專利名稱：設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)種植方案的形成方法，特別是關(guān)于一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法。
背景技術(shù)：
農(nóng)業(yè)標準化是建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基拙，是提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量和市場競爭力的重要措施，是實現(xiàn)食品安全的根本保證，也是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的必由之路。它通過對先進的科學技術(shù)和成熟的經(jīng)驗組裝并推廣應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營活動中，把科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的生產(chǎn)力，從而取得經(jīng)濟、社會和生態(tài)的最佳效益，達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的目的。農(nóng)業(yè)標準化融先進的技術(shù)、經(jīng)驗、管理于一體，使農(nóng)業(yè)發(fā)展科學化、規(guī)范化，農(nóng)業(yè)標準化是以農(nóng)業(yè)為對象的標準化活動，即運用“統(tǒng)一、簡化、協(xié)調(diào)、選優(yōu)”原則，通過制定和實施標準，把農(nóng)業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后各個環(huán)節(jié)納入標準生產(chǎn)和標準管理的軌道。 農(nóng)業(yè)標準化生產(chǎn)內(nèi)容相當寬泛，主要有如下四個方面一是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境的標準化；二是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的標準化；三是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝的標準化；四是農(nóng)產(chǎn)品及其加工制成品的標準化。這四個方面中生產(chǎn)資料標準化屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中“產(chǎn)前”標準，農(nóng)產(chǎn)品及其加工制成品的標準化屬于“產(chǎn)后”標準，目前國內(nèi)外農(nóng)業(yè)標準化生產(chǎn)主要集中于制定“產(chǎn)前”的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料以及“產(chǎn)后”的農(nóng)產(chǎn)品最終產(chǎn)品的安全標準，而對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的“產(chǎn)中”標準往往忽略，這主要因為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中具有時間上的長期性、影響因素的多樣性、不可控性等，因此，如何在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中如何因地制宜制定出區(qū)域農(nóng)業(yè)種植標準化方案，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的“產(chǎn)中”環(huán)境因素制定標準，是保證農(nóng)業(yè)實現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的有力保障。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)環(huán)境是農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量高低、質(zhì)量好壞的決定因素，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境的標準化，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)標準化的前提和基礎(chǔ)，生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)來說，要根據(jù)不同品種、不同季節(jié)制訂技術(shù)標準，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的工藝規(guī)范。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境主要包括水、氣、熱、光照、二氧化碳等，雖然這些因素屬于受自然條件限制，但在設(shè)施農(nóng)業(yè)中，這些環(huán)境因素一定情況下可以得到改善，從而保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的環(huán)境因子由于變異性、不可控性、不確定性等因素，使得農(nóng)業(yè)標準化生產(chǎn)中沒有對環(huán)境因子制定相應的標準化方案。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，農(nóng)田管理和農(nóng)事活動主要依據(jù)農(nóng)民或農(nóng)業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場觀察及經(jīng)驗判斷，并依據(jù)判斷來相應改變農(nóng)業(yè)環(huán)境因子，而隨著農(nóng)業(yè)科技、數(shù)據(jù)采集技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，用于測量農(nóng)田環(huán)境中的土壤含水率、土壤溫度、大氣溫度、大氣濕度、光照度、大氣中二氧化碳濃度的傳感器得到廣泛應用。但是，如何利用傳感器以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行農(nóng)田環(huán)境因子的實時監(jiān)測，并將這些指標量化成專家系統(tǒng)，制定區(qū)域適宜的農(nóng)業(yè)標準化種植方案，指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的各項農(nóng)事活動成為亟待解決的技術(shù)問題
