物联网智能农业大棚项目研究

摘　要：摘要：本文从市场发展、技术发展入手对基于物联网技术的智能农业大棚项目进行了分析研究，阐明该项目的操作可行性。

关键词：关键词：物联网；农业信息化

中图分类号：TP18   文献标识码：A     文章编号：
    1.背景资料
    据悉，蔬菜大棚种植形式在蔬菜种植产业中发展迅猛，为蔬菜种植户带来了可观的经济效益，但是大棚本身有着较繁琐的构建工序，所需原材料从钢筋、水泥支撑、塑料、草毡、拉棚和放棚的自动化装置等等，加上建造劳动力投入，所需要的成本往往高达十余万元。因此，蔬菜大棚在建造以后，如何在最短时间内实现最大的经济效益，以尽快的缩短成本回收周期，就成为大棚从业人员不得不考虑的问题。这其中如何保证大棚蔬菜的成长质量，也就成为了影响经济效益的关键因素。
     在现代蔬菜大棚种植技术中，光照、温度、湿度、二氧化碳浓度可谓是大棚蔬菜能否茁壮生长或者说是高产高质的四要素。而且光照、温度、湿度、二氧化碳浓度四要素是不可分割的有机整体，彼此相互依赖而又相互制约，合理配置四者之间的关系，控制好各自的用量及其排放，不仅有利于节约肥料，优化资源配置，同时有利于保持土壤养分不至于快速流失。配置不好，则农作物会出现生病甚至坏死现象。因此对于蔬菜大棚中光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等的监控就成为了影响农民收益的重要因素。
    常规的蔬菜大棚设施比较陈旧，光照、温度、湿度、二氧化碳浓度的采集方式相对落后。比如温度的采集，在相当地区依然采用煤油温度计，费时费力，不利于大棚产量的提高和生产规模的扩大。而对于光照、温度、湿度、二氧化碳浓度的控制更是有赖于人工调整，依赖于人工作业对湿度和二氧化碳浓度监控和管理，往往造成监管的不到位。为此，如何引入信息技术和自动化控制设备，建立起蔬菜大棚的智能监控系统，对棚内的温度、湿度、二氧化碳浓度进行有效的监控和管理，已成为当前新农村建设的重要课题。
    所谓“智能大棚”，是指将智能化控制系统应用到大棚种植上，利用最先进的生物模拟技术，模拟出最适合棚内植物生长的环境，采用温度、湿度、CO2、光照度传感器等感知大棚的各项环境指标，并通过数据采集分析，对棚内的水帘、风机、遮阳板等设施实施监控，从而改变大棚内部的生物生长环境。比较人工的控制来说，智能控制最大的好处就是能够创建相对恒定的控制大棚内部的环境，对于环境要求比较高的植物来说，更能避免因为人为因素而造成生产损失。将智能化控制系统应用到大棚生产以后，产量与质量比人工控制的大棚都会有极大的提高，可极大的降低劳动力成本。
    技术方案
    智能农业大棚系统可分为大棚现场、采集传输、业务平台和终端展现四层架构。其中：
    大棚现场主要负责大棚内部环境参数的采集和控制设备的执行，采集的数据主要包括农业生产所需的光照、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分等数值。
    传感器的数据上传可根据现场情况选择有线或者无线模式，上传至中心节点，中心节点再经过边缘网关将传感器数据、控制指令封装并发送到系统业务平台。农户可通过有线网络/无线网络访问系统业务平台，实时监测大棚现场的传感器参数，控制大棚现场的相关设备。
    控制系统主要由一体化控制器、执行设备和相关线路组成，通过一体化控制器可以自由控制各种农业生产执行设备，包括喷水系统和空气调节系统等，喷水系统可支持喷淋、滴灌等多种设备，空气调节系统可支持卷帘、风机等设备。
    采集传输部分主要将设备采集到的数值传送到服务平台上，大棚设备可选择3G、有线等多种数据传输方式。
     业务平台负责对用户提供智能大棚的所有功能展示，主要功能包括环境数据监测、数据空间/时间分布、历史数据、超阈值告警和远程控制五个方面。还可以根据需要添加视频设备实现远程视频监控功能，让专家能够通过3G视频方式了解农作物生长情况，为农户提供农技热线视频支持，让农业局和农业企业通过远程视频监控方式对农产品进行动态调配和信息统计。
     业务平台实时采集控制温室内温度、湿度、光照、土壤温度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数，以直观的图表和曲线的方式显示给农户，并根据种植作物的需求提供各种声光报警信息。对于监测记录可以形成日报表、月报表，并且可以打印。当温湿度超过设定值的时候，自动开启或者关闭指定设备。
    2．项目可行性分析
    2.1市场空间
    伴随城镇化建设规模的扩大，为高生产效能、高经济收益的智能农业大棚产业带来了巨大的新生市场空间，同时原建农业大棚基数巨大，推动了信息化智能化改造的市场发展。据悉农业经济发展快的省市农业大户已开始引进先进的管理模式推动开展智能农业大棚的新建和改造，打造全新的农业产业链。
    2.2项目资源
    自2009年底国家倡导大力发展物联网产业的号召下，基于物联网的智能农业大棚产品技术持续进步，技术日趋成熟稳定，智能农业大棚的基础部件：环境参数传感器、基于物联网构建的数据采集智能终端等相关成本逐步下降，全国各地都有多个示范性项目落地建成。
     通信运营商本地数据通信资源丰富，可向农村用户提供固定宽带网络、移动通信网络多种通信服务，而且服务渠道遍布乡镇村。
    3.建设模式
    目前，在农业物联网应用发达地区，已形成了智能农业大棚的一些基本建设模式。这些建设模式大致可分为三种：
    一是，运营商做示范性项目；
    二是，农业主管部门推动农业产业升级，由农业主管部门出资建设；
    三是，一些有需求的大型农场为自己的物联网应用买单。
    无论何种建设模式，运营商项目参与意义都非常大，可以尽早导入物联网信息服务产业链，为本地物联网通信市场打好基础；同时扩大了农业通信服务内容，为进一步维稳扩大农村通信市场占有率创造条件。
    3.1项目收益
    智能农业大棚建设项目本身是系统集成服务，可以直接产生系统集成项目收益和服务收益。通过引入系统集成商，借助他们的专业知识，委托定制贴合用户需求的产品应用，从而确立运营商在农业物联网产业链的技术标准和业务标准的稳定影响力，为市场扩展增加砝码。
    智能农业大棚项目若成规模实施，无线组网业务需求集中，同时信息处理功能承载在智能手机上，手机业务需求集中。由于项目与农业生产直接关联，业务收益稳定，业务回报周期较长。
    在智能农业大棚的项目推动期间，通过与农业主管部门、涉农科研机构、生产 企业合作，构建出农业生产信息服务平台，衍生温室大棚智能化监管服务平台、设备实时监测及告警服务、专家远程诊断服务等应用服务，逐步推动项目向“普及性智能终端+3G网络+信息应用平台”的方向发展。

