智慧农业技术在蔬菜大棚设计中的应用

占勇

（中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司 安徽省蚌埠市 233018）

引言

互联网、物联网等现代信息技术的快速发展和广泛应用，使得农业种植将会进入新的高级发展阶段，即智慧农业。智慧农业的兴起和发展，通过采用各种智慧技术改变了传统农业种植、灌溉、修整、施肥、喷药、采摘、销售等方式，使得农业生产精准化、智能化、自动化和便利化，实现了农产品增产增收、品质改善、降低成本的目标。蔬菜大棚是农业种植的一种典型方式，蔬菜的产量和品质直接关系到千家万户老百姓的菜篮子。因此，利用智慧技术建设蔬菜大棚，既能提高蔬菜产量和质量，又可以为智慧农业全面实施提供可参考的示范作用。

1 智慧农业技术概述

智慧农业是利用智能科学的理论、技术、方法和云计算、物联网、移动互联、大数据、自动化、智能化等技术手段，实现农业科研、生产过程、农业机械装备、经营管理、决策和服务等全流程、全生命周期的数字化、网络化、智能化、绿色化，各种农业资源与信息资源整合和优化利用，实现农信息流、资金流、物流、业务工作流的高度集成与融合的现代农业体系。智慧农业是信息化与农林牧渔业深度融合、具有创新力、生命力、竞争力和可持续发展的高度现代化的新型农业。从政策实践看，发展智慧农业作为农业现代化的探索，最早在2016年《“十三五”规划纲要》、“中央一号文件”中虽未明确有“智慧农业”提法，但也着重强调了要推进互联网、物联网、大数据和云计算，并结合现代农业、信息技术，推动农业全产业链改造和升级。直到2017年，中央就明确提出实施“智慧农业工程”。发展智慧农业，是为了解决“地怎么种”的问题，并提出“推进农业物联网试验示范和农业装备智能化”作为政策措施推动农业传统生产模式向智慧农业转型。农业装备智能化、农业生产信息化和农业管理便捷化成为政策实践过程中智慧农业发展的三个极为重要的方向。因此，智慧农业是传统农业向现代农业转型的过程和体现，依靠现代科技和信息技术在农业生产中深度融合，增益农业生产环节的科技集成，推动农业供给侧结构性改革。智慧农业克服了以家庭为单位的传统经营模式的弊端，优化了农业产业链，解决因农村劳动力流失、农业生产效率低下、农业风险和农产品质量安全问题等造成的农业生产困境。

2 智慧农业技术在蔬菜大棚中的应用

2.1 智慧蔬菜大棚的生产监控

在蔬菜生长的过程中，土壤的温度和湿度、空气的温度、湿度和含氧量、光照的强度等，每一个蔬菜生长得关键环节都能得到很好的监控。通过各类传感器适时监测，并能做到按照不同种类的蔬菜成长环境，及时调整相关参数，尽可能最优的满足蔬菜的健康成长。同时监控伴随着各种动作传感器，实现自动灌溉、施肥、除虫，在实施的过程中，还能形成影相用于储存，储存的资料可以后期用来对比分析，及时纠偏，用于不断改进和调整。通过视频图像与图像处理，既可直观反映一些蔬菜的生长长势，也可以侧面反映出蔬菜生长的整体状态及营养水平，从整体上给大棚提供更加科学的种植依据。

2.2 智慧蔬菜大棚的安全监管

通过工商执法等全监管部门，对蔬菜的物流仓储、生产加工、食品信息追溯和农机监测等一系列环节进行有效的安全监督管理，及时采集智慧大棚中蔬菜的各个环节信息，上传到智慧农业的数据中心进行存储、分析处理，确保智慧农业农产品的安全。提供基于GIS系统，可以定位跟踪农机车实时状态，并支持与作业员进行视频语音对讲；通过责任区工作划分，以及规定农机车行驶路线，从而达到最优的工作效率。

2.3 蔬菜与光电的完美结合，智慧再升级

蔬菜的生长离不开阳光，但是在生长得过程中，我们可以利用阳光积蓄更加优质、更加方便的电能，从而进一步服务于我们的智慧农业大棚，这就是一种双赢的模式。多余的发电量通过光伏并网系统，再创造更多的利润，从而使得智慧的再升级，智慧再盈利。在大棚的建设过程中，通过屋面铺设碲化镉太阳能电池板、铜铟镓硒电池板、单晶硅电池等多元化、多样化的电池组件，最终实现光伏发电和光伏并网，即满足了大棚用电需求、产生发电效益，还有效地缓解人地矛盾，是绿色农业生产的新途径。并且直接响应了国家光伏扶贫的号召。

2.4 智慧蔬菜大棚的产品溯源

智慧农业应用系统综合运用了多种网络技术、条码识别等前沿技术，实现了对蔬菜生产、流通过程的信息管理和蔬菜品质量的追溯管理、蔬菜生产档案（产地环境、生产流程、质量检测）管理、条形码标签设计和打印、基于网站和手机短信平台的质量安全溯源等功能，并且能够实现网站、POS机、短信和电话号码于一体的多终端蔬菜质量追溯。

