物联网技术在温室大棚中推广问题与对策研究

2022-03-18郑宁宁

山东农业工程学院学报 2022年6期

郑宁宁

（山东农业工程学院，山东济南 250100）

日光温室大棚是设施农业技术中的一种，利用大棚与外界的隔离保护作用，可以为农作物提供良好的生长环境，隔绝外界季节温度变化和恶劣气候环境对植物生长的不利影响，满足不同季节对各种农产品需求,提高农作物的产量和效益，在我国农村地区经济作物种植中已经形成了广泛的应用。

1999年美国麻省理工学院Auto-ID实验室提出了物联网框架和概念，近年来随着物联网技术的发展和应用范围的不断扩大，各种物联网技术和设备也不断的应用于温室大棚种植，通过各种传感器实时监测温室大棚内温度、湿度、光照、土壤水分等环境因子数据,使种植户可以实时掌握棚内环境的变化并可以通过电脑、手机等终端设备，远程调控湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、加温补光等设备,调节大棚内生长环境至适宜状态,实现科学监视、科学种植、减少种植户的工作量和劳动强度，提高农业综合效益[1]。

1 日光温室大棚涉及的物联网主要技术

日光温室大棚属于设施农业技术中的一种，应用在设施农业上的各类物联网技术，从系统集成角度来看，主要是通过在棚内设置各类传感器采集种植相关信息，通过信息传输网络汇总到信息监控软件系统中，通过软件系统的科学分析对农作物的种植提供决策参考，做出决策决定之后，再通过控制系统，远程操作大棚卷帘机、棚内喷淋器、水肥一体化设备等实现对大棚内部温湿度环境和土壤养分含量的调节，最终目的是为了实现棚内农作物的良好生长。从技术角度来看涉及到土壤学、作物学、气象学和信息技术等科学领域[2]，是多学科综合性应用。从技术角度来看，适用于温室大棚的物联网关键技术主要是棚内环境因素感知、信息传输、信息应用。

1.1 棚内环境因素感知技术

日光温室大棚内需要检测的农作物生长环境因素主要有温度、湿度、二氧化碳浓度、光照度、土壤养分和含水量等,每一种环境因素都具有相应传感器对其进行数据采集，主要使用的传感器有温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、光照强度传感器等来检测对应的环境因素数据；红外传感器和光谱传感器等来检测土壤养分含量和土壤水分含量[3]。

1.2 信息传输技术

日光温室大棚棚内温度和湿度都比较高，而且为了便于耕种，不适合使用有线方式来进行信息传输，因此在棚内信息传递主要使用无线传输技术。目前常用的无线传输设备有基于手机通信技术的GPRS、4G和新兴的5G技术；有基于无线通信技术的 Zig Bee网络、WiFi网络以及以STM32W108为核心芯片的设施农业ZigBee-WiFi无线网关,实现了Zig Bee与WiFi网络之间的数据互通[3,4]。

1.3 信息应用技术

信息应用主要是指将收集上来的日光温室大棚的环境因素感知数据进行分析处理的计算机信息处理系统，通过数据挖掘和知识发展,建立基于业务逻辑的管理控制策略和模型,最终实现对设施农业生产的具体管理措施[5]。信息应用的核心就是建立棚内环境因素数据模型，通过传感器采集到的的温度、湿度、光照强度等数据与预先建立的数据模型进行比对，从而形成智能控制信号或是指导后续农作物耕种的决策数据。

2 物联网技术在日光温室大棚普通种植户推广中遇到的问题原因分析

2.1 投入成本高

根据目前日光温室大棚涉及的物联网主要技术，在棚内使用物联网技术的主要投入包括各种传感器、网络传输设备、控制设备、信息处理软件和计算机等，每一种技术设备的价格都不低，动辄几万元甚至十几万元，加上后期设备维护、技术升级、设备更新等后续投入持续不断。对于进行科技展示、农业观光等经济实力比较雄厚的农业示范园区或农业种植企业来说，其大棚数量多，大棚之间的距离比较近，在每个日光温室大棚内只要布设传感器、网络传输设备、控制设备即可，信息处理软件和计算机投入一套就可以实现全园区控制，设备投入会随着实施棚数的增加而不断减少，大棚数量越多，产出效益越多，对设备成本稀疏越高[6]。但是，在我国农村应用日光温室大棚进行农作物种植的主要还是普通农户，他们在自己的耕种土地范围内建设日光温室大棚，进行蔬菜、瓜果等经济农作物种植，大棚数量少，大多是1-2个棚，在1-2个棚内实施所有的日光温室大棚物联网设备和软件，在原有建棚投入的基础上，又增加了额外的设备投入和后期维护投入，由于大棚个数少，其产量的提高和带来的收益无法体现出物联网技术实施后带来的优势。因此，日光温室大棚普通种植户基本不会选择使用物联网技术。

