分析和控制信息的發出起到調控的作用，達到優化產出目的，而且大量翔實的試驗觀測數據也作為模擬模型的支撐。

4結束語

中國設施農業起步晚，但目前正處在蓬勃發展的時期，各項技術不斷的發展會給設施農業帶來新的契機，監控系統充分利用數據庫海量數據，進行分析、提取信息，為決策打下基礎;模糊理論、專家系統、模擬模型、分布式計算機控制技術、多環境因子控制技術等軟硬件技術將會運用到環境監控中，這些先進技術的采用將會進一步推動設施農業的發展，也必將加快設施農業在中國的發展進程。

參考文獻:

[1] 高峰，俞立，盧尚瓊，等.國外設施農業的現狀及發展趨勢[J]. 浙江林學院學報，2009，26(2):279-285.

[2] 趙金才. 測控裝置在設施農業中的應用分析[J]. 安徽農業科學，2009，37 (11):5127-5128，5206.

[3] 梁竹君，武麗.環境監控技術在設施農業中的應用[J].安徽農業科學，2009，37(16):7672-7673，7753.

[4] 劉德義，黎貞發，傅寧，等. 談基于Web的設施農業氣象信息監測與預警系統[J].現代農業科技，2009(7):287-288.

[5] 楊萬龍，劉春來，李娟. 設施農業滴灌施肥智能化控制系統[J]. 農業科技通訊，2009(4):103-106.

[6] 張云鶴，喬曉軍.自動監控技術在設施農業生產中的應用系列(一)-便攜式環境監測產品在設施生產中的研究與應用(上)[J]. 農業工程技術(溫室園藝)，2008(3):14-15.

[7] 張云鶴，喬曉軍.自動監控技術在設施農業生產中的應用系列(一)-便攜式環境監測產品在設施生產中的研究與應用(下)[J]. 農業工程技術(溫室園藝)， 2008(4):16-17.

[8] 李永秀，羅衛紅. 溫室蔬菜生長發育模型研究進展[J]. 農業工程學報，2008，24( 1):307-312.