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能實時監(jiān)控設(shè)施農(nóng)田環(huán)境，能有效指導設(shè)施大棚農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中各種農(nóng)事活動的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其包括以下步驟1)選擇實驗用設(shè)施農(nóng)業(yè)；2)利用設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，對所選擇的設(shè)施農(nóng)業(yè)中的植物進行監(jiān)測種植，所述利用設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，包括設(shè)施農(nóng)田組網(wǎng)監(jiān)測控制設(shè)備和監(jiān)測預警平臺；所述設(shè)施農(nóng)田組網(wǎng)監(jiān)測控制設(shè)備將網(wǎng)內(nèi)監(jiān)測到的設(shè)施農(nóng)田環(huán)境參數(shù)及相應視頻文件經(jīng)3G網(wǎng)絡或以太網(wǎng)傳輸至所述監(jiān)測預警平臺，對設(shè)施農(nóng)田環(huán)境進行實時監(jiān)測和控制；所述設(shè)施農(nóng)田組網(wǎng)監(jiān)測控制設(shè)備包括一個主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備和若干被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備，各所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備和若干被控數(shù)據(jù)采集分別設(shè)置在田間各個待監(jiān)測大棚內(nèi)；所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備由通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器組、無線收發(fā)模塊、供電模塊和視頻模塊構(gòu)成，所述供電模塊為所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備供電；所述傳感器組將采集到的各種環(huán)境參數(shù)傳輸至所述數(shù)據(jù)采集模塊，經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集模塊處理后傳輸至所述通訊模塊；所述無線收發(fā)模塊用于接收各所述被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳輸至的各大棚環(huán)境參數(shù)及其設(shè)備標 簽，并將接收到的所有數(shù)據(jù)信息均發(fā)送至所述通訊模塊；所述視頻模塊用于采集大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長狀態(tài)視頻信息，并將采集到的視頻信息發(fā)送至所述通訊模塊；所述通訊模塊將接收到的數(shù)據(jù)信息及視頻信息經(jīng)3G網(wǎng)絡或以太網(wǎng)傳輸至所述監(jiān)測預警平臺；每個所述被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器組、供電模塊、視頻模塊和無線發(fā)送模塊，所述傳感器組將采集到的各種環(huán)境參數(shù)經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集模塊傳輸至所述無線發(fā)送模塊；所述視頻模塊將采集到的農(nóng)作物生長狀態(tài)視頻信息傳輸至所述無線發(fā)送模塊；所述無線發(fā)送模塊將接收到的所有信息及其設(shè)備標簽發(fā)送至所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備的無線收發(fā)模塊；3)采集所述植物整個生長季的數(shù)據(jù)，獲得該地域設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植的方案。所述被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用255臺以下。所述供電模塊采用外接電源或采用太陽能供電裝置。所述太陽能供電裝置包括集熱板和蓄電池組，所述集熱板將熱能轉(zhuǎn)換為電能后傳輸至所述蓄電池組，所述蓄電池組外部還設(shè)置有保溫箱，由保溫箱控制所述蓄電池組溫度；所述保溫箱內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器、控制器和溫度調(diào)節(jié)器；所述溫度傳感器將采集到的所述蓄電池組工作溫度傳輸至所述控制器內(nèi)，由所述控制器控制所述溫度調(diào)節(jié)器工作。所述溫度調(diào)節(jié)器采用升溫器或降溫瓶，或采用由升溫器和降溫瓶構(gòu)成。