农业物联网在日光温室中的应用

向茂红，车月英，濮小英

1.甘肃省高台县经济作物推广站；2.甘肃省高台县种子公司

农业物联网属于互联网在农业生产中的拓展与延伸，在农业生产过程中，我国已经结合国家物联网示范工程，并进一步开展了农业物联网的应用与示范，在此基础上将农业物联网应用于日光温室中，得到了较好的发展。近年来，人们越来越关注日光温室的建设进展，日光温室通过运用3s技术以及智能化的农机装备，在一定程度上实现了生产管理的精准化，这离不开农业物联网的帮助。

一、日光温室的发展现状

（一）我国日光温室的发展现状

我国利用日光温室培养农作物本质上属于设施农业，从设施农业的种类上进行大致划分，又可以分为设施种植和设施养殖两个大类，设施种植又可以详细划分为日光温室、连栋温室、冷棚和遮阳棚四大部分，本文主要以设施种植中的日光温室作为研究对象。根据新华网的有关报道，我国日光温室的推广面积约占设施种植面积的22%，其中，80%的日光温室建立在我国北方地区，且90%的面积被用于种植蔬菜。从以上数据可以看出，我国日光温室还有待继续发展，应朝着大型设施种植规模的方向发展。

日光温室是我国率先提出的农业领域的概念，其具有十分鲜明的中国化特征。日光温室在一定程度上响应了我国的可持续发展战略，通过利用太阳能，寒冷地区能够种植新鲜的水果与蔬菜，满足寒冷地区人们的生活需求，为人们的越冬提供更加坚实的物质保障。到目前为止，我国日光温室效益最高的是新疆地区的生产建设兵团，每个日光温室的种植面积可以达到0.043hm2,以种植辣椒、黄瓜等蔬菜为主，每年生产的各类蔬菜可以达到一吨，获得的利润也较大。日光温室，能够有效解决我国北方地区冬季蔬菜供应不足的问题，在一定程度上增加了农民的收入，促进了社会的稳定。因此，日光温室的建设十分有必要。

（二）日光温室在发展过程中遇到的问题

根据相关调查显示，我国的日光温室发展已经取得了一定的成效，日光温室在建设理念上也能够立足于全面发展，但在发展过程中也难免遇到一些问题。我国日光温室发展的历程较短，在装备研发与引进方面还有待提升，目前的一些机械设备都比较简单，自动化程度低，对人工有较强的依赖性，但是好在这些问题与矛盾都是非对抗性的，随着我国农业技术的不断发展，会得到一定的缓解与优化。除此之外，日光温室的资金投入也较大，每年的灌溉通风以及间苗收运等相关工作耗费的资金较多，劳动强度较大，但生产效率较低，在规范化生产方面还有改善的空间。

二、将农业物联网引入日光温室中的必要性

（一）有效解决日光温室在发展过程中遇到的问题

首先，农业物联网的引入，能够全面感知日光温室在生产过程中的各种要素，并根据实际的生产情况对要素进行分析、传输，使其得到智能化的处理，从而切实提升日光温室的资源利用效率，在一定程度上缓解人工成本过高带来的经济压力。其次，农业物联网，能够对温度、湿度、光照等一系列影响农作物生长发育的因素进行实时的监控，从而使农作物的品质得到提升。最后，农业物联网还能够监测果蔬的安全性，为人们能够吃到新鲜、安全的果蔬提供技术支撑。

（二）农业物联网本身推广的需要

农业物联网技术的研发成本较高，在一定程度上还受到推广环境的限制，由于传统农业在发展过程中获取的利润较低，许多农民在种植过程中很少考虑农业互联网技术的引入。然而日光温室产生的经济效益较高，且环境相对优良，稳定性较强。显然，为了满足农业物联网本身的推广需求，将其应用到日光温室中十分必要。在引入之后，农业物联网会对日光温室中农作物的生长发育起到促进作用，而日光温室也会在一定程度上推动农业物联网本身的发展，构成一个良性循环。

三、农业物联网在日光温室中的主要应用

（一）研发相应的农业生产设备

农业物联网的发展在一定程度上会促进农业生产设备的研发，技术的研发应该遵循以下几个原则：第一，农业生产设备在研发的过程中应该遵循自主研发的原则，应用独立的智能模板，有效防止他人通过不正当行为仿制设备，从而延长应用的推广期。第二，适当应用移动物联网技术，农业在生产的过程中，与之相关的技术与设备也要实现无线化和移动化，提升便捷性，在研发过程中，研究人员可以将智能机电设备与智能监控系统进行整合，将其作为农业物联网技术发展的一个主体。第三，在农业生产设备研发过程中，应该尽可能使用清洁无污染的材料，在设计时，需要尊重农民的实际需求，坚持为农民服务的人性化设计。第四，相关工作人员应该精细挑选，选择性价比较高的材料，并自主研发配件，有效降低生产成本，从而使农户容易接受。

