智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式的研究

劉文佳，趙玉娥

（山東華宇工學(xué)院，253034，山東德州）

1 概述

1.1 智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式的意義

我國耕地資源有限，傳統(tǒng)的耕作模式不但生產(chǎn)效率低，而且還占用大量的勞動力，不利于增加農(nóng)民收益，并且人們在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式下，會大量使用農(nóng)藥、化肥，既污染了土壤，也使種植出來的農(nóng)產(chǎn)品存在農(nóng)藥殘留，十分不利于消費者的健康，違背了綠色可持續(xù)發(fā)展的理念。大棚套作種植遵循合理利用土地原則，也符合農(nóng)民的需求，利用空間差和時間差種植收獲不同農(nóng)產(chǎn)品。同時在我國，智慧大棚的應(yīng)用得到非常大的支持與鼓勵，經(jīng)過近些年的發(fā)展，已經(jīng)有了很多經(jīng)驗，使得資源浪費大大減少，產(chǎn)量增加，推進了農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展。

1.2 智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式的研究內(nèi)容

由于農(nóng)產(chǎn)品的生長需要適宜的溫度、濕度等條件，因此對大棚內(nèi)環(huán)境的控制十分重要。傳統(tǒng)的大棚管理模式不僅需要大量的勞動力，而且對于大棚內(nèi)各種環(huán)境要素的變化信息反應(yīng)不及時、不準確，容易導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品因生長的環(huán)境條件沒有得到滿足而減產(chǎn)。智慧大棚主要運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以通過傳感器感知棚內(nèi)環(huán)境的變化，再通過網(wǎng)絡(luò)傳送到終端，可遠程診斷、控制，既提高了大棚環(huán)境控制的效率，也提高了對環(huán)境控制的精確度。

1.3 智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式的路線設(shè)計

首先了解國內(nèi)外先進的智慧大棚的物聯(lián)網(wǎng)溫室控制技術(shù)，按照農(nóng)戶及市場的需求，設(shè)計出操作簡單且性價比高的大棚套種溫室控制系統(tǒng)。這個物聯(lián)網(wǎng)溫室大棚控制系統(tǒng)主要分為三個部分，分別是感知層、傳輸層、控制層[1]。然后在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行大棚環(huán)境控制的設(shè)計。最后，對設(shè)計的系統(tǒng)進行調(diào)試，以保證后續(xù)在大棚套種環(huán)境中的正常應(yīng)用。

2 傳統(tǒng)大棚存在的問題

（1）蔬菜種類搭配不合理。如果蔬菜種類搭配不合理，可能出現(xiàn)植株高度影響生長的問題，主副作植株高度如果大致相似，則會大大影響植株的光照和通風(fēng)，影響植物生長。搭配不合理還可能出現(xiàn)生長周期不合適問題，主副作共生時間太長而影響了主要農(nóng)產(chǎn)品，導(dǎo)致農(nóng)民收益減少[2]。

（2）農(nóng)藥使用不當(dāng)。套作種植中一種農(nóng)作物所需要的農(nóng)藥可能會對另一種農(nóng)作物產(chǎn)生危害，可能會導(dǎo)致產(chǎn)量降低[3]。

（3）套種密度過大。在套種中如果套種的密度過大，可能會導(dǎo)致透光和透氣性不好，降低農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量。

3 智慧套種蔬菜大棚的技術(shù)及功能分析

3.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)造及相關(guān)技術(shù)

（1）感知層位于物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的底層，是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。感知層的作用主要是信息的采集，感知層具有感知、識別、執(zhí)行能力。通過傳感器收集大棚內(nèi)的濕度、溫度、光照等信息，然后再對采集到的信息進行轉(zhuǎn)換、處理，為接下來的信息傳輸做準備。相關(guān)技術(shù)包括RFID、二維碼、傳感器、Zig-Bee、藍牙等技術(shù)。

（2）傳輸層主要用于信息傳輸，將感知層收集到的信息通過有線或無線的方式傳輸?shù)娇刂茖拥谋O(jiān)測端。主要涉及到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳輸協(xié)議、信息編程[1]。

（3）控制層在接收到實地的大棚環(huán)境信息后，首先對傳輸來的信息數(shù)據(jù)進行分析，然后根據(jù)套作農(nóng)作物所需要的條件進行智能決策，之后對現(xiàn)場的設(shè)備進行控制。主要應(yīng)用到了計算機、監(jiān)測器、手機。