所述傳感器組包括土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器和日光照度傳感器；所述土壤濕度傳感器設(shè)置為兩組，每組設(shè)置有三路土壤濕度傳感器，兩組傳感器分別用于測定土壤表層和下層土壤濕度；所述土壤溫度傳感器設(shè)置為一路，用于測定變化較大的地表溫度；所述空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器和日光照度傳感器均設(shè)置為兩路。所述監(jiān)測預警平臺內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)處理模塊、設(shè)施控制模塊和顯示屏，所述數(shù)據(jù)處理模塊將所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備和各被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳輸至的設(shè)備標簽、環(huán)境參數(shù)及視頻信息綜合分析處理后，得到各大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，分別傳輸至所述設(shè)施控制模塊和顯示屏進行實時顯示，所述設(shè)施控制模塊根據(jù)接收到的環(huán)境參數(shù)，控制后端的自動化農(nóng)業(yè)設(shè)備進行農(nóng)事操作。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明采用由主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備和若干被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)實體，將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)3G網(wǎng)絡或以太網(wǎng)傳輸至監(jiān)測預警平臺，實現(xiàn)對設(shè)施農(nóng)田環(huán)境進行實時監(jiān)測。在監(jiān)測預警平臺內(nèi)，根據(jù)實時監(jiān)測到的設(shè)施農(nóng)田環(huán)境的變化參數(shù)，結(jié)合農(nóng)業(yè)專家的指導意見，經(jīng)過監(jiān)測預警平臺計算，可以有效指導設(shè)施大棚農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中各種農(nóng)事活動。2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案在于通過安裝本發(fā)明裝置，監(jiān)測農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中某農(nóng)業(yè)生產(chǎn)戶在某一季節(jié)，某一作物獲得高產(chǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計，以及生產(chǎn)中的農(nóng)田環(huán)境的經(jīng)驗值，形成專家系統(tǒng)，通過實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行實時對照，有效控制大棚內(nèi)的設(shè)施，改變設(shè)施農(nóng)田環(huán)境，有效指導設(shè)施大棚農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中各種農(nóng)事活動。本發(fā)明可以廣泛應用于設(shè)施農(nóng)田應用中。


圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的供電模塊采用太能供電裝置時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的傳感器組安裝示意圖；圖6是本發(fā)明的土壤濕度傳感器在2012年2月10日變換趨勢曲線圖；其中，+為大棚內(nèi)東側(cè)20m處土壤濕度曲線圖，I為大棚內(nèi)東側(cè)50m處土壤濕度曲線圖，+為大棚內(nèi)中部20m處土壤濕度曲線圖，――為大棚內(nèi)中部50m處土壤濕度曲線圖，一^為大棚內(nèi)西側(cè)20m處土壤濕度曲線圖，+為大棚內(nèi)西側(cè)50m處土壤濕度曲線圖；圖7是本發(fā)明的土壤溫度傳感器埋置于大棚中央地下20厘米處時，在2012年2月10日變換趨勢曲線圖；圖8是本發(fā)明的空氣溫度傳感器在2012年2月10日變換趨勢曲線圖；其中，虛線為大棚上部溫度曲線圖，實線為大棚下部溫度曲線圖；圖9是本發(fā)明的空氣濕度傳感器在2012年2月10日變換趨勢曲線圖；其中，虛線為大棚上部空氣濕度曲線圖，實線為大棚下部空氣濕度曲線圖；圖10是本發(fā)明的二氧化碳濃度傳感器在2012年2月10日變換趨勢曲線圖；其中，虛線為大棚上部二氧化碳濃度曲線圖，實線為大棚下部二氧化碳濃度曲線圖；圖11是本發(fā)明的日光照度傳感器在2012年2月10日變換趨勢曲線圖；其中，虛線為大棚前部日光照度曲線圖，實線為大棚后部日光照度曲線圖；圖12是本發(fā)明的第一個實施例的效果圖；圖13是本發(fā)明的第二個實施例的效果圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。本發(fā)明的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法如下I)選擇實驗用設(shè)施農(nóng)業(yè)；2)利用設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，對所選擇的設(shè)施農(nóng)業(yè)中的植物進行監(jiān)測種植；3)采集所述植物整個生長季的數(shù)據(jù)，獲得該地域設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植的方案。如圖I、圖2所示，本發(fā)明利用設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法包括設(shè)置在農(nóng)田間各大棚內(nèi)的設(shè)施農(nóng)田組網(wǎng)監(jiān)測控制設(shè)備10和監(jiān)測預警平臺40。