基于物联网的高档花卉智慧大棚关键技术研究.doc

基于物联网的高档花卉智慧大棚关键技术研究.doc

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基于物联网的高档花卉智慧大棚关键技术研究

一、立项依据

1、本项目国内外科技创新发展概况和最新发展趋势

随着人们物质和精神文化不断提高，在各种场合，特别是喜庆布置，家庭装饰和大型礼仪布置等方面，盆栽花卉深受大家喜欢，市场需求量较大，国内外都进行广泛栽培。

在我国，由于高档花卉生产起步较晚，生产设施较落后，栽培技术相对落后，难以规模化生产出高品质的花卉产品，市场竞争力不强，且主要以自然开花为主，花期较短，供应期相对集中，商品经济效益不高。

特别是一些高档花卉，对环境要求较高，在华东地区无法在室外栽培，因此大多采用大棚栽培。

但是大棚栽培对棚内的光照、温度和湿度等环境的控制要求比较高，传统的人工检测和调节难度较大，且精度不高，这样使得温室的利用率比较低。

目前随着科技的不断发展，有些大棚也已经开始使用一些传感器监测大棚内的环境，但也只局限于环境的监测。

根据监测到的数据，技术人员才会对大棚的环境进行调整。

本课题提出的基于物联网的智慧大棚主要是是利用物联网及分布式传感器网络将温室内的光照、温度、湿度、二氧化碳含量、作物长势、土壤质地和养分水分状况等进行采集、存储、传输、处理和输出，再与信息转换、实时控制、专家系统相配合，按区内要素的空间变量数据精确设定最佳施肥、灌溉、光照控制、加湿等多种农事操作，使传统的粗放生产变为精细农作，从而可以显著提高水、肥等的利用效率，以最经济的投入获得最佳产出。

与传统的温室相比，智慧大棚，除了能够保证棚内花卉的高质量外，还能够对温室环境的控制来调整高档花卉的长势，使得这些花卉能够提前或者滞后进入花期，从而使得花卉提前上市，并延长上市的时间从而获得更高的经济效益。

2、本项目研究的目的、意义

（1）全面提高花卉产品的品质，满足人们物质文化生活的需要

随着花卉产业的壮大，为了能让自己的产品在繁多的花卉市场上具有“鹤立鸡群”的效果，要求花卉产品必须力举新招牌来满足消费者求新求异的消费心理，只有这样才能沉着应对国内外市场的激烈竞争。

实现基于物联网的高档花卉智能大棚系统正是利用科技助农技术、提升花卉品质、丰富我国花卉种类的具体战略与举措。

（2）改善花卉特性，提高市场竞争力

通过智慧大棚的专家系统，可以调整花卉栽培过程中的一些环境参数，如日照，日夜温度差等参数来控制花卉的长势。

这就能够使得花卉提前或者滞后上市，避开花卉集中上市的高峰时间段，从而延长了花卉的供应期，大大提高了花卉的市场竞争力。

（3）结合新一轮农业产业结构调整，形成强势产业的需要

基于物联网的智能大棚系统，能够将传统温室大棚粗放的生产方式彻底改变，利用专家数据库分析系统，能够科学合理利用科学技术发展温室花卉栽培技术，使其成为一种精细农作。

该技术能够有效地促进新北区农业结构调整，增加农业产品的附加值，使农业增效、农名增收，并逐步广泛推广，实现规模化和产业化生产，成为带动当地经济发展的龙头，形成常州农业生产的特色产业。

（4）有效地保护生态环境，发展生态农业和可持续发展的需要

实施本项目可以有效地控制和减少化学农药、化肥等对环境的污染，保护和改善生态环境，保持农业生物多样性和生态平衡。

同时，绿色植物的栽培覆盖，能防止水土流失，对维持生态平衡起到重要作用。

花卉植物的大量栽培，能促进光合作用，有效杀灭空气中的细菌，保证人体健康。

4、本项目研究国内外竞争情况及产业化前景

目前，物联网在温室大棚中有着广泛的应用，无论是从农产品种植的培育阶段还是收获阶段，都可以用物联网的技术来提高工作效率和精细管理。

种植准备的阶段，可以在温室内布置传感器，分析实时土壤信息，以选择合适的农作物;种植和培育阶段，可以用物联网的技术手段采集温度湿度的信息，进行高效的管理，从而应对环境的变化;农产品的收获阶段，也可以利用物联网的信息，采集传输阶段使用阶段的各种性能，反馈到前端，从而在种植收获阶段进行更精准的测算。

本智慧大棚项目除了完成物联网在农业中的基本应用外，还包含以下三个平台：

·精准花卉栽培管理平台——建立环境参数分析控制模型，利用无线传感器网络监测花卉温室的局部环境参数和周边地区的区域环境参数并加以分析，然后通过PLC实现温室机械装置的自动控制，使花卉生长在适宜的温度、湿度、光照和CO2环境中。

