農業物聯網在日光溫室中的應用

向茂紅，車月英，濮小英

1.甘肅省高臺縣經濟作物推廣站；2.甘肅省高臺縣種子公司

農業物聯網屬于互聯網在農業生產中的拓展與延伸，在農業生產過程中，我國已經結合國家物聯網示范工程，并進一步開展了農業物聯網的應用與示范，在此基礎上將農業物聯網應用于日光溫室中，得到了較好的發展。近年來，人們越來越關注日光溫室的建設進展，日光溫室通過運用3s技術以及智能化的農機裝備，在一定程度上實現了生產管理的精準化，這離不開農業物聯網的幫助。

一、日光溫室的發展現狀

（一）我國日光溫室的發展現狀

我國利用日光溫室培養農作物本質上屬于設施農業，從設施農業的種類上進行大致劃分，又可以分為設施種植和設施養殖兩個大類，設施種植又可以詳細劃分為日光溫室、連棟溫室、冷棚和遮陽棚四大部分，本文主要以設施種植中的日光溫室作為研究對象。根據新華網的有關報道，我國日光溫室的推廣面積約占設施種植面積的22%，其中，80%的日光溫室建立在我國北方地區，且90%的面積被用于種植蔬菜。從以上數據可以看出，我國日光溫室還有待繼續發展，應朝著大型設施種植規模的方向發展。

日光溫室是我國率先提出的農業領域的概念，其具有十分鮮明的中國化特征。日光溫室在一定程度上響應了我國的可持續發展戰略，通過利用太陽能，寒冷地區能夠種植新鮮的水果與蔬菜，滿足寒冷地區人們的生活需求，為人們的越冬提供更加堅實的物質保障。到目前為止，我國日光溫室效益最高的是新疆地區的生產建設兵團，每個日光溫室的種植面積可以達到0.043hm2,以種植辣椒、黃瓜等蔬菜為主，每年生產的各類蔬菜可以達到一噸，獲得的利潤也較大。日光溫室，能夠有效解決我國北方地區冬季蔬菜供應不足的問題，在一定程度上增加了農民的收入，促進了社會的穩定。因此，日光溫室的建設十分有必要。

（二）日光溫室在發展過程中遇到的問題

根據相關調查顯示，我國的日光溫室發展已經取得了一定的成效，日光溫室在建設理念上也能夠立足于全面發展，但在發展過程中也難免遇到一些問題。我國日光溫室發展的歷程較短，在裝備研發與引進方面還有待提升，目前的一些機械設備都比較簡單，自動化程度低，對人工有較強的依賴性，但是好在這些問題與矛盾都是非對抗性的，隨著我國農業技術的不斷發展，會得到一定的緩解與優化。除此之外，日光溫室的資金投入也較大，每年的灌溉通風以及間苗收運等相關工作耗費的資金較多，勞動強度較大，但生產效率較低，在規范化生產方面還有改善的空間。

二、將農業物聯網引入日光溫室中的必要性

（一）有效解決日光溫室在發展過程中遇到的問題

首先，農業物聯網的引入，能夠全面感知日光溫室在生產過程中的各種要素，并根據實際的生產情況對要素進行分析、傳輸，使其得到智能化的處理，從而切實提升日光溫室的資源利用效率，在一定程度上緩解人工成本過高帶來的經濟壓力。其次，農業物聯網，能夠對溫度、濕度、光照等一系列影響農作物生長發育的因素進行實時的監控，從而使農作物的品質得到提升。最后，農業物聯網還能夠監測果蔬的安全性，為人們能夠吃到新鮮、安全的果蔬提供技術支撐。

（二）農業物聯網本身推廣的需要

農業物聯網技術的研發成本較高，在一定程度上還受到推廣環境的限制，由于傳統農業在發展過程中獲取的利潤較低，許多農民在種植過程中很少考慮農業互聯網技術的引入。然而日光溫室產生的經濟效益較高，且環境相對優良，穩定性較強。顯然，為了滿足農業物聯網本身的推廣需求，將其應用到日光溫室中十分必要。在引入之后，農業物聯網會對日光溫室中農作物的生長發育起到促進作用，而日光溫室也會在一定程度上推動農業物聯網本身的發展，構成一個良性循環。

三、農業物聯網在日光溫室中的主要應用

（一）研發相應的農業生產設備

農業物聯網的發展在一定程度上會促進農業生產設備的研發，技術的研發應該遵循以下幾個原則：第一，農業生產設備在研發的過程中應該遵循自主研發的原則，應用獨立的智能模板，有效防止他人通過不正當行為仿制設備，從而延長應用的推廣期。第二，適當應用移動物聯網技術，農業在生產的過程中，與之相關的技術與設備也要實現無線化和移動化，提升便捷性，在研發過程中，研究人員可以將智能機電設備與智能監控系統進行整合，將其作為農業物聯網技術發展的一個主體。第三，在農業生產設備研發過程中，應該盡可能使用清潔無污染的材料，在設計時，需要尊重農民的實際需求，堅持為農民服務的人性化設計。第四，相關工作人員應該精細挑選，選擇性價比較高的材料，并自主研發配件，有效降低生產成本，從而使農戶容易接受。

