物聯網技術在日光溫室番茄生產中的應用

白亞利

（無極縣農業農村局 河北 無極 052460）

目前，中國有6 500 萬畝設施農業，主要生產蔬菜和水果，其產值相當于3 億畝大田種植，然而在設施農業方面的智能化和物聯網化程度普遍偏低。隨著物聯網、大數據、人工智能等信息技術的發展，農業發展也經歷了從傳統農業到現代農業再到數字化技術賦能的智慧農業幾個階段。物聯網技術在智慧農業中的應用，對提高種植技術、管理水平及生產效益，具有重要的意義。

1 日光溫室番茄生產現狀

日光溫室，是設施農業的一種，在我國主要分布在黃淮海區域和東北三省，全國蔬菜之鄉的壽光也主要采用日光溫室種植蔬菜。日光溫室耗能低，冬季不需加熱增溫，白天通過后墻體吸收太陽能并進行貯存，晚上放熱，室內始終維持相對穩定的溫度。通過人為控制環境條件，提升種植、管理水平，從而增加收益。

番茄是我國種植面積最大的蔬菜，通過日光溫室種植，其生長環境由人為控制，可延長番茄的生產周期和供應周期，實現了冬季吃番茄的愿望。

2 物聯網技術在日光溫室番茄生產中的作用

2.1 節省人力成本，提高生產效率。物聯網設備的應用，很大程度上可節省人力成本，提高生產效率。目前，應用于日光溫室的物聯網設備主要有環境感知采集設備(氣象監測站、光溫室環境監測儀、土壤墑情監測儀、土壤pH 值傳感器、土壤溫濕度傳感器、土壤EC 傳感器、蟲情測報燈)、智能環境控制設備(可視化放風機、卷簾機、水肥一體機、遮陽控制器等)、實時視頻監控設備等，所有的設備可通過智能終端(手機、平板等)應用進行遠程控制[1]。可視化放風機是日光溫室主要控制環境設備，已在壽光地區廣泛應用。①自動控溫：內置PID 算法，通過控制日光溫室的上下風口，實現精準控制溫濕度，達到在植物的不同生長周期，不同的生長條件下，每天不同時段的溫度控制，達到植物生長的最優化。②高清拍照：設備外接USB 攝像頭，支持UVC 協議，可現實植株生長情況可視化，為溫室托管、蔬菜溯源提供了數據基礎。③平臺監管：設備采集到的溫濕度參數上傳平臺，通過大數據分析，得出當前種植的最佳生長氣候，再通過設備進行控制，實現溫室種植的自動化、平臺化、智能化。④移動端實時檢測：設備各項運行情況、各項溫濕度、植株當前生長情況可視化，都可通過手機APP 來實時檢測和遙控。當室內溫度過高、過低、停電、電機工作異常時，通過中央控制器適時向手機發出報警，以便及時處理。⑤數據記錄功能：設備可本地存儲各項運行數據、溫濕度采集數據、自動控制數據、平臺控制和手動控制數據；存儲時間可長達半年。⑥簡易安裝：設備外殼為公司開模設計，采用標準的航插接口，可實現設備外接傳感器、電源、電機的插接；在室內安裝時，設備外殼自帶安裝孔，可通過抱箍、鐵絲等，降低了安裝難度；設備本身防水等級在IP65。

2.2 實時監測，科學管理。在番茄栽種到采收等各時期均需精準控制環境條件，隨物聯網和互聯網技術的融合發展，可遠程實時獲取溫室內的溫濕度、光照強度、土壤水分、土壤溫度、pH 值、EC 值和視頻數據，通過大數據分析和農業專家系統決策，自動控制溫室內卷簾、放風機、濕簾、補光燈、水肥一體機等設備，調節種植區內的環境參數至滿足其生產的最佳值；同時，可通過手機向用戶展示實時監控信息、推送告警，并接受終端對設備的遠程控制命令，從而實現溫室管理的智能化。通過手機遠程操控，智能放風機根據“數據—作物—管理”建立的作物模型進行自動化精準控制；補光燈基于光照監測實現自動控制，陰雨天也能做好光照控制，保證產量；水肥一體機根據土壤墑情自動灌溉。物聯網環境監測設備的使用為番茄種植提供數據支撐，可視化放風機和卷簾機、霧化機可改善溫室環境，利于提高種植技術。通過物聯網監測設備實時遠程獲取的溫室大棚內部環境因子數據通過網絡實時傳輸到平臺儲存并形成智能報表[2]，利于對大棚實時環境監測數據對比分析，從而提高種植技術，同時也為溫室環境的優化及新技術品質引進提供堅實的數據支撐。

2.3 極端環境和設備故障及時報警。不同作物不同生育時期所需最適宜的環境條件不同。根據壽光經驗和科學理論的結合，總結出適合當地作物生產的環境控制模型，包括不同生育時期最適宜的溫度、濕度、光照條件、土壤溫濕度、土壤EC 值、土壤pH 值、二氧化碳濃度等區間，其設備均可將環境條件自動調節至最適宜區間內。若通過現有設備無法調整作物生長的適宜區間，并超過系統設定的預警閾值后，則向種植戶實時發送報警信息，可及時采取干預措施，以便降低損失，尤其是悶棚和凍害引起的損失巨大[3]。另外對于設備故障也能及時提醒，如斷電、信號弱或其他故障，均能及時提醒用戶排除故障，將其損失降到最低，真正實現信息化、智能化管理。

2.4 精準解決痛點，切實提質增效。我國日光溫室的智能化和物聯網化程度偏低，利用日光溫室軟硬件一體化，用數據賦能農業，積極運用互聯網、物聯網、大數據、區塊鏈等新技術，利用AIoT 技術與農業生產技術深度融合，利用傳感器采集數據，挖掘“數據—作物—管理”之間的最優關系，建立基于機器學習和專家經驗的作物種植模型和數字大棚，實現溫室環境自動控制和科學管理。

智慧農業是農業發展的方向，通過信息化技術在設施農業上的應用，不僅省時省力，還幫助種植者高效、科學的進行生產管理，提高了作物產量，改善了作物品質，實現了降本增效、提質增收的目標。

3 基于物聯網技術的日光溫室種植番茄發展策略

通過物聯網設備實時采集數據，從棚體、水肥、植保、栽培等多個管理維度建立番茄作物模型，實現基于物聯網設備環境采集數據和作物模型的結合，通過大數據分析和農業專家系統決策，進一步控制溫室內智能化設備，調節種植區域內的環境參數至最佳值；在番茄生長發育的不同時期，通過物聯網傳感器實現環境數據實時查看、環境異常和設備故障異常報警，全面記錄數據并永久儲存，為農業科研工作者、政府部門提供歷史數據。

建議政府部門建立高標準設施農業基地，重點集成環境感知設備、環境控制設備、視頻監控設備、智能重點應用等物聯網和互聯網新技術新裝備的應用，提高科技水平和科學種植的投入，鼓勵引進日光溫室物聯網設備，提升日光溫室番茄種植水平，提高番茄產量和品質，增加農民收入。