    3.2项目关键点
    项目的基础是贴合实际需求的物联网技术智能终端的设计研发，可采用委托研发的方式设计制造，保障通信制式排它、常规业务植入、建立知识产权保护机制，从而最全面的强化市场竞争优势条件。主导研发是解决项目持续发展的关键。
    与物联网机电集成公司双赢合作模式的建立，一方面可以尽早的在物联网产业链中培植本地化服务体系，框圈储备产业资源；另一方面可以推动运营商与这些客户资源的业务合作；物联网机电集成公司本地化资源是解决项目服务响应效率、压缩项目成本的关键点。
    与农业主管部门强化合作，尽可能的为项目实施创造政策帮扶条件，为项目推广追加砝码。
由农业主管部门牵头与涉农科研、企业、农业技术专家建立广泛合作，为搭建专家农技服务信息平台框圈储备服务资源；同时引导涉农产业链中的高速3G移动通信需求。
    4. 结束语
     物联网产业是2009年确定的国家战略性新兴产业，在人人通信日趋饱和，物联网为通信运营商开辟了物物通信的通信新市场。
基于物联网技术的智能农业大棚项目有着良好的市场推广前景，是运营商尽早切入物联网服务产业链，形成产业链各方共赢的合作聚焦，也是推动农业信息化项目落地，扩大农业通信市场的良好契机。

参考文献：
[1] 王汝传、孙力娟、郭剑等. 无线传感器网络技术及其应用. 人民邮电出版社,2011
[2] 中国电子信息产业发展研究院. 2011中国物联网产业发展指南. 机械工业出版社,2011