智慧设施农业中控制系统的研究进展

随着科学技术的发展，农业的发展越来越趋于信息化、现代化，智慧农业是未来农业发展的必然趋势。温室控制系统是智慧设施农业的核心，是实现设施农业规模化发展、集约化生产的关键。本研究综述了温室控制相关研究进展，以期在今后的研究中起到一定的作用。温室控制系统自20世纪70年代发展至今越来越成熟，本研究对比了温室控制系统的控制算法、主控芯片、各种传感器，通过对近些年来包括控制系统在内的感知层、传输层和应用层等组成部分综述，并介绍了市面上比较主流的传感器、网络传输技术以及主控芯片，旨在为温室控制系统的设计提供一种可选择的方案，并对温室设施农业中存在的问题和未来的发展方向进行了分析和展望。     

日光节能温室卷帘机定位关键技术研究

日光节能温室是我国北方地区农作物冬季实现增产的关键措施之一,其中卷帘机的升降、天窗放风是实现其内部环境调控的重要措施,也是日常管理工作的主要内容。当前卷帘机的操作主要是人工操作,劳动强度大、费时费力且农作物不能及时得到有效合理的光照。卷帘机定位关键技术作为日光温室自动化控制系统的一个组成单元,通过研究利用角度传感器记录卷帘机运行位置的方法,提出了卷帘机运动位置控制模型,解决了日光温室模糊控制系统对卷帘机位置精准测量与控制的问题,为日光节能温室的产业化发展提供了科学的技术支撑。     

数控温室下红花槭的嫩枝扦插技术

红花槭为不易扦插成活的树种,其扦插对环境、插穗的木质化程度等条件要求较高。该研究利用温室自动化控制系统,通过温室环境信息与温室决策控制系统的嵌合,实现对空气湿度、温度、光照强度的控制,以提高红花槭的嫩枝扦插成活率。结果表明,红花槭的扦插深度以5 cm生根效果最好。8月下旬,红花槭插穗生根率最高,达82.3%,5月次之。生根效果以基质含水量为65%、80%的处理最高,扦插后期,应适当降低基质水分。红花槭嫩枝以100 mg/LABT1#或200 mg/LNAA浸泡6 h为最佳。试验结果可以直接指导红花槭温室规模化生产。     

无人机值守温室大棚 智慧农业请来“科技帮手”

<正>温室大棚内,无人机在空中盘旋喷药,并适时将温室内的湿度、温度、光照情况,通过传感器传输到农场主手机当中。温室内何时需要加热升温,何时需要浇水灌溉,有无病虫害,农场主一目了然……近日,在吉林省长春市双阳区一个家庭农场内,由长春斯纳欧软件有限公司为其升级改造的"无人机大棚值守"项目,让农场主感受到了什么才是真正的"智慧农业"。据长春斯纳欧软件有限公司研发总监孔德营介绍,这个看上去有些"高大上"的项目并不复杂。以这个项目为     

结露与温室管理

温室大棚是一个相对封闭的植物种植环境，不容易与外界进行气体交换，尤其是到了冬季，出于保暖的需要，会尽量减少通风时间和次数以避免温室内气温下降。因此温室内空气湿度大、容易结露的情况成为冬季温室管理者经常碰到的难题。     

温室环境控制系统的发展

本文详细介绍了国内外温室环境控制系统在软硬件设计、控制策略、节能方面的研究进展。指出应优化控制系统性能,将专家系统、遗传算法和模糊神经网络等多种控制算法和仿真预测相结合,并采取各种控制措施,以减少调控所需的能源消耗,提高能源的利用率,为植物创造最优的生长环境,促进设施农业的全面发展。     

栽有黄瓜的Venlo型玻璃温室夏季环境变化规律的研究

研究栽有黄瓜的Venlo型玻璃温室内外环境因子之间的相互影响。以栽有黄瓜的Venlo型两连栋玻璃温室为对象,利用温室控制系统自动记录、保存夏季温室内外温度、湿度、光照的数据。通过分析记录的环境数据,晴天时：室内外温度最大值相差幅度18.97%;相对湿度相差39.6%;阴天时：室内外温度最大值相差幅度15.68%;相对湿度相差35.9%。在晴天和阴天时室内外的光照的差值没有显著差异,这主要是由于覆盖材料决定光照的透射率。研究结果可以为栽有黄瓜的Venlo型玻璃温室环境优化调控提供理论基础和决策支持。     

基于WEB和RS-485总线的分布式远程环境监控系统的实现

提出了一种针对温室环境监测的基于WEB的数据采集和信息发布系统设计方案,并从软、硬件的角度详细介绍了系统的实现方法。该系统应用MS VB.NET开发工具,采用ASP.NET 技术规范,构建了B/S（Browser/Server）模式下的远程监控系统。硬件系统通过RS-485总线与数字传感器连接,并与具有联网功能的PC监控计算机构成温室现场监控系统。该系统不仅能够通过Internet远程浏览访问温室现场数据,而且能对系统运行参数进行远程修改和设置。该系统不仅可以实现对温室环境的异地和远距离数据监控管理,而且也可应用于农业的其它领域。     