設(shè)施農(nóng)田組網(wǎng)監(jiān)測控制設(shè)備10以自由組網(wǎng)的方式，將網(wǎng)內(nèi)監(jiān)測到的設(shè)施農(nóng)田環(huán)境參數(shù)及相應視頻文件經(jīng)3G網(wǎng)絡或以太網(wǎng)傳輸至監(jiān)測預警平臺40，在監(jiān)測預警平臺40內(nèi)經(jīng)過計算實現(xiàn)對設(shè)施農(nóng)田環(huán)境的實時監(jiān)測和控制，進而指導設(shè)施大棚農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的各種農(nóng)事活動。設(shè)施農(nóng)田組網(wǎng)監(jiān)測控制設(shè)備10包括一個主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備20和若干被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備30，主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備20和各被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備30分別設(shè)置在田間各個待監(jiān)測大棚內(nèi)，構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)。
如圖2所示，主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備20由通訊模塊21、數(shù)據(jù)采集模塊22、傳感器組23、無線收發(fā)模塊24、供電模塊25和視頻模塊26構(gòu)成，供電模塊25為主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備20供電。傳感器組23將采集到的各種環(huán)境參數(shù)傳輸至數(shù)據(jù)采集模塊22，經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊22進行轉(zhuǎn)換、打包等處理后，傳輸至通訊模塊21 ;無線收發(fā)模塊24用于接收各被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備30傳輸至的各大棚環(huán)境參數(shù)及其設(shè)備標簽，并將接收到的所有數(shù)據(jù)信息均發(fā)送至通訊模塊21 ;視頻模塊26用于采集大棚內(nèi)各農(nóng)作物的生長狀態(tài)視頻信息，并將采集到的視頻信息發(fā)送至通訊模塊21。通訊模塊21將接收到數(shù)據(jù)信息及視頻信息經(jīng)3G網(wǎng)絡或以太網(wǎng)傳輸至監(jiān)測預警平臺40。如圖3所示，每個被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備30與主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備20結(jié)構(gòu)類似，除了包括數(shù)據(jù)采集模塊22、傳感器組23、供電模塊25和視頻模塊26外，還包括無線發(fā)送模塊34。傳感器組23將采集到的各種環(huán)境參數(shù)及視頻信息經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊22傳輸至無線發(fā)送模塊
34;視頻模塊26將采集到的農(nóng)作物生長狀態(tài)視頻信息傳輸至無線發(fā)送模塊34。無線發(fā)送模塊34將接收到的所有信息及其設(shè)備標簽發(fā)送至主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備20的無線收發(fā)模塊24。其中，被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備30最多可以采用255臺，在田間地頭形成物聯(lián)網(wǎng)。上述實施例中，供電模塊25可以采用外接電源，也可以采用太陽能供電裝置。本發(fā)明采用的太能供電裝置使用壽命較長。如圖4所示，該太陽能供電裝置包括集熱板251和蓄電池組252，集熱板251將熱能轉(zhuǎn)換為電能后傳輸至蓄電池組252，由蓄電池組252發(fā)電工作，并由設(shè)置在蓄電池組252外部的保溫箱253控制其溫度，使蓄電池組252的溫度一直處于安全使用溫度范圍內(nèi)，確保使用安全，并延長使用壽命。保溫箱253內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器254、控制器255和溫度調(diào)節(jié)器256。溫度傳感器254將采集到的蓄電池組252工作溫度傳輸至控制器255內(nèi)，與控制器255內(nèi)的預設(shè)閾值進行比較，當高于預設(shè)閾值時，控制器255則控制溫度調(diào)節(jié)器256進行降溫，將蓄電池組252降溫至安全溫度范圍內(nèi)；當?shù)陀陬A設(shè)閾值時，控制器255則控制溫度調(diào)節(jié)器256進行升溫，將蓄電池組252升溫至安全溫度范圍內(nèi)，進而保證了蓄電池組252 —直處于安全使用溫度范圍內(nèi)。其中，溫度調(diào)節(jié)器256可以根據(jù)使用環(huán)境需求，單獨采用降溫瓶257或單獨采用升溫器258，也可以采用由降溫瓶257和升溫器258構(gòu)成的溫度調(diào)節(jié)器。當溫度調(diào)節(jié)器256采用由降溫瓶257和升溫器258構(gòu)成時，溫度傳感器254將采集到的蓄電池組252工作溫度傳輸至控制器255內(nèi)，與控制器255內(nèi)的預設(shè)閾值進行比較，當高于預設(shè)閾值時，控制器255則控制降溫瓶257工作，對蓄電池組252降溫；當?shù)陀陬A設(shè)閾值時，控制器255則控制升溫器258工作，對蓄電池組252升溫，進而保證了蓄電池組252 —直處于安全使用溫度范圍內(nèi)。