2.2 标准不统一

在日光温室大棚中使用的物联网技术和设备众多，虽然单个传感器、芯片、网络设备和软件设计技术都有其自身的技术标准，但是棚内物联网集成系统没有统一的标准。目前市场上不同的棚内物联网集成系统开发和制造厂家都使用不同的系统集成方式，而且不同厂家在进行系统集成时，基本上不考虑与其他厂家设备的兼容，从而形成了人为的厂家之间的技术壁垒。当普通种植户选择了其中一个厂家的设备之后，在后期维护和设备更换过程中，只能使用初期购买厂家的设备，而无法使用其他厂家的设备进行替换。而且当在使用过程中发现自己选择的厂家设备存在问题的时候，只能把先期购买的设备全套进行报废，再选择其他的厂家设备进行整体替换。因此标准的不统一也是物联网技术在日光温室大棚普通种植户中进行推广使用较低的原因之一。

2.3 技术要求高

互联网技术本身就涉及多门学科系统集成和综合应用。在日光温室大棚中使用物联网技术，要求种植户既要掌握农作物种植技术，又要掌握基本的信息技术。对于大型农业示范园区和农业种植企业来说，其企业内部有专业的技术人员。但是，目前在我国广大农村使用温温温室大棚进行农作物种植的种植户，大多是普通农民，而且当前我国农村常住人口老龄化问题比较严重，从事农业种植的农户年龄比较大，其受教育程度比较低，大多数种植户只有小学水平。他们的农作物种植主要依靠多年的种植经验，凭借经验对棚内农作物的种植与生长进行操作，对温湿度、土壤养分含量、二氧化碳含量等农作物生长科学化、指标化的影响因素没有概念。对于物联网技术涉及的信息、网络、数据处理等技术，更是没有任何的了解。让没有任何知识背景的普通种植户，使用物联网技术进行棚内农作物种植监控和管理，基本无法实现。由于自身知识水平低、学习能力弱，学习掌握物联网技术比较困难，造成日光温室大棚普通种植户在心理上不愿使用物联网技术。

3 物联网技术在日光温室大棚普通种植户进行推广的对策

3.1 突出政府引导作用

物联网技术在日光温室大棚普通种植户进行推广应用，不能只依靠种植户自身的投入，要突出各级政府和各级农业部门在技术推广中的引导作用。对于技术推广来说，政府引导最有效的方式，就是进行政策引导和经济投入。在政策引导上，鼓励分散的日光温室大棚平台种植户进行联合，形成农业种植合作社，以合作社进行土地区域置换，将温室大棚集中到成方连片的区域内，同时鼓励农业示范园区、农业企业、种植合作社与普通种植户签订联营合同，通过企业进行土地区域置换，将大棚种植散户迁移到相对集中的农田范围之内，形成大棚集约化管理。在资金投入上加大对棚内物联网设备购买的补贴力度，进一步简化农业部门对补贴的审批流程，保证补贴资金及时全额发放到种植户手中。对棚内物联网设备制造厂家减免一定的税收，使其产品的成本降低。进一步也可以采用提供无息贷款，引入社会资本购买服务等形式，进一步降低普通种植户购买物联网设备的经济压力，使其有能力购买物联网设备，并应用于温室大棚农作物种植监控和管理过程中。

3.2 强化技术培训和人才引进

对于普通种植户学历水平较低，种植技术和农业新技术掌握不强的问题，各级政府应持续加大对农民的培训力度，特别是新型农民培训，聘请农业专家对农民进行农业技术和物联网技术的针对性培训，提高大棚种植户的种植技术水平和物联网知识的掌握程度。同时，棚内物联网技术应用需要具备电子、计算机、农业种植等多方面知识的人才，这对物联网人才提出了更高的要求。企业、科研机构、高校相互合作，通过高校实验基地、企业培训相结合等方式，加强对科研人员进行知识技术培训，在物联网技术领域培养出复合型人才。各级农业推广技术站要开展常态化技术指导，农业技术员定期深入田间地头、日光温室大棚，现场对种植户在种植过程中和物联网设备使用过程中遇到的问题进行解答，通过讲座或宣传手册或视频资料等方式进行普及,提升对于物联网技术的认识。同时要提高技术人员服务意识、推广质量和后期维护服务能力的提，制定有效的考核机制，进一步提高技术人员的工作积极性和主观能动性[7]。

3.3 加快棚内物联网设备的标准化建设

目前，国内对日光温室大棚中使用的物联网技术设备的开发与研究已经取得了丰硕的成果，但是从发展的角度来说技术标准不统一是制约其发展的重要因素，国家应该对物联网技术应用于棚内农作物种植生产中，提出相应的行业标准制定,同时不同地域应结合当地农产品特点和所需生长或养殖环境采用顶层设计,鼓励技术企业对物联网技术的应用进行推广[8]。各个棚内物联网技术设备研究与开发企业，可以按照国家推出的统一标准进行系统设计与集成，提高物联网设备各个组成部分的模块化和通用化水平，提高设备和设备组件的兼容性，使得种植户在物联网设备实施之后的后期维护和硬件更新中，有更大的替换产品选择余地。同时，统一的标准也有利于提高市场竞争力，提高企业产品的质量，降低产品的价格，避免厂家通过人为制造技术壁垒，产生垄断和不正当的企业市场保护。