一、項目背景

鄉(xiāng)村振興與脫貧戰(zhàn)略

十九大：構建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系、生產(chǎn)體系、經(jīng)營體系，完善農(nóng)業(yè)支持保護制度，發(fā)展多種形式適度規(guī)模經(jīng)營，培育新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體，健全農(nóng)業(yè)社會化服務體系，實現(xiàn)小農(nóng)戶和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有機銜接。促進農(nóng)村一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，支持和鼓勵農(nóng)民就業(yè)創(chuàng)業(yè)，拓寬增收渠道。

2017年12月，中央農(nóng)村工作會議指出：到2020年，鄉(xiāng)村振興取得重要進展，制度框架和政策體系基本形成；到2035年，鄉(xiāng)村振興取得決定性進展，農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化基本實現(xiàn)；到2050年，鄉(xiāng)村全面振興，農(nóng)業(yè)強、農(nóng)村美、農(nóng)民富全面實現(xiàn)。

“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃

2015年3月，李克強總理在第十二屆全國人民代表大會上提出：“制定‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動計劃，推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合，促進電子商務、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展。”

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與智慧農(nóng)業(yè)

我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是靠天吃飯，自然環(huán)境對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響很大。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)過程中，無論是農(nóng)作物的種植還是水產(chǎn)、畜禽的養(yǎng)殖，多憑農(nóng)牧漁民的經(jīng)驗和感覺進行生產(chǎn)，這不僅會造成作業(yè)效率低下、肥水藥的嚴重浪費，還使得農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全難以保證，很難做到精準化和利益最大化。智慧農(nóng)業(yè)通過智能硬件、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術對傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚進行升級改造，構建全程智能化的高效監(jiān)測控制管理體系，實現(xiàn)科學指導生態(tài)輪作，保證作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)、安全；建立線上運營和溯源系統(tǒng)，提高農(nóng)戶經(jīng)濟收益和品牌效益。對比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)量卻可達常規(guī)種植的3－5倍；環(huán)境的控制、灌溉和施肥無需人工勞作，而由水肥一體化灌溉系統(tǒng)精準完成，比大田漫灌節(jié)水70％－80％；種植空間不只限于平面，還可垂直立體，土地節(jié)約高達80％；打農(nóng)藥有無人機，大棚采摘有機器人，耕地、收割、曬谷、大米加工全程機械化……等等。

發(fā)展機遇

農(nóng)業(yè)經(jīng)過歷史長河的發(fā)展進程，發(fā)展到一定程度后，大多數(shù)會走多元化多功能的發(fā)展道路。隨著人工智能技術和自動控制技術的快速發(fā)展，智慧大棚應運而生，在現(xiàn)代化技術的應用下，農(nóng)業(yè)大棚中布置了大量的數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸、分析處理、自動控制裝置，能夠?qū)鹘y(tǒng)人工作業(yè)的經(jīng)驗與現(xiàn)代化的邏輯判斷、自動操控相結(jié)合，達到大棚環(huán)境實時監(jiān)測、生產(chǎn)工序自動執(zhí)行的效果。智能溫室大棚能有效提供單位土地投入產(chǎn)出比，高效利用各種資源能源，切實促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動效益的提升。

二、解決方案

1、系統(tǒng)組成及技術介紹
       智能溫室大棚控制系統(tǒng)充分利用現(xiàn)代信息技術，集成軟件、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)技術、音視頻技術、3S技術、無線通訊技術及專家智慧與知識，實現(xiàn)大棚控制各關鍵環(huán)節(jié)的信息化、標準化，是云計算、物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)等多種信息技術在大棚控制中綜合、全面的應用，實現(xiàn)更完備的信息化基礎支撐、更透徹的農(nóng)業(yè)信息感知、更集中的信息資源、更廣泛的互聯(lián)互通、更深入的智能控制、更貼心的公眾服務。

       智能溫室大棚系統(tǒng)包含環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、智能控制子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析和管理子系統(tǒng)等四大部分組成。另外還可以根據(jù)客戶需求進行系統(tǒng)擴展，例如擴展農(nóng)作物生長監(jiān)測子系統(tǒng)、智能施肥灌溉子系統(tǒng)（水肥一體化控制系統(tǒng)）、大棚補溫系統(tǒng)、補氣系統(tǒng)等。

2、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)是智能溫室大棚控制系統(tǒng)的核心部分，通過安裝溫度、濕度、光照度、CO2濃度等傳感器，對溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線傳輸技術發(fā)送至中心控制器，形成一份詳細的溫室大棚環(huán)境參數(shù)報告。

       數(shù)據(jù)中心根據(jù)前端智能硬件上傳的數(shù)據(jù)可以實時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)和查看植物生長分析曲線圖，也為后續(xù)的自動控制提供服務。