單獨米用降溫瓶7或單獨米用升溫器258時,控制器255的控制原理與上述原理一致，在此不再贅述?？刂破?55內(nèi)的預設(shè)閾值為18°C 25°C之間的任意值；降溫瓶257內(nèi)填充有冷卻劑，以實現(xiàn)降溫功能；升溫器258可以采用電熱絲。上述各實施例中，數(shù)據(jù)采集 模塊22間隔10 50分鐘收集一次傳感器組23采集的數(shù)據(jù)。上述各實施例中，傳感器組23包括土壤濕度傳感器231、土壤溫度傳感器232、空氣溫度傳感器233、空氣濕度傳感器234、二氧化碳濃度傳感器235和日光照度傳感器236。土壤濕度傳感器231設(shè)置為兩組，每組設(shè)置有三路土壤濕度傳感器，兩組傳感器分別用于測定土壤表層和下層土壤濕度，兩組傳感器埋藏深度分別為距離地表20厘米處和50厘米處。如圖5所示，土壤濕度傳感器231共設(shè)置6路，以大棚大門方向為起點分為東、中、西3個點，每個點設(shè)置有用于測試20厘米處土壤濕度和50厘米處土壤濕度的兩個傳感器。經(jīng)檢測驗證，土壤濕度變化較小，基本維持在一個水平線上(如圖6所示)。以大棚種植西紅柿為例，土壤濕度監(jiān)測結(jié)果以60% 80%為宜，西紅柿土壤濕度下限為45%，當監(jiān)測結(jié)果為小于45%時，應該給農(nóng)田澆水。土壤溫度傳感器232設(shè)置為一路，用于測定變化較大的地表溫度，埋藏距離地表10 25厘米處。如圖6所示，土壤溫度傳感器232埋置于大棚中央地下20厘米處。經(jīng)檢測驗證，土壤溫度變化趨勢與空氣溫度變化相近，但是變化幅度相對較小。夜間土壤溫度值在5 10°C，9 16點為全天最高溫，約15°C (如圖7所示)。以大棚種植西紅柿為例，西紅柿10厘米地溫穩(wěn)定在8°C以上才可以栽植，根系生長的適宜土溫(5 10厘米土層)為20 22°C，低于12°C根系生長受阻?？諝鉁囟葌鞲衅?33設(shè)置為兩路，分別用于測定距離地表處和大棚上部空氣溫度。如圖5所示，空氣溫度傳感器233安裝在大棚中部，兩路空氣溫度傳感器分別安裝在植株上部一個，距地表約I. 2米，植株高下部一個，距地表約O. 6米。經(jīng)檢測驗證，兩路空氣溫度傳感器數(shù)值接近(如圖8所示)，最大差距為2V ;在8點以后溫度值大幅升溫，10點達到29 °C, 14點達到最高值35°C，17點降到20°C以下，夜間21點后降到I (TC以下。以大棚種植西紅柿為例，適合在月平均溫度為20 25°C的季節(jié)里生長發(fā)育，對溫度的適應范圍為10 35°C，但不同生育階段對溫度的要求及反應是有差異的。種子發(fā)芽的最適溫為28 30°C，最低為1TC，最高35°C，低于ITC容易造成爛種。幼苗及植株生長最適宜的晝溫為24 28°C，夜溫為15 18°C。低于10°C，生長量下降；低于5°C，莖葉停止生長；_1°C _2°C時遭受凍害；當白天大棚內(nèi)溫度達到25°C時，應該開風口通氣，調(diào)節(jié)溫度；根據(jù)溫度還適時蓋草苫和開草苫?？諝鉂穸葌鞲衅?34設(shè)置為兩路，分別用于測定距離地表處和大棚上部空氣濕度。如圖5所示，空氣濕度傳感器234安裝在大棚中部，兩路濕度傳感器分別安裝在植株上部1/3處和植株下部1/3處。經(jīng)檢測驗證，空氣濕度夜間最高，位于植株上部的傳感器數(shù)值比位于植株下部下的傳感器數(shù)值約高15% ；9 16點空氣濕度最低，約30%，因為土壤濕度較低，而且此階段番茄植株長勢弱，兩路空氣濕度傳感器值差異不大(如圖9所示)。以大棚種植西紅柿為例，空氣濕度45 50%為宜。空氣濕度大，不僅阻礙正常授粉，而且在高溫高濕條件下病害嚴重，監(jiān)測結(jié)果空氣濕度大時應該采取鋪地膜降低濕度等措施。二氧化碳濃度傳感器235設(shè)置為兩路，分別用于測定距離地表處和大棚上部空氣二氧化碳濃度。如圖5所示，二氧化碳濃度傳感器235安裝在大棚中部，兩路二氧化碳濃度傳感器分別安裝在植株上部1/3處和植株下部1/3處，蔬菜生長對二氧化碳的需求高于普通環(huán)境中的20%，當實時監(jiān)測結(jié)果沒達到高于20%，可以適宜向大棚內(nèi)通二氧化碳，促進蔬菜生長。經(jīng)檢測驗證，兩路二氧化碳濃度傳感器探測值變化趨勢相同，位于植株上部的探測值高于位于植株下部的探測值。全天波動幅度大于6月，可能因為作物光合能力下降，而且通風時間比6月短。夜間數(shù)值高于白天，夜間下探針值約為1200，上探針值約為900 ;早晨8點之后大幅下降，下探針數(shù)值650左右，上探針數(shù)值在550左右；16點后緩慢上升(如圖10所示)。日光照度傳感器236設(shè)置為兩路，分別用于測定大棚南北向各1/3處日光照度。如圖5所示，日光照度傳感器236分別擺放在大棚中部同一壟地的植株上層，前三分之一處、后三分之一處。經(jīng)檢測驗證，8點后光照大幅增強，9 16點光照在5萬Iux (光照強度單位)左右，9 12點，位于前部的探測值高于位于后部的探測值，12 16點則位于后部的 探測值高，16點后則大幅降低(如圖11所示)。以大棚種植西紅柿為例，西紅柿屬中光性植物，對日照長短的要求比較寬，每日以16小時左右的光照條件為最好。番茄光飽和點為7萬勒，一般應保持3 3. 5萬勒。光照充足，光合作用旺盛，花芽分化正常，結(jié)果多，產(chǎn)量高；光照不足，莖節(jié)細長，葉片變薄，葉色變淺，花芽分化時間延遲，花質(zhì)變劣，容易落花落果。如圖I所示，監(jiān)測預警平臺40設(shè)置在數(shù)據(jù)管理中心(各地或本地機房)，通過3G網(wǎng)絡傳送的氣候數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)，通過服務器端到達平臺底層的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議進入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)無線通訊網(wǎng)和Internet網(wǎng)的兩網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理。