在傳統(tǒng)溫室大棚種植中，環(huán)境調(diào)控多依賴人工經(jīng)驗，存在監(jiān)測滯后、調(diào)控精準度低、資源浪費等問題，難以適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需求。智慧農(nóng)業(yè)背景下，溫室大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)通過融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)對大棚環(huán)境參數(shù)的實時感知、智能分析與精準調(diào)控，為作物生長創(chuàng)造最優(yōu)環(huán)境，助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效、節(jié)本降耗。

一、系統(tǒng)核心設(shè)計理念

以“感知-傳輸-分析-控制-應(yīng)用”全鏈路閉環(huán)為核心，打破傳統(tǒng)人工管理模式，構(gòu)建“數(shù)據(jù)驅(qū)動、智能決策、精準執(zhí)行”的溫室環(huán)境管理體系。堅持“實用性、兼容性、可擴展性”原則，既滿足當(dāng)前不同作物(蔬菜、花卉、苗木等)的種植需求，又能適配未來農(nóng)業(yè)數(shù)字化升級的拓展空間。

二、系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)采用分層架構(gòu)設(shè)計，各層級協(xié)同工作，實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)從采集到應(yīng)用的全流程高效處理：

1.感知層：環(huán)境數(shù)據(jù)采集終端

作為系統(tǒng)“眼睛”，負責(zé)采集大棚內(nèi)關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，終端類型根據(jù)監(jiān)測需求靈活配置：

- 核心傳感器：溫濕度傳感器(監(jiān)測空氣溫濕度，精度±0.3℃/±2%RH)、光照傳感器(監(jiān)測光合有效輻射，范圍0-2000μmol/m2·s)、CO?傳感器(監(jiān)測濃度，范圍0-5000ppm)、土壤傳感器(監(jiān)測土壤溫濕度、EC值、pH值);

- 輔助監(jiān)測設(shè)備：土壤氮磷鉀傳感器、露點傳感器、病蟲害監(jiān)測攝像頭。

2.傳輸層：數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

承擔(dān)感知層數(shù)據(jù)向平臺層的傳輸任務(wù)，保障數(shù)據(jù)穩(wěn)定、實時上傳：

- 近距離傳輸：采用LoRa、ZigBee技術(shù)，低功耗、廣覆蓋，適合大棚內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)匯聚;

- 遠距離傳輸：通過4G/5G、以太網(wǎng)、NB-IoT等方式，將匯聚的數(shù)據(jù)上傳至云端平臺，適配不同園區(qū)網(wǎng)絡(luò)條件。

3.平臺層：數(shù)據(jù)處理與智能決策中心

作為系統(tǒng)“大腦”，是實現(xiàn)環(huán)境智能調(diào)控的核心：

- 數(shù)據(jù)處理：對上傳的環(huán)境數(shù)據(jù)進行清洗、存儲、分析，生成實時數(shù)據(jù)報表、歷史趨勢曲線;

- 智能決策：內(nèi)置不同作物的生長環(huán)境閾值模型(如番茄適宜溫度20-28℃、濕度60%-80%)，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超出閾值時，自動觸發(fā)預(yù)警并生成調(diào)控方案;

- 平臺載體：支持云端SaaS平臺、本地服務(wù)器部署，具備多終端登錄權(quán)限(電腦網(wǎng)頁端、手機APP、平板)。

4.應(yīng)用層：執(zhí)行控制與管理終端

作為系統(tǒng)“手腳”，負責(zé)執(zhí)行平臺下達的調(diào)控指令，并為用戶提供管理入口：

- 控制設(shè)備：智能溫控設(shè)備(風(fēng)機、濕簾、加熱管)、光照調(diào)控設(shè)備(補光燈、遮陽網(wǎng))、CO?增施設(shè)備(發(fā)生器)、水肥一體化設(shè)備(滴灌、噴灌系統(tǒng))，均支持自動/手動雙模式控制;