3、智能控制子系統(tǒng)

溫室大棚智能控制子系統(tǒng)是基于監(jiān)測子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過將傳感器與控制器（聯(lián)動設備）相連，控制器可以根據(jù)環(huán)境參數(shù)的變化，通過中心控制器，對溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照等參數(shù)進行調(diào)節(jié)和控制，以保持最適宜的生長環(huán)境。此外，還可以自定義規(guī)則，讓整個溫室設備隨環(huán)境參數(shù)變化自動控制，比如當棚內(nèi)溫度過高時，溫室卷膜和通風系統(tǒng)開始自動打開。還可以通過將傳感器與灌溉和施肥設備相連，控制器根據(jù)土壤環(huán)境參數(shù)的變化，自動調(diào)整灌溉和施肥的量和時間，以保持最佳的生產(chǎn)環(huán)境和肥料施用效果。

（1）大棚自然通風系統(tǒng)（卷膜、側(cè)窗天窗系統(tǒng)）

溫室內(nèi)的自然通風可通過卷膜器通風系統(tǒng)實現(xiàn)通風換氣，卷膜器通風系統(tǒng)是通過卷/鋪塑料膜以達到開啟或關閉通風口，實現(xiàn)通風換氣。卷膜系統(tǒng)一般由電動卷膜器、卷膜桿、壓膜卡和卷膜搖柄、繩子、軸承座等組成，卷膜器工作時帶動卷膜軸轉(zhuǎn)動，將塑料膜卷在軸上，由此形成溫室大棚的通風。

卷膜器系統(tǒng)一般有側(cè)窗通風、天窗通風兩類。可以通過手動和自動兩種模式來控制卷膜器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)塑料卷膜的打開和關閉。自動模式下可以通過棚內(nèi)溫度上下限和設置時間節(jié)點來控制卷膜器的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)自動化控制。

（2）強制降溫通風系統(tǒng)（風機、濕簾系統(tǒng)）

濕簾安裝在溫室的北端面，風機安裝在溫室的南端面，當需要降溫時，啟動風扇，將溫室內(nèi)的空氣強制抽出，造成負壓，同時，水泵將水打在對面的濕簾墻上，室外空氣被負壓吸入室內(nèi)時，以一定的速度從濕簾的縫隙穿過，導致水分蒸發(fā)、降溫，吸收室內(nèi)熱量后，經(jīng)風扇排出，從而達到降溫的目的。

濕簾外側(cè)配備電動外開窗，安裝防蟲網(wǎng)，防止飛蟲、飛絮等堵塞濕簾。

（3）大棚卷簾控制系統(tǒng)

智能溫室大棚卷簾控制系統(tǒng)，可以通過手動和自動兩種模式來控制卷簾機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)棉被的打開和關閉。自動模式下可以通過設置時間節(jié)點來控制卷簾機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)自動化控制。棉被上限位，實行三重保護防止過卷，棉被下限位帶有延時功能，防止反卷。大大減少了大棚種植戶人工成本的投入。

（4）大棚補光系統(tǒng)

植物補光燈是依照植物生長的自然規(guī)律，根據(jù)植物利用太陽光進行光合作用的原理，使用燈光代替太陽光來提供植物生長發(fā)育所需光源的一種燈具。植物生長燈的主要用途是在自然光照不充足的情況下進行光照的補充，合理使用植物生長燈，可有效的提高大棚蔬菜產(chǎn)量和縮短生長周期，提高經(jīng)濟效益。

溫室大棚補光系統(tǒng)同樣也可以通過手動和自動兩種模式來控制補光燈的打開和關閉。自動模式下可以通過棚內(nèi)光照度的上下限和設置時間節(jié)點兩種模式來達到自動化控制。

4、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)主要用于監(jiān)視棚內(nèi)的實時環(huán)境以及植物的生長狀態(tài)。系統(tǒng)通過視頻監(jiān)控管理云平臺實現(xiàn)遠程監(jiān)控、視頻采集、錄像回放和智能運維，并為智能硬件數(shù)據(jù)傳輸提供服務。

5、數(shù)據(jù)分析和管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析和管理子系統(tǒng)主要用于對溫室大棚的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析和處理。通過將中央控制系統(tǒng)與云計算平臺相連，可以對溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)、土壤墑情數(shù)據(jù)、灌溉和施肥數(shù)據(jù)進行分析和處理，提供生產(chǎn)效率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和趨勢分析，以幫助農(nóng)民制定最佳的生產(chǎn)計劃和決策。

系統(tǒng)主要功能：

溫室大棚環(huán)境數(shù)據(jù)實時查看：通過電腦或手機遠程查看溫室的實時環(huán)境數(shù)據(jù)，包括空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照度、CO2濃度等；用戶可以直觀查看溫室環(huán)境數(shù)據(jù)的實時曲線圖，及時掌握溫室農(nóng)作物生長環(huán)境。