（二）卷簾機無線控制系統的應用

根據調查顯示，許多日光溫室所采用的卷簾機仍然依靠人工操作，通過現場人工送電，實現卷簾機的升降，這種傳統的卷簾機升降方式存在安全隱患，且無論日光溫室中是否有勞動任務，控制卷簾機升降的工作人員都需要現場操控，浪費了大量的時間。用藍牙控制技術能夠實現對卷簾機的遠程控制，卷簾機無線控制系統還包括對日光溫室的溫度與濕度的檢測功能，并且將溫度與濕度定期傳遞、反饋給工作人員，在一定程度上提升了農業的自動化程度。卷簾機無線控制系統的應用打破了常規卷簾機耗時、耗力的瓶頸，這種基于無線組網遙控的卷簾機無線監控系統更加高效、節能、環保。

（三）應用于無線電動導航的“耕地——種植——運輸”一體化機械設備

這種利用無線電動導航的一體化設備借助了前置是歐美型四驅微耕機的一些技術參數，在主機參照耕寬、功率等方面保持不變，在此基礎上進一步研發，結合直流無刷電摩低速電機與48V20AH的鋰電池，從而在動力方面提升了清潔能源的占比，在操控方面融入了無線操控的方式，使得機械設備更加節能與高效。與此同時，“耕地——種植——運輸”一體化機械設備還在原有的基礎上加入了無級變速轉向裝置以及微型的攝像導航器，保證機械設備在運行過程中根據實際的地理環境進行自主調控，在沒有人工輔助操作的情況下保持直線行走的模式。

（四）應用于日光溫室內的主要環境無線檢測技術

1.溫度、濕度傳感器的應用

農作物在生長發育過程中對溫度與濕度極為敏感，將農作物生存環境控制在適宜農作物生長的范圍內，會在較大程度上促進農作物的生長。根據調查顯示，適宜農作物生長的濕度環境在一天內有所波動，即農作物對濕度的需求會隨著一天環境溫度的變化而改變。例如，在白天，農作物的空氣相對濕度需要維持在50%-60%，而到了夜晚，農作物的空氣相對濕度需要維持在80%-90%，才能夠促進農作物的生長。對濕度的檢測需要耗費一定的時間，利用物聯網技術，設計日光溫室內溫度與濕度的傳感器，能夠實現對空氣相對濕度的精準檢測，從而根據檢測的數據適當調整濕度范圍，始終保持農作物處于最適宜的生長環境中，從而保證農作物的快速生長。除此之外，日光溫室內的不同蔬菜對空氣的溫度要求不同，例如，辣椒適宜在較高溫的環境中生長，其發芽的溫度通常在30℃以上、45℃以下，而芹菜適宜在相對低溫的環境中生長，白天溫度最好控制在20℃左右，夜晚的溫度最好控制在15℃左右。可以利用物聯網技術設計溫度傳感器，對不同種植區域內的農作物溫度進行精準測量，從而及時調節溫度高低，維持農作物最適宜的生長溫度。

2.應用于無線光照強度傳感器

農作物的生長發育需要借助光合作用，根據調查，溫室內的農作物光合作用主要利用的是波長為400nm-500nm藍紫光、波長為60nm-700nm的紅橙光以及少量的遠紅外光，其波長在700nm-800nm之間。除此之外，農作物的生長發育還需要引入光補償點與光飽和點兩個相關的概念，不同農作物的光補償點不同，例如，番茄的光補償點為3000Lx，而辣椒的光補償點為1500Lx，不同農作物的光飽和點也不同，番茄的光飽和點為70000Lx，辣椒的光飽和點為30000Lx。波長、光補償點、光飽和點的測量，較為繁瑣，利用農業物聯網能夠設計光照強度的傳感器，減輕人工測量的負擔與壓力，提升測量的精準度，有效提升農作物生長發育的速率。

3.應用于無線二氧化碳濃度傳感器

二氧化碳濃度的高低也是影響農作物生長發育的主要因素。日光溫室內農作物光合作用主要利用的原料是二氧化碳，通常情況下，日光溫室內的農作物能夠在光照充足以及溫濕度適宜的條件下生長，這在一定程度上導致了二氧化碳濃度常常不能夠滿足農作物生長發育的需求，進而影響農作物的生長發育。因此，對日光溫室內的二氧化碳濃度含量進行監測，是十分必要的。根據調查顯示，日光溫室內蔬菜生長發育時期所需要的二氧化碳飽和濃度通常為1964mg·m-3，可以將農業物聯網應用于無線二氧化碳濃度傳感器，實現對日光溫室內無線二氧化碳濃度的有效監測，為農作物的生長發育提供更好地環境。

四、結束語

綜上所述，在日光溫室中，每一個日光溫室都有可能利用農業物聯網對其進行無線監控，利用無線傳感器網絡等，使其成為一個測量控制區，實現對溫室內農作物的綜合測控，主要包括對其溫度與濕度、光照強度與二氧化碳濃度的監控，為農作物的生長提供更好地環境。利用農業物聯網技術能夠在一定程度上提升農作物的產量，又可以切實提升農作物的品質，調節農作物生長周期，有效解決我國北方越冬新鮮蔬菜的供應問題，對促進我國農業經濟的發展具有較強的應用意義。