監(jiān)測預警平臺40內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)處理模塊41、設(shè)施控制模塊42和顯示屏43，數(shù)據(jù)處理模塊41將主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備20和各被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備30傳輸至的設(shè)備標簽、環(huán)境參數(shù)及視頻信息綜合分析處理后，得到各大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，分別傳輸至設(shè)施控制模塊42和顯示屏43進行實時顯示，同時將環(huán)境參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫。設(shè)施控制模塊42根據(jù)接收到的環(huán)境參數(shù)、以及由預置在監(jiān)測預警平臺40內(nèi)的專家數(shù)據(jù)庫傳輸至的環(huán)境參數(shù)，形成對某一種植物(例如大番茄、櫻桃番茄等具體的植物)的標準化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的指導方案(控制程序)，以控制后端的自動化農(nóng)業(yè)設(shè)備進行相應的農(nóng)事操作，例如澆水、施肥及通風等。用戶可以通過顯示屏43直接查看各個被監(jiān)測大棚的環(huán)境參數(shù)信息和視頻信息，以指導設(shè)施大棚農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的各種農(nóng)事活動。綜上所述，本發(fā)明采用的設(shè)施農(nóng)田組網(wǎng)監(jiān)測控制設(shè)備10與監(jiān)測預警平臺40之間利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)實現(xiàn)3G網(wǎng)絡和以太網(wǎng)的兩網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，可直接在監(jiān)測預警平臺40查看監(jiān)測點的歷史采集數(shù)據(jù)和視頻。設(shè)施農(nóng)田組網(wǎng)監(jiān)測控制設(shè)備10傳送的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議進入數(shù)據(jù)庫，通過監(jiān)測預警平臺40內(nèi)數(shù)據(jù)處理模塊51進行相應的計算處理后，得到標準化生產(chǎn)系統(tǒng)的預警與監(jiān)測結(jié)果，指導進行相應的農(nóng)田管理。 下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)效果作進一步的介紹。實施例I :如圖12所示，利用本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施蔬菜農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測與標準化生產(chǎn)系統(tǒng)，形成冬春茬大番茄標準化生產(chǎn)指導方案(其著作權(quán)號為2012rlll046149)，進而對冬春茬大番茄進行物聯(lián)網(wǎng)標準化生產(chǎn)，2011年2月至2011年7月，其產(chǎn)量為147. 9噸/公頃；同茬當?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)生產(chǎn)大番茄的產(chǎn)量為132. 2噸/公頃。因此，利用本發(fā)明形成的標準化生產(chǎn)指導方案生產(chǎn)的大番茄與同茬當?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)生產(chǎn)相比較，其產(chǎn)量增加了 10. 62%。實施例2 如圖13所示，利用本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施蔬菜農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測與標準化生產(chǎn)系統(tǒng)，形成秋冬茬櫻桃番茄標準化生產(chǎn)指導方案(其著作權(quán)號為2012rlll046164)，進而對秋冬茬櫻桃番茄進行物聯(lián)網(wǎng)標準化生產(chǎn)，2011年9月至2012年2月其產(chǎn)量為19. 3噸/公頃；同茬當?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)生產(chǎn)櫻桃番茄時，由于本茬常規(guī)生產(chǎn)遇到極端天氣，整個生育期遇到低溫影響，總體產(chǎn)量受到影響，其產(chǎn)量為18.4噸/公頃。因此，利用本發(fā)明形成的標準化生產(chǎn)指導方案生產(chǎn)的秋冬茬櫻桃番茄在物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測條件下，提前采取相應的措施，相對農(nóng)戶常規(guī)生產(chǎn)，櫻桃番茄產(chǎn)量增加了 4. 66%。