物联网技术在日光温室番茄生产中的应用

白亚利

（无极县农业农村局 河北 无极 052460）

目前，中国有6 500 万亩设施农业，主要生产蔬菜和水果，其产值相当于3 亿亩大田种植，然而在设施农业方面的智能化和物联网化程度普遍偏低。随着物联网、大数据、人工智能等信息技术的发展，农业发展也经历了从传统农业到现代农业再到数字化技术赋能的智慧农业几个阶段。物联网技术在智慧农业中的应用，对提高种植技术、管理水平及生产效益，具有重要的意义。

1 日光温室番茄生产现状

日光温室，是设施农业的一种，在我国主要分布在黄淮海区域和东北三省，全国蔬菜之乡的寿光也主要采用日光温室种植蔬菜。日光温室耗能低，冬季不需加热增温，白天通过后墙体吸收太阳能并进行贮存，晚上放热，室内始终维持相对稳定的温度。通过人为控制环境条件，提升种植、管理水平，从而增加收益。

番茄是我国种植面积最大的蔬菜，通过日光温室种植，其生长环境由人为控制，可延长番茄的生产周期和供应周期，实现了冬季吃番茄的愿望。

2 物联网技术在日光温室番茄生产中的作用

2.1 节省人力成本，提高生产效率。物联网设备的应用，很大程度上可节省人力成本，提高生产效率。目前，应用于日光温室的物联网设备主要有环境感知采集设备(气象监测站、光温室环境监测仪、土壤墒情监测仪、土壤pH 值传感器、土壤温湿度传感器、土壤EC 传感器、虫情测报灯)、智能环境控制设备(可视化放风机、卷帘机、水肥一体机、遮阳控制器等)、实时视频监控设备等，所有的设备可通过智能终端(手机、平板等)应用进行远程控制[1]。可视化放风机是日光温室主要控制环境设备，已在寿光地区广泛应用。①自动控温：内置PID 算法，通过控制日光温室的上下风口，实现精准控制温湿度，达到在植物的不同生长周期，不同的生长条件下，每天不同时段的温度控制，达到植物生长的最优化。②高清拍照：设备外接USB 摄像头，支持UVC 协议，可现实植株生长情况可视化，为温室托管、蔬菜溯源提供了数据基础。③平台监管：设备采集到的温湿度参数上传平台，通过大数据分析，得出当前种植的最佳生长气候，再通过设备进行控制，实现温室种植的自动化、平台化、智能化。④移动端实时检测：设备各项运行情况、各项温湿度、植株当前生长情况可视化，都可通过手机APP 来实时检测和遥控。当室内温度过高、过低、停电、电机工作异常时，通过中央控制器适时向手机发出报警，以便及时处理。⑤数据记录功能：设备可本地存储各项运行数据、温湿度采集数据、自动控制数据、平台控制和手动控制数据；存储时间可长达半年。⑥简易安装：设备外壳为公司开模设计，采用标准的航插接口，可实现设备外接传感器、电源、电机的插接；在室内安装时，设备外壳自带安装孔，可通过抱箍、铁丝等，降低了安装难度；设备本身防水等级在IP65。

2.2 实时监测，科学管理。在番茄栽种到采收等各时期均需精准控制环境条件，随物联网和互联网技术的融合发展，可远程实时获取温室内的温湿度、光照强度、土壤水分、土壤温度、pH 值、EC 值和视频数据，通过大数据分析和农业专家系统决策，自动控制温室内卷帘、放风机、湿帘、补光灯、水肥一体机等设备，调节种植区内的环境参数至满足其生产的最佳值；同时，可通过手机向用户展示实时监控信息、推送告警，并接受终端对设备的远程控制命令，从而实现温室管理的智能化。通过手机远程操控，智能放风机根据“数据—作物—管理”建立的作物模型进行自动化精准控制；补光灯基于光照监测实现自动控制，阴雨天也能做好光照控制，保证产量；水肥一体机根据土壤墒情自动灌溉。物联网环境监测设备的使用为番茄种植提供数据支撑，可视化放风机和卷帘机、雾化机可改善温室环境，利于提高种植技术。通过物联网监测设备实时远程获取的温室大棚内部环境因子数据通过网络实时传输到平台储存并形成智能报表[2]，利于对大棚实时环境监测数据对比分析，从而提高种植技术，同时也为温室环境的优化及新技术品质引进提供坚实的数据支撑。

2.3 极端环境和设备故障及时报警。不同作物不同生育时期所需最适宜的环境条件不同。根据寿光经验和科学理论的结合，总结出适合当地作物生产的环境控制模型，包括不同生育时期最适宜的温度、湿度、光照条件、土壤温湿度、土壤EC 值、土壤pH 值、二氧化碳浓度等区间，其设备均可将环境条件自动调节至最适宜区间内。若通过现有设备无法调整作物生长的适宜区间，并超过系统设定的预警阈值后，则向种植户实时发送报警信息，可及时采取干预措施，以便降低损失，尤其是闷棚和冻害引起的损失巨大[3]。另外对于设备故障也能及时提醒，如断电、信号弱或其他故障，均能及时提醒用户排除故障，将其损失降到最低，真正实现信息化、智能化管理。

2.4 精准解决痛点，切实提质增效。我国日光温室的智能化和物联网化程度偏低，利用日光温室软硬件一体化，用数据赋能农业，积极运用互联网、物联网、大数据、区块链等新技术，利用AIoT 技术与农业生产技术深度融合，利用传感器采集数据，挖掘“数据—作物—管理”之间的最优关系，建立基于机器学习和专家经验的作物种植模型和数字大棚，实现温室环境自动控制和科学管理。

智慧农业是农业发展的方向，通过信息化技术在设施农业上的应用，不仅省时省力，还帮助种植者高效、科学的进行生产管理，提高了作物产量，改善了作物品质，实现了降本增效、提质增收的目标。

3 基于物联网技术的日光温室种植番茄发展策略

通过物联网设备实时采集数据，从棚体、水肥、植保、栽培等多个管理维度建立番茄作物模型，实现基于物联网设备环境采集数据和作物模型的结合，通过大数据分析和农业专家系统决策，进一步控制温室内智能化设备，调节种植区域内的环境参数至最佳值；在番茄生长发育的不同时期，通过物联网传感器实现环境数据实时查看、环境异常和设备故障异常报警，全面记录数据并永久储存，为农业科研工作者、政府部门提供历史数据。

建议政府部门建立高标准设施农业基地，重点集成环境感知设备、环境控制设备、视频监控设备、智能重点应用等物联网和互联网新技术新装备的应用，提高科技水平和科学种植的投入，鼓励引进日光温室物联网设备，提升日光温室番茄种植水平，提高番茄产量和品质，增加农民收入。