日光温室冬季环境因子变化关系研究

在日光温室冬季栽培条件下,利用温室智能监控系统,自动监测记录温室内外空气温度、光照强度、空气湿度,温室内CO_2浓度、土壤温度、土壤水分,研究各环境因子日变化规律及温室内环境因子与外界环境因子关系。结果表明,温室内外各环境因子间日变化联系紧密;除土壤温度和土壤水分外,其他各环境因子彼此之间都具有极显著相关性;温室内外光照、温室内外温度彼此之间呈极显著正相关,曲线呈不规则的"n"形,并与温室内外湿度、温室内CO_2浓度呈极显著负相关,日变化呈不规则的"u"形;土壤水分日变化较小,有一个趋同土壤温度变化的微弱变化;温室内环境变化与温室外环境变化联系紧密,温室内温度变化是温室外温光条件共同影响的结果,土壤温度受外界环境温度影响最大,温室内光照与温室外光照紧密联系。     

日光温室微环境变化对盆栽花卉基质影响的研究

研究温室环境指标,提高温室光温性能及作物对环境的适应性,对推动北方日光温室的发展有着极其重要的意义。该试验研究了不同类型日光温室环境变化规律以及与盆栽花卉基质的相关性,结果表明,单、双层膜日光节能温室内温度、光照强度随室外温度和光照强度的升高而不同程度地升高,但最高温度和光照强度出现在同一时间。人为管理措施可改变温室内的温度和光照强度变化程度,双层膜温室内的温度和光照较单层膜温室更趋于平稳。盆栽基质温度、水分受温室微环境的影响,单双层膜日光节能温室内基质升温速度和降温速度均小于温室外的升降温速度。基质温度、水分蒸发量随室内温度、光照的升高而升高,无论是植株还是盆栽基质均是12时至18时的蒸发量最大。     

不同棚室内秋延后种植沙窝萝卜品质鉴定

为了科学选择适宜秋延后种植“沙窝萝卜”的温室,对2016-2017年不同类型温室内种植的“沙窝萝卜”样品进行品质鉴定,分别测定其长度、直径、重量、可溶性固形物、还原性VC、干物质、硬度等指标。结果表明：从长度、直径、重量、可溶性固形物及硬度指标上来说,冷棚内“沙窝萝卜”质量优于暖棚内“沙窝萝卜”；在冷库中储存一周以上,冷棚内样品中的还原性VC含量高于暖棚内样品；冷棚内“沙窝萝卜”的水分含量流失速度低于暖棚内“沙窝萝卜”。因此,从“沙窝萝卜”的品质上看,冷棚较暖棚更适宜秋延后种植“沙窝萝卜”。     

温室葡萄生育期管理及气象条件分析

通过对2012—2014年在民勤县中陶村葡萄温室大棚内安装的小气候观测仪,运用温室内的温度观测资料以及同期气象观测资料,分析了适宜温室葡萄生产管理措施、覆膜期温室内、外温度的变化及灾害天气对温室作物的影响。结果表明：温室内温度明显高于温室外温度,温室内、外温度具有相同的变化趋势,且温室内温度随温室外温度的变化而变化。晴天、多云天、阴天温室内、外温度变化有所不同,晴天日变化比多云天和阴天明显得多。适宜的温室内温度对葡萄的生长发育较为有利,温室内温度太高或太低及其灾害性天气对葡萄生长发育有明显的不利影响,并提出了温室葡萄灾害天气的防御措施。通过分析将为温室安全生产提供一定的技术指导,进一步提升了气象为特色农业服务的能力和水平,对地方经济和社会的发展有着重要的现实意义。     

宁夏灌区日光温室内气温变化规律与最低气温预测模式

为了提高日光温室的气象服务水平和能力,利用引黄灌区的日光温室内气温和当地气象台站的常规气象观测资料,开展了温室内气温的变化特征和温室内最低气温预测方法研究。结果表明,不同天气条件下的温室内气温日变化规律存在明显差异;温室内的日最高气温时间分布较为集中,主要出现在每日的12:00—15:00,而日最低气温主要出现在每日的7:00—9:00;温室内、外的最低气温呈现明显的线性关系,据此建立了温室内最低气温的线性回归方程,历史回代检验表明方程的预报绝对误差绝大多数在3℃以内,精度较好。研究结果可为温室的气象保障服务提供技术支持。     

双屋面日光温室的结构设计和温光性能分析

为了提高日光温室保温蓄热能力和土地利用率,在普通日光温室基础上进行结构优化,建成了双屋面日光温室,并对其温光性能及土地利用率进行比较。结果表明：阳屋面日光温室在冬季最冷的1月份保温性能和蓄热性能明显优于普通日光温室,为喜温果菜的越冬安全生产提供了设施保障。双屋面日光温室的土地利用率提高到85%以上。阳屋面日光温室主要用于蔬菜越冬和春提前生产,阴屋面日光温室适于早春叶菜类和茄果类越夏连秋生产。     