上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的連接和結(jié)構(gòu)都是可以有所變化的，在 本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對個別部件的連接和結(jié)構(gòu)進行的改進和等同變換，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其包括以下步驟 1)選擇實驗用設(shè)施農(nóng)業(yè)； 2)利用設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，對所選擇的設(shè)施農(nóng)業(yè)中的植物進行監(jiān)測種植，所述利用設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，包括設(shè)施農(nóng)田組網(wǎng)監(jiān)測控制設(shè)備和監(jiān)測預警平臺；所述設(shè)施農(nóng)田組網(wǎng)監(jiān)測控制設(shè)備將網(wǎng)內(nèi)監(jiān)測到的設(shè)施農(nóng)田環(huán)境參數(shù)及相應視頻文件經(jīng)3G網(wǎng)絡或以太網(wǎng)傳輸至所述監(jiān)測預警平臺，對設(shè)施農(nóng)田環(huán)境進行實時監(jiān)測和控制； 所述設(shè)施農(nóng)田組網(wǎng)監(jiān)測控制設(shè)備包括一個主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備和若干被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備，各所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備和若干被控數(shù)據(jù)采集分別設(shè)置在田間各個待監(jiān)測大棚內(nèi)； 所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備由通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器組、無線收發(fā)模塊、供電模塊和視頻模塊構(gòu)成，所述供電模塊為所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備供電；所述傳感器組將采集到的各種環(huán)境參數(shù)傳輸至所述數(shù)據(jù)采集模塊，經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集模塊處理后傳輸至所述通訊模塊；所述無線收發(fā)模塊用于接收各所述被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳輸至的各大棚環(huán)境參數(shù)及其設(shè)備標簽，并將接收到的所有數(shù)據(jù)信息均發(fā)送至所述通訊模塊；所述視頻模塊用于采集大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長狀態(tài)視頻信息，并將采集到的視頻信息發(fā)送至所述通訊模塊；所述通訊模塊將接收到的數(shù)據(jù)信息及視頻信息經(jīng)3G網(wǎng)絡或以太網(wǎng)傳輸至所述監(jiān)測預警平臺； 每個所述被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器組、供電模塊、視頻模塊和無線發(fā)送模塊，所述傳感器組將采集到的各種環(huán)境參數(shù)經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集模塊傳輸至所述無線發(fā)送模塊；所述視頻模塊將采集到的農(nóng)作物生長狀態(tài)視頻信息傳輸至所述無線發(fā)送模塊；所述無線發(fā)送模塊將接收到的所有信息及其設(shè)備標簽發(fā)送至所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備的無線收發(fā)模塊； 3)采集所述植物整個生長季的數(shù)據(jù)，獲得該地域設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植的方案。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其特征在于所述被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用255臺以下。
3.如權(quán)利要求I或2所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其特征在于所述供電模塊采用外接電源或采用太陽能供電裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其特征在于所述太陽能供電裝置包括集熱板和蓄電池組，所述集熱板將熱能轉(zhuǎn)換為電能后傳輸至所述蓄電池組，所述蓄電池組外部還設(shè)置有保溫箱，由保溫箱控制所述蓄電池組溫度；所述保溫箱內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器、控制器和溫度調(diào)節(jié)器；所述溫度傳感器將采集到的所述蓄電池組工作溫度傳輸至所述控制器內(nèi)，由所述控制器控制所述溫度調(diào)節(jié)器工作。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其特征在于所述溫度調(diào)節(jié)器采用升溫器或降溫瓶，或采用由升溫器和降溫瓶構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求I或2所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其特征在于所述傳感器組包括土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器和日光照度傳感器；所述土壤濕度傳感器設(shè)置為兩組，每組設(shè)置有三路土壤濕度傳感器，兩組傳感器分別用于測定土壤表層和下層土壤濕度；所述土壤溫度傳感器設(shè)置為一路，用于測定變化較大的地表溫度；所述空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器和日光照度傳感器均設(shè)置為兩路。