遠程自動控制：遠程、自動化控制溫室內(nèi)環(huán)境設備，提高工作效率，如自動灌溉系統(tǒng)、風機、卷簾、側(cè)窗等；可以自定義規(guī)則，讓整個溫室設備隨環(huán)境參數(shù)變化 自動控制，比如當土壤濕度過低時，溫室灌溉系統(tǒng)自動開始澆水；提供PC端和移動端，客戶可以在任意地點遠程控制溫室的所有設備。

智能報警：系統(tǒng)可以靈活的設置各個溫室不同環(huán)境參數(shù)的上下閥值。一旦超出閥值，系統(tǒng)可以根據(jù)配置，通過手機短信、系統(tǒng)消息等方式提醒相應管理者；報警提醒內(nèi)容可根據(jù)模板靈活設置，根據(jù)不同客戶需求可以設置不同的提醒內(nèi)容，滿足客戶個性化需求；可以根據(jù)報警記錄查看關聯(lián)的溫室設備，更加及時、快速遠程控制溫室設備，高效處理溫室環(huán)境問題；可及時發(fā)現(xiàn)不正常狀態(tài)設備，通過短信或系統(tǒng)消息及時提醒管理者，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行

歷史數(shù)據(jù)分析：系統(tǒng)可以通過不同條件組合查詢和對比歷史環(huán)境數(shù)據(jù)；支持列表和圖表兩種不同方式查看，用戶可以更直觀看到歷史數(shù)據(jù)曲線；與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)挖掘等技術可以分析更適合農(nóng)作物生長、能提高農(nóng)作物產(chǎn)量的環(huán)境參數(shù)，輔助決策。 

視頻監(jiān)控：遠程實時查看溫室大棚監(jiān)控視頻，并可以保存錄像文件，防止農(nóng)作物被盜等狀況出現(xiàn)。

6、擴展系統(tǒng)

（1）農(nóng)作物生長監(jiān)測子系統(tǒng)

農(nóng)作物生長監(jiān)測子系統(tǒng)主要用于監(jiān)測植物的生長狀態(tài)，例如生長速度、葉片顏色、葉面積等。通過將傳感器放置在植物周圍，可以實時監(jiān)測植物的生長狀態(tài)，并根據(jù)結(jié)果調(diào)整生產(chǎn)環(huán)境和肥料施用，以提高植物的生長速度和質(zhì)量。

（2）水肥一體化控制系統(tǒng)

水肥一體化系統(tǒng)通過土壤濕度傳感器來監(jiān)測土壤中的水分，當系統(tǒng)監(jiān)測到土壤水分低于標準值的時候，系統(tǒng)可以自動打開灌溉系統(tǒng)，為農(nóng)作物進行灌溉，當土壤水分達到標準以后，系統(tǒng)又可以自動關閉灌溉系統(tǒng)，用戶只需要提前設定好土壤水分的標準數(shù)據(jù)，就能實現(xiàn)自動化灌溉。另外水肥一體化系統(tǒng)對于施肥的控制也是根據(jù)傳感器監(jiān)測的，通過土壤養(yǎng)分傳感器，監(jiān)測土壤中的氮磷鉀含量，當檢測到土壤中的養(yǎng)分低于標準值，系統(tǒng)可以自動打開施肥系統(tǒng)，為土壤施肥，從而實現(xiàn)自動化施肥。

（3）大棚補溫系統(tǒng)

為了保持溫室大棚內(nèi)完美的保溫效果，采取的措施一般都是在溫室室內(nèi)頂部和四周安裝保溫被，或者在室內(nèi)安裝加熱風機，或者還可以在室內(nèi)安裝加熱管道（暖氣），通過供熱系統(tǒng)的熱水進出來達到保溫的作用。

（4）大棚補氣系統(tǒng)

寒冷的冬季，由于大棚內(nèi)空間相對封閉，CO2變化很大，白天室內(nèi)可降至150ppm，夜間則高達450-500ppm（植物正常光合作用的CO2濃度為300ppm）。將CO2的濃度增加到400-1000ppm或更高，能促進作物生長，有效提高作物的產(chǎn)量和改善作物品質(zhì)。

燃氣式二氧化碳發(fā)生器，可以應用于溫室、大棚，有效提高農(nóng)作物品質(zhì)、促進早熟、抵御病害、減少農(nóng)藥使用量等功效。

三、案例展示

1、運城市臨猗縣國家級有機旱作產(chǎn)業(yè)園智慧農(nóng)業(yè)項目

2、山西農(nóng)業(yè)大學霍州市馮南垣村特色產(chǎn)業(yè)提檔升級示范園區(qū)項目