（二）卷帘机无线控制系统的应用

根据调查显示，许多日光温室所采用的卷帘机仍然依靠人工操作，通过现场人工送电，实现卷帘机的升降，这种传统的卷帘机升降方式存在安全隐患，且无论日光温室中是否有劳动任务，控制卷帘机升降的工作人员都需要现场操控，浪费了大量的时间。用蓝牙控制技术能够实现对卷帘机的远程控制，卷帘机无线控制系统还包括对日光温室的温度与湿度的检测功能，并且将温度与湿度定期传递、反馈给工作人员，在一定程度上提升了农业的自动化程度。卷帘机无线控制系统的应用打破了常规卷帘机耗时、耗力的瓶颈，这种基于无线组网遥控的卷帘机无线监控系统更加高效、节能、环保。

（三）应用于无线电动导航的“耕地——种植——运输”一体化机械设备

这种利用无线电动导航的一体化设备借助了前置是欧美型四驱微耕机的一些技术参数，在主机参照耕宽、功率等方面保持不变，在此基础上进一步研发，结合直流无刷电摩低速电机与48V20AH的锂电池，从而在动力方面提升了清洁能源的占比，在操控方面融入了无线操控的方式，使得机械设备更加节能与高效。与此同时，“耕地——种植——运输”一体化机械设备还在原有的基础上加入了无级变速转向装置以及微型的摄像导航器，保证机械设备在运行过程中根据实际的地理环境进行自主调控，在没有人工辅助操作的情况下保持直线行走的模式。

（四）应用于日光温室内的主要环境无线检测技术

1.温度、湿度传感器的应用

农作物在生长发育过程中对温度与湿度极为敏感，将农作物生存环境控制在适宜农作物生长的范围内，会在较大程度上促进农作物的生长。根据调查显示，适宜农作物生长的湿度环境在一天内有所波动，即农作物对湿度的需求会随着一天环境温度的变化而改变。例如，在白天，农作物的空气相对湿度需要维持在50%-60%，而到了夜晚，农作物的空气相对湿度需要维持在80%-90%，才能够促进农作物的生长。对湿度的检测需要耗费一定的时间，利用物联网技术，设计日光温室内温度与湿度的传感器，能够实现对空气相对湿度的精准检测，从而根据检测的数据适当调整湿度范围，始终保持农作物处于最适宜的生长环境中，从而保证农作物的快速生长。除此之外，日光温室内的不同蔬菜对空气的温度要求不同，例如，辣椒适宜在较高温的环境中生长，其发芽的温度通常在30℃以上、45℃以下，而芹菜适宜在相对低温的环境中生长，白天温度最好控制在20℃左右，夜晚的温度最好控制在15℃左右。可以利用物联网技术设计温度传感器，对不同种植区域内的农作物温度进行精准测量，从而及时调节温度高低，维持农作物最适宜的生长温度。

2.应用于无线光照强度传感器

农作物的生长发育需要借助光合作用，根据调查，温室内的农作物光合作用主要利用的是波长为400nm-500nm蓝紫光、波长为60nm-700nm的红橙光以及少量的远红外光，其波长在700nm-800nm之间。除此之外，农作物的生长发育还需要引入光补偿点与光饱和点两个相关的概念，不同农作物的光补偿点不同，例如，番茄的光补偿点为3000Lx，而辣椒的光补偿点为1500Lx，不同农作物的光饱和点也不同，番茄的光饱和点为70000Lx，辣椒的光饱和点为30000Lx。波长、光补偿点、光饱和点的测量，较为繁琐，利用农业物联网能够设计光照强度的传感器，减轻人工测量的负担与压力，提升测量的精准度，有效提升农作物生长发育的速率。

3.应用于无线二氧化碳浓度传感器

二氧化碳浓度的高低也是影响农作物生长发育的主要因素。日光温室内农作物光合作用主要利用的原料是二氧化碳，通常情况下，日光温室内的农作物能够在光照充足以及温湿度适宜的条件下生长，这在一定程度上导致了二氧化碳浓度常常不能够满足农作物生长发育的需求，进而影响农作物的生长发育。因此，对日光温室内的二氧化碳浓度含量进行监测，是十分必要的。根据调查显示，日光温室内蔬菜生长发育时期所需要的二氧化碳饱和浓度通常为1964mg·m-3，可以将农业物联网应用于无线二氧化碳浓度传感器，实现对日光温室内无线二氧化碳浓度的有效监测，为农作物的生长发育提供更好地环境。

四、结束语

综上所述，在日光温室中，每一个日光温室都有可能利用农业物联网对其进行无线监控，利用无线传感器网络等，使其成为一个测量控制区，实现对温室内农作物的综合测控，主要包括对其温度与湿度、光照强度与二氧化碳浓度的监控，为农作物的生长提供更好地环境。利用农业物联网技术能够在一定程度上提升农作物的产量，又可以切实提升农作物的品质，调节农作物生长周期，有效解决我国北方越冬新鲜蔬菜的供应问题，对促进我国农业经济的发展具有较强的应用意义。