- 管理終端：用戶通過手機APP、電腦端平臺，可實時查看環(huán)境數(shù)據(jù)、接收預(yù)警信息、遠程控制設(shè)備運行、導(dǎo)出生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表。

三、系統(tǒng)核心功能

1.實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)可視化

- 24小時不間斷采集溫濕度、光照、土壤參數(shù)等數(shù)據(jù)，延遲≤5秒;

- 以儀表盤、曲線圖、數(shù)字面板等形式直觀展示數(shù)據(jù)，支持單棚/多棚數(shù)據(jù)分屏查看，全局環(huán)境狀態(tài)一目了然。

2.智能預(yù)警與告警通知

- 多閾值預(yù)警：支持設(shè)置作物生長適宜值、臨界值、危險值三級閾值，觸發(fā)不同級別預(yù)警;

- 多渠道通知：通過APP推送、短信、語音電話等方式向管理員告警，確保及時響應(yīng)異常環(huán)境。

3.精準調(diào)控與自動化運行

- 自動調(diào)控：當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)超出閾值，系統(tǒng)自動向控制設(shè)備下達指令(如溫度過高時開啟風(fēng)機、濕簾降溫)，無需人工干預(yù);

- 定制方案：支持根據(jù)作物品種、生長周期(育苗期、生長期、結(jié)果期)，自定義環(huán)境調(diào)控邏輯。

4.數(shù)據(jù)追溯與生產(chǎn)管理

- 數(shù)據(jù)存儲：歷史環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備運行記錄、調(diào)控操作日志存儲時長≥3年，支持按時間、棚區(qū)檢索查詢;

- 報表生成：自動生成日/周/月生產(chǎn)報表，包含環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計、設(shè)備運行效率、資源消耗(水、電)等數(shù)據(jù)，為種植決策提供數(shù)據(jù)支撐。

四、系統(tǒng)應(yīng)用效益

1.提質(zhì)：提升作物品質(zhì)與產(chǎn)量

通過精準控制環(huán)境參數(shù)，減少病蟲害發(fā)生，作物產(chǎn)量提升15%-30%，優(yōu)質(zhì)果率提高20%以上，避免因環(huán)境波動導(dǎo)致的減產(chǎn)、品質(zhì)下降問題。

2.降本：降低人力與資源消耗

- 人力成本：1人可管理數(shù)十個大棚，替代傳統(tǒng)5-10人的人工監(jiān)測與調(diào)控工作量，人力成本降低60%以上;

- 資源成本：精準水肥灌溉、智能光照調(diào)控，實現(xiàn)水、電、肥料等資源利用率提升30%-40%，減少資源浪費。

3.增效：優(yōu)化生產(chǎn)管理流程

數(shù)據(jù)化管理替代經(jīng)驗判斷，生產(chǎn)決策更科學(xué);遠程控制功能支持異地管理，提升應(yīng)急響應(yīng)效率(如突發(fā)降溫時遠程開啟加熱設(shè)備)。

五、實施建議

1. 需求適配：根據(jù)種植作物類型、大棚規(guī)模(單棚/園區(qū))，選擇合適的傳感器類型與數(shù)量，避免過度配置;

2. 分階段部署：先試點1-2個大棚，驗證系統(tǒng)穩(wěn)定性與適配性后，再逐步推廣至整個園區(qū);

3. 人員培訓(xùn)：對種植人員開展系統(tǒng)操作培訓(xùn)，重點掌握數(shù)據(jù)查看、預(yù)警處理、手動控制等基礎(chǔ)操作;

4. 運維保障：定期校準傳感器(每3-6個月1次)、檢查傳輸網(wǎng)絡(luò)與控制設(shè)備，確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

，為種植決策提供更精準的預(yù)判，真正實現(xiàn)從“環(huán)境監(jiān)控”向“智慧種植”的深度升級。

審核編輯 黃宇