7.如權(quán)利要求3所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其特征在于所述傳感器組包括土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器和日光照度傳感器；所述土壤濕度傳感器設(shè)置為兩組，每組設(shè)置有三路土壤濕度傳感器，兩組傳感器分別用于測定土壤表層和下層土壤濕度；所述土壤溫度傳感器設(shè)置為一路，用于測定變化較大的地表溫度；所述空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器和日光照度傳感器均設(shè)置為兩路。
8.如權(quán)利要求I或2或7所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其特征在于所述監(jiān)測預警平臺內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)處理模塊、設(shè)施控制模塊和顯示屏，所述數(shù)據(jù)處理模塊將所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備和各被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳輸至的設(shè)備標簽、環(huán)境參數(shù)及視頻信息綜合分析處理后，得到各大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，分別傳輸至所述設(shè)施控制模塊和顯示屏進行實時顯示，所述設(shè)施控制模塊根據(jù)接收到的環(huán)境參數(shù)，控制后端的自動化農(nóng)業(yè)設(shè)備進行農(nóng)事操作。
9.如權(quán)利要求3所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其特征在于所述監(jiān)測預警平臺內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)處理模塊、設(shè)施控制模塊和顯示屏，所述數(shù)據(jù)處理模塊將所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備和各被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳輸至的設(shè)備標簽、環(huán)境參數(shù)及視頻信息綜合分析處理后，得到各大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，分別傳輸至所述設(shè)施控制模塊和顯示屏進行實時顯示，所述設(shè)施控制模塊根據(jù)接收到的環(huán)境參數(shù)，控制后端的自動化農(nóng)業(yè)設(shè)備進行農(nóng)事操作。
10.如權(quán)利要求6所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其特征在于所述監(jiān)測預警平臺內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)處理模塊、設(shè)施控制模塊和顯示屏，所述數(shù)據(jù)處理模塊將所述主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備和各被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳輸至的設(shè)備標簽、環(huán)境參數(shù)及視頻信息綜合分析處理后，得到各大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，分別傳輸至所述設(shè)施控制模塊和顯示屏進行實時顯示，所述設(shè)施控制模塊根據(jù)接收到的環(huán)境參數(shù)，控制后端的自動化農(nóng)業(yè)設(shè)備進行農(nóng)事操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，其包括以下步驟1)選擇實驗用設(shè)施農(nóng)業(yè)；2)利用設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，對所選擇的設(shè)施農(nóng)業(yè)中的植物進行監(jiān)測種植，利用設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植環(huán)境因子控制方案形成的方法，包括設(shè)施農(nóng)田監(jiān)測設(shè)備終端和監(jiān)測預警平臺；設(shè)施農(nóng)田監(jiān)測設(shè)備終端包括主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備和若干被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備，主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備由通訊模塊、數(shù)據(jù)采集器、傳感器組、無線收發(fā)模塊和供電模塊構(gòu)成；每個被控數(shù)據(jù)采集設(shè)備與主控數(shù)據(jù)采集設(shè)備結(jié)構(gòu)相似，還包括無線發(fā)送模塊；3)采集植物整個生長季的數(shù)據(jù)，獲得該地域設(shè)施農(nóng)業(yè)標準化種植的方案。本發(fā)明能實時監(jiān)控設(shè)施農(nóng)田環(huán)境，指導設(shè)施大棚農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中各種農(nóng)事活動，可以廣泛在設(shè)施農(nóng)田應用中使用。
文檔編號G06Q50/02GK102867271SQ20121029315
公開日2013年1月9日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者劉寶存, 李毅, 廖上強, 孫焱鑫, 陳一男, 陳延華, 鄒國元, 李吉進, 衣文平 申請人:北京市農(nóng)林科學院, 北京潤禾天地科技發(fā)展有限公司