·精准花卉栽培专家系统——建立花卉栽培专家知识库，建立花卉栽培环境参数数据仓库，通过人工智能和数据挖掘技术实现花卉栽培管理、生长发育诊断和病虫害诊断。

·精准生态农业公共服务互动平台——建设互联网互动平台，使消费者体验精准花卉栽培全过程，了解花卉知识，促进花卉市场健康化发展；使种植户获得园艺专家技术支持，提升花卉栽培产业水平。

通过智慧大棚的应用，能够有效的提高花卉的成品质量，在脱叶、花卉长势、花期控制等方面有很好的效果。

这使得花卉产品在市场的竞争里更加明显，提高市场的占有率。

二、研究内容

1、具体研究开发内容和重点解决的关键技术问题

（1）构建智慧大棚环境监测系统

在本项目中，我们将利用先进的高可靠低功耗无线传感器网络节点，采集精准温室花卉栽培的数据，包括温度、湿度、光照、CO2浓度等。

通过专有协议及互联互通网关将数据传输到生产管理中心。

对于一个精准温室花卉栽培环境监测系统，无线传感器网络的设计会面临许多技术挑战。

这些挑战部分是无线传感器网络设计中的难点，一部分是农业生产监测本身的自身特性所导致的设计难点。

（2）建立健全花卉栽培专家数据库系统

专家系统技术是人工智能中面向应用的重要分支之一。

专家系统与一般人工智能系统又有所区别。

最重要的特征是它的研究对象不是普通人的职能，而是某个领域具有技术特长的专家解决专门问题的本领。

知识和推理构成专家系统的两大要素。

因此，专家系统是一个由存放专门领域知识的知识库，以及一个能选择和运用知识的推理机制组成的计算机系统。

根据专家库的特点，邀请花卉栽培方面的专家组与公司技术骨干完成花卉栽培的专家系统。

图1专家系统示意图

（3）智慧大棚精确反馈全自动控制系统

当温室环境参数发生异常时，必须及时地对该环境参数值进行调整，也就是必须及时地启动相应的设备来改变温室环境，体现出实时性。

同时，温室的环境控制通过不同的配套设施来实现，这就包含多个控制任务，其中有些是定时任务（如灌溉等），有些是随即任务（如降温等），只有它们互相协调，并发执行，才能达到好的控制效果，体现出多任务和并发性。

不同执行机构对温室环境可能产生相同的影响，因此对执行机构的控制要考虑一定的顺序问题，以提高控制效果，减少运营成本。

为此针对本项目的一些特点，将采用一种基于反馈量的智慧大棚精确自动控制系统。

（4）构建WEB服务器平台，实现远程登录访问

消费者通过互联网不仅仅可以购买到自己需要的商品，同时在该项目所提供的参与性网站中，消费者还可以全过程体验花卉栽培，不但可以了解花卉栽培的全过程，同时也加深对于高附加值生态农产品的认知。

在该平台所提供的在线品种展示中，消费者可以了解到不同品种花卉的具体信息，从而对于消费者的购买选择起到导引的作用。

同时，在花卉的栽培过程中，如遇到突发或者专家数据库无法解决的问题时，可以请专家通过互联网远程登录并提供技术支持，查看问题的实际情况，以及监测数据，共同分析原因解决问题。

（5）构建花卉成长数据库，实现追溯功能

通过对花卉栽培的全过程进行跟踪监测，从种子、基土的选择到花卉的上市。

该数据库系统将记录所有的信息，包括日常环境变量、花卉长势，施肥等。

通过分析这些数据记录，能够分析花卉的各成长阶段对环境的要求，通过不断改善专家数据库系统能够更加高效的实现花卉的人工智能栽培。

2、项目的特色和创新之处

“基于物联网的高档花卉智慧大棚关键技术研究”项目的创新之处在于：

（1）建立温室花卉栽培专家系统

该专家系统主要包括花卉知识数据库、推理机构、解析机构和人机交互接口，通过获取到得环境参数，自适应计算及调整环境温度，使得花卉始终在最佳的环境中生产。

（2）基于反馈环境变量的精确控制

在普通的温室控制系统中，大部门控制技术都是基于开关量的，而基于反馈的精确控制则是通过对环境变化的增量来不断调整控制信号，使得调节能够快速、稳定的到达预定环境。

（3）花卉溯源系统

该系统的主要功能是记录花卉栽培的全过程，并记录成长过程中所有的环境变量情况以及花卉成长情况。

对以后改善花卉的栽培技术提供参考，并能够为专家系统提供帮助。

（4）专家系统的云服务功能

在该项目中，为了能够达到环境的自动控制，我们建立了专家系统，但是作为一个专家系统不应该仅仅为本公司的作物栽培提供帮助，同时也可以通过服务器开放一个接口，为本地其他花卉种植户也提供服务。

只要将他们的温室环境变量上传给专家系统，专家系统通过计算返回一个控制结果，从起到调节的功能。