3.2 環(huán)境控制

（1）光照智能控制。根據(jù)實地調(diào)查與資料查閱，大棚內(nèi)的光照控制采用智能遮陽簾與LED 燈。光照傳感器用來感知大棚內(nèi)的溫度與光照，根據(jù)農(nóng)作物生長所需要的溫度和光照條件設(shè)定數(shù)值，將設(shè)定數(shù)值與測量數(shù)值比較來控制遮陽簾和LED 燈的狀態(tài)。

（2）溫度智能控制。大棚采用先進的保溫材料（如聚苯板）或者增加棉簾厚度來維持大棚內(nèi)的溫度。降溫使用智能降溫系統(tǒng)，同樣設(shè)定一個溫度固定數(shù)值，如果測量數(shù)值小于設(shè)定值，則屬于正常溫度，這時要保持大棚內(nèi)的溫度不變；如果高于設(shè)定值，則打開降溫設(shè)備。

（3）濕度智能控制。設(shè)定土壤濕度下限值，當(dāng)濕度傳感器檢測到濕度低于下限值時，灌溉系統(tǒng)開始工作，灌溉一定時間后，檢測濕度達到上限值，灌溉系統(tǒng)關(guān)閉。大棚內(nèi)的灌溉系統(tǒng)采用滴灌方式，滴灌是一種精密的節(jié)水灌溉方式，對水的利用率高。利用低壓管道系統(tǒng)，將水輸送到土壤，然后通過毛管上的滴頭，將水一滴滴注入植物根區(qū)的土壤中，滴灌的設(shè)備埋于地下，在灌溉的同時還可施肥，提高土壤肥力，減少水分的無用下滲損失和蒸發(fā)損失，并減少土壤板結(jié)，疏松土壤[5]。

4 智慧套種蔬菜大棚的構(gòu)建

4.1 農(nóng)產(chǎn)品電子標簽

隨著社會進步，人們的個性化需求不斷增加，對健康飲食的重視程度也大大提升，人們開始注重食品的追蹤溯源。大棚內(nèi)大多種植的是經(jīng)濟農(nóng)產(chǎn)品，因此電子標簽可以應(yīng)用于大棚農(nóng)產(chǎn)品中，比如應(yīng)用于藍莓。電子標簽可以記錄每棵植株的溫度、濕度、施肥情況、采摘時間等數(shù)據(jù)[5]，讀寫器讀寫完成后上傳數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端，這樣消費者就可以隨時隨地查看了。

4.2 終端控制系統(tǒng)軟件

用戶通過手機軟件可以查詢傳感器測量的數(shù)據(jù)和進行各種遠程控制，用戶分為普通用戶和管理員，普通用戶可以查看數(shù)據(jù)和反饋意見，管理員可以參與實際的控制與管理。

4.3 新型電商銷售

近幾年來新型電商發(fā)展很快，“主播帶貨”已經(jīng)幫助很多滯銷的特色農(nóng)產(chǎn)品重現(xiàn)生機，對于大棚農(nóng)產(chǎn)品的銷售也可以考慮這種方法，提高產(chǎn)品知名度，拓寬銷路。

5 智慧套種蔬菜大棚效益分析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于大棚套種，首先大大提高了大棚的運作效率，最大限度地減少能源消耗，提高經(jīng)濟效益。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)檢測農(nóng)產(chǎn)品生長信息，引導(dǎo)農(nóng)民根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的生長狀態(tài)進行調(diào)整，科學(xué)種植。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使大棚內(nèi)的生長環(huán)境達到最佳狀態(tài)，生產(chǎn)效率可提高30%～50%，在溫室大棚環(huán)境內(nèi)按照有機蔬菜要求種植，蔬菜價格還可提高40%～50%，套作種植還可收獲多茬農(nóng)產(chǎn)品，收益提高大約10%，相比普通大棚收益高出許多。其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對于水、肥、電的使用效率大大提高，節(jié)約資源，促進可持續(xù)發(fā)展[5]。

6 結(jié)論

近幾年物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)點以及帶來的收益，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于大棚套種是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。中國傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式需要大量勞動力，且受到技術(shù)限制，對于大棚內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品生長條件的控制不準確。而應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以準確收集到農(nóng)產(chǎn)品生長過程中的一系列數(shù)據(jù)，并通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)浇K端進行科學(xué)的評估和調(diào)整。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)雖然應(yīng)用于大棚套種前景廣闊，但是系統(tǒng)的可靠性及抗干擾能力需要進一步提高。相信經(jīng)過不斷實踐和改進，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會更加實用，適應(yīng)當(dāng)代市場需求，促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展。