2.5 农业资本化

市场经济条件下，产业联动的实质是资本联动；现代智能技术和人才都依附于资本，没有资本支撑的智慧农业是无本之水。小农户和现代农业的衔接，表征是现代智能技术的应用、新型农业经营主体的成长，以及土地的流转与适度规模经营和农业社会化服务体系的完善，而资本的流动与支撑则是其应用、成长和完善的基础。智慧农业背景下，小农户的转型路向在于依靠资本力量，借助现代智能技术完成农业整个产业链条的迭代更新。城乡二元经济社会结构一方面有历史制度渊源，另一方面也在于资本隔离农业所致。通过城乡统筹和国家监管，以现有城市信贷和农村小规模借贷为基础，优化农村资本市场，鼓励农户自愿以土地承包权和宅基地使用权等多种抵押信贷形式，形成农业资本的集聚；农业资本化将取代农业生产对家庭成员的依赖，成为与工业生产类似的产业化农业。

2.6 智慧蔬菜大棚移动执法

智慧蔬菜移动执法通过监督人员现场监督执法利用移动硬件终端对蔬菜数据进行采集，并且将数据上传到农业信息化数据交换等数个平台系统，打造全面覆盖的蔬菜流通生产、经营和使用监管信息服务网络。同时与上级监管部门、同级相关部门实现数据交换，形成“上下联通、左右互动”的信息体系，动态跟踪日常经营过程，主动发现假冒伪劣蔬菜产品，实现蔬菜质量安全的全程追溯，提高移动执法的便捷性。

2.7 智慧蔬菜大棚电商平台

智慧蔬菜电子商务平台作为第三方服务平台，免收平台使用费，并为上线的诚信农户商家免费提供蔬菜科技咨询辅导、物联网智慧蔬菜技术服务，对蔬菜的原产地、生产过程等进行监督指导，确保全部交易产品能够追踪溯源。

3 智慧农业技术的实际应用案例

3.1 项目概况

国内北方某市产业园智慧农业大棚，占地约1500亩，分为两期建设，一期工程投资2亿元，占地100亩。该项目综合了中荷两家甲级设计院的智慧结晶，综合设计了智慧种植、智慧加工、智慧物流和智慧研发四大先进的科技平台。采用了三新标准，能够规范化、流水式生产各类绿色农产品，创造了当代中国智慧农业的多个第一。配置了荷兰最先进的自动化控制系统，定植品种有四大类七个品种，主要包括粉凯果番茄、红果番茄、樱桃番茄、鸡尾酒番茄。各类番茄的产量和销售收入均具国内领先水平。将荷兰的先进设计理论带进国内，又不生搬硬套，而是结合当地的资源环境，优化整合，合理改进设计思路，实现了智慧工业和智慧农业的有机结合。

在建设的过程中，该项目还依托国内某大型综合设计研究院的项目总承包建设管理的丰富经验，将工程建设领域积累的宝贵经验用在了项目的最基础、最根本的大棚主体结构建设上，从而从源头上、从细节上多个方面保证了项目建设质量的可靠性。

3.2 技术特点

本项目因位于我国北部城市，该地区的气候特点是冬天非常寒冷，气温经常下降到零下30℃。因此，温室建设必须能够承受大雪载。项目设计和建设团队的专业性确保提供合适的设备来创建和保持西红柿生产的最优生长气候，即使可能在极端天气条件下也是如此。业主方非常满意产品的质量和项目管理团队在建设阶段采用的方法，尽管时常会面临极端的气候条件。

本项目另一个显著特点就是采用了国际先进的铜铟镓硒太阳能电池板供电和市电供电相结合的方式，并做到了智能监控和智能图显。铜铟镓硒的高转换率在屋面大面积太阳能电池组件上表现得尤为明显，特别是国内的这家设计院整合了德国的先进技术，并在此基础上进行了创新，将铜铟镓硒的转换率进一步提高，从而使得屋面发电量大大增加，让农业的智慧转换为实实在在的经济效益。

本项目余下的技术特点还有：

（1）发芽室地下供暖。

（2）水仓存储。

（3）重用和净化水。

（4）智能喷雾器。

（5）昆虫遮蔽幕帘，有效限制疾病传染。

（6）昆虫闸。

3．3 技术挑战

除了气候条件困难，项目还面临温室西红柿生产的各种技术挑战。因为该地区的天然气资源匮乏，燃煤供暖是最好的选择。燃煤供暖涉及高压下燃煤尘，最小化烟尘粒子生产，提高燃烧率。天然气供暖系统中，通常是从天然气燃烧过程中的排放物中提取二氧化碳。由于在该地区没有充足的天然气供应，本项目利用柴油动力锅炉生产二氧化碳。其中的废热在温室中得到重用。

4 结语

综上所述，近年来，我国逐渐进入到大数据时代，人工智能、云计算、物联网和移动互联网技术的不断发展和成熟，智慧农业将转变传统农业的方式，实现农业种植精准化、加工可视化、销售电商化、管理智能化、服务社会化等智能管理。智慧农业技术在蔬菜大棚中的应用设计为智慧农业提供了一个鲜明、生动的智能化案例，为智慧农业的方案设计提供了较好的参考价值。