基于价值链的温室蔬菜工厂化生产作业成本法分析

为获得温室蔬菜工厂化生产价值作业准确的成本信息,将价值链理论和作业成本法引入温室成本管理研究。在温室活动成本链基础上,结合温室蔬菜农艺特征,进行温室作业中心、作业动因设计,分别对浙江省临安市2017－2018年秋冬茬温室套种菜豆、甘蓝和茼蒿3种蔬菜的作业成本归集、作业成本分配率、作业成本分配额、产品成本进行计算和分析。结果显示,作业成本法与传统成本法比较,菜豆、甘蓝和茼蒿这3种蔬菜的扭曲额分别为0.04、-0.43和0.53,差异率分别达到3.33%、-18.14%和30.11%。此方法有助于识别温室价值链中的“价值作业”,能够较为精确的衡量作业所消耗的成本,可当作一种温室农业的成本核算方法来使用。该研究对温室成本管理从粗放型向精益化转变进行有益探索。     

大樱桃大棚小气候特征分析及预报

为了研究大樱桃种植大棚内的小气候变化规律,为更好地开展大樱桃特色农业气象服务,笔者于2012—2014年在山东省临朐县开展了大樱桃大棚小气候观测试验,通过与外界气象条件对比,分析了大棚内小气候特征,并建立了大棚内小气候预报方程。结果表明,在观测期内,大棚内日平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度均较棚外高;大棚内气温的最高值、相对湿度的最小值均出现在午后时段,大棚内最低气温和最大相对湿度一般都出现在早晨;晴天时,棚内气温、相对湿度的日较差最大,阴天时最小。大棚内小气候与大棚外当天及前一天的诸多气象因子相关关系显著。对大棚内小气候预报方程进行了检验,温度预报误差大部分在2℃以内,最小相对湿度预报误差大部分在10%以内,预报效果较好。     

三连栋日光温室温度场分布及应用

针对冀中南地区冬季雾霾天气严重,日光温室不能充分发挥其应有的保温功能,设计建造了三连栋日光温室,为进一步验证其性能,应用MATLAB软件对三连栋日光温室进行二维温度场的拟合和图像绘制。结果表明：00:23三连栋日光温室的温度为8日>9日>10日;06:23为温室一天的最低温度,10日的06:23为3天最低温度;12:23为多云~阴的8日温室的最高温度,14:23为阴~晴的9日温室的最高温度,12:23—14:23为晴天的10日温室的最高温度,3天温室最高温均能达到30℃,16:23温度下降较快。多云~阴的8日、阴~晴的9日09:23—10:23依次从温室的北、中、南栋的上中部开始升温,16:23先从温室下部开始降温;晴天的10日09:23—10:23依次从温室的南、中、北栋开始升温,16:23依次从温室的北、中、南栋开始降温。在温室温度最低时或最高时,北栋北后侧中下部区域为温度的最高点或最低点。8—10日09:23与18:23(15~20℃)、08:23与20:23(10~15℃)温室温度各栋之间及各区域基本相同。同一天内温室地温中栋最高,地温白天北栋最低、夜间南栋最低;10日夜间南栋地温最低,最低地温13℃,白天中栋地温最高,最高地温22℃。光照强度9日<8日<10日。三连栋日光温室在2月中旬喜温果菜类即可定植,较单膜塑料大棚提早定植25~30天,同时又规避了冬季低温阴雪雾霾天气出现频次高的时段,三连栋日光温室优势明显。     

中国温室环境控制研究进展

设施农业是现代农业发展主要方向,但中国设施温室环境控制起步晚,技术相对落后,控制效果差。农业温室智能控制是现阶段设施农业种植与农业生产的关键部分,是中国能够有效提高农作物生产率,保证农作物品质的重要工具。为了促进中国设施农业温室大棚智能控制技术的快速发展,推动设施农业领域的技术进步,本文总结了国内外设施温室发展状况及温室环境控制技术的发展历程,分析了不同时期的温室环境控制特点,提出了中国温室环境控制技术的不足之处,展望了设施农业温室大棚智能控制技术的发展方向。     

不同年型下日光温室内小气候差异

为了研究不同年型下日光温室内小气候的差异及对蔬菜生长发育需要的满足情况,实现对日光温室有目的地科学管理,笔者基于偏暖年型和偏冷年型下日光温室内小气候资料,结合黄瓜生长发育所需要的气象条件,对比分析2种年型下日光温室内在温度、光照和空气相对湿度方面的差异。结果表明,偏暖年型下日光温室内的适宜温度出现的时间较长,日照相对充足,但发生热害的风险更大,温室管理应重点预防热害;偏冷年型下日光温室内的热量远不能满足黄瓜生长发育需要,尤其是冬季,存在发生冷害或冻害的风险,温室管理应以预防低温冷害或冻害为重点。