虛擬現實VR智慧溫室、大田控制系統

郝冬純

摘要：隨著科學技術的發展，互聯網、傳感器等在蔬菜大棚中的應用已經成為了必然趨勢，這為改善蔬菜大棚控制提供了有力的支持。在文中主要就虛擬現實VR智慧溫室、大田控制系統進行介紹，為建設完善的智能溫室、大田控制系統提供借鑒。

關鍵詞：智慧溫室 大田控制系統 蔬菜大棚

一、背景

溫室、大田智能控制系統，因為21世紀互聯網和傳感器的快速發展和普及而逐漸應用到蔬菜大棚上。通過實時監測棚內的溫度、含濕量、光照強度、二氧化碳含量、土壤的溫度和含濕量等指標，并實時傳遞給計算機系統，系統經過分析和推理，發出指令指揮棚內的自動系統進行施肥、升溫、加水等正確操作，保持棚內環境，保證系統正常運行，使植物在最適宜情況下生長。智能控制系統將信息技術與計算機結合起來，在農業上加以應用，實現了農業發展的變革，也是未來農業發展的具體方向。

國內現階段的溫室、大田控制系統界面和操作普遍較為簡陋，對狀態數據和設備控制過程的展示較為抽象，首先，應用到展覽和科普中，對展覽的參觀者、接受科普的學生缺乏吸引力;其次，應用到實際溫室控制中，對操作者要求較高，不利于初學者或計算機操作不熟練的農民掌握。一方面，將三維的溫室映射為二維，需要較強的空間想象能力;另一方面，狀態和操作均不夠直觀，狀態常通過數據呈現，且數據呈現與溫室示意圖分離，用戶的操作也通過按鈕執行，與實際溫室中的自然交互方式不符。用戶很難建立對溫室狀態的直觀感受的同時，不自然的交互也不利于用戶實施精確控制。我國的智能溫室控制系統多年停留在簡單的數據展示和遠程簡單控制階段，已成為了阻礙智能溫室精細化控制和大規模推廣的主要問題之一。

二、系統簡介

為了破解上述難題，我們采用虛擬現實（VR）技術，研發基于虛擬現實的智能溫室、大田控制系統，在虛擬現實中實現對溫室、大田身臨其境的沉浸式漫游和遠程控制。其特色是，VR溫室、大田和真實溫室、大田1：1建設，用戶戴上vR眼鏡，好像身處真實的溫室、大田環境，通過走動，可以實現、大田對溫室身臨其境的漫游。且通過中間件實時連接真實溫室、大田設施，真實溫室、大田的各種狀態數據直觀的漂浮在設備之上;用戶操控VR手柄，可以控制真實溫室的風機、頂棚、噴霧、濕簾等設備的同步開關。該系統需要具備如下功能：

（1）溫室、大田整體環境漫游：戴上VR設備，用戶即感覺身處真實的溫室，各類設施的形態和位置與真實溫室一模一樣，在遠程即實現了對溫室的走動漫游參觀。

（2）溫室、大田狀態直觀獲取：真實溫室的狀態可以在VR場景溫室實時展示。傳感器數據將采用漂浮的方式漂浮于VR傳感器上方，設備狀態如卷簾、風機等，將與真實溫室的相同設備聯動，真實設備正在作業，VR溫室同步作業，溫室狀態達到完全同步真實反應。數據通過中間層交互。

（3）溫室、大田設備遠程實景式操控：VR溫室能夠實現對遠程真實溫室的操控和操控效果的及時反饋。在VR溫室中，通過手柄激光指向操控設施，遠程真實溫室設施也同步運轉，作業效果及時反饋到VR溫室，實現效果的同步顯示。

三、作用與意義

首先，本產品將在農業科普領域發揮價值。我國的農業科普手段長期處于相對單一的狀況。對設施農業的科普一般分為兩種方式，其一是建設實際溫室設施;其二是采用微縮模型+視頻的方式展示。前者投入較大，后者不夠直觀。本產品利用最新穎的VR形式，可以將最現代的最先進的農業設施、智慧農業的理念通過直觀可接觸的形式展現出來，能有效地提高中小學生群體的興趣，得到較好的科普效果。

其次，本產品是一種良好的智慧農業展示方式。各地紛紛興建的高端農業展廳，均大同小異，通過沙盤和大屏幕投影進行展示，展示手段單一，效果不夠直觀。本產品能夠直觀的展現實際溫室的狀態，并可以支持嘉賓感受實際操作。從單純的“看”到“身臨其境的感受”，是展示效果的質的提高。

第三，是新型農民培訓的有利工具。對于飛行員、駕駛員培訓，往往通過模擬艙進行，農民培訓也應引入此思路。但模擬溫室建設耗費巨大。同時，傳統的智能溫室控制系統，通過傳統組態工具等構建的界面，不夠直觀，學習成本較高，讓不熟悉計算機的農民難以接受。本產品有效地解決了這個問題，以所見即所得的自然交互方式，將有效降低使用者學習成本，能讓農民以最接近實際的方式，學習溫室操作。

第四，新型溫室大田控制方式。隨著VR設備的普及及智能溫室設施大規模應用，本系統也將大規模普及，在溫室實際控制中發揮巨大作用。