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设施农业近年来快速发展,产生了一大批具有现代化技术,产学研一体化的大型和超大型农业生产基地。这些基地具有标准化、流程化、品牌化和规模化的特点,在都市农产品产业供应链上具有重要作用。如何运作这些基地,使得能源消耗,投入产出,节能减排等先进模式得以融入基地管理理念。作为一种系统化的理论研究,国内外很多学者进行了相关领域的探索。顾寄南(1999年)采用“ 大系统”理论对温室的管理和控制模型方面进行探索。采用系统工程的思路,综合信息化、系统化, 以工程技术、社会经济和生态环境等各方面的大系统来看待温室,指出大系统能够运行状态好、效益高、稳定可靠、优化协调。利用大系统分析、预测、规划、设计以改善大系统的运行状态, 提高运行效益,对于超大温室基地来说,是一种科学的办法。顾寄南, 毛罕平等(2001年)进一步阐释了温室系统综合动态模型,通过建模分析得出,现代温室是具有一定功能、相互间有机联系的、由许多要素组成的整体,它存在结构复杂的特征:包括作物、环境的硬子系统,包括经济软子系统,子系统下还有子系统;目标和功能综合;主动性;不确定性,由于作物生长对环境控制的要求没有精确值,因此最终是一种范围,具有模糊性等。这种描述准确概括了温室系统的特征。李医民等(2002年)提出了一种温室系统生态位智能控制方法,指出温室系统是明显具有非线性和时变性,是带约束的组合优化问题。以最佳生态位为标准的跟踪反馈控制, 并利用遗传算法实现最佳生态系统的模糊控制设计方法,能实现作物对生态环境的整体适应性。这些模型和算法的探索对温室精确控制具有重要意义。李红军(2007年)在温室系统中采用优化的模糊控制器,基本原理是基于遗传算法和BP 算法相结合的模糊神经网络控制,将两者结合。在无线控制信息采集和传输方面也有诸多研究。 温阳等(2007年)运用无线通信技术,应用PTR8000无线收发模块,配合VB和Flash技术组成的上位机系统,建立了具有强大功能、高度智能化、人性化操作平台的监视和控制系统。孙程光等(2007年) 基于无线传感器网络的智能温室系统,基于PTR8000 无线收发模块,配合VB 和Flash 技术组成上位机系统,建立了具有强大功能、高度智能化、人性化操作平台的智能温室环境监视和控制系统。郑文刚等(2005年)自动控制与计算机等数字化信息技术在水的精准控制方面具有重要意义。这些信息化手段的技术探索使得温室精准管理成为现实。
系统特点
整个温室基地的环境测控通过一个整合平台进行控制,通过子系统实现信息采集、人工经验、自动执行、数据分析等功能。菜单包括温室实况,园区气候,果园灌溉、土壤伤情,报警设置,数据分析等功能。
温室实况的数据是通过布置在没个温室的每个温室的传感器采集的。可分别进行调控,包含的信息有温度、湿度、光照、露点、低温和土壤水分等信息数据采集、显示和保存。通过温室三维结构图直观的显示传感器设备的布点位置情况。灌溉阀门的安装位置也明显的标示出来,形象直观,易于观察。
自动执行机构和控制程序的设计也考虑实际应用。保温被的卷展控制方式可选择手动控制或自动控制,其中手动方式可以通过红色启动按钮通过鼠标灵活控制。自动模式下,保温被电机的正反转作业可以通过下拉菜单进行设置,例如选择外保温展开程度为50%,系统可得出剩余展开时长,单位为秒。展开时长可以通过设置最大时限起到系统保护作用。展开保温被过程中作业具有一定风险,遇见人被压入等危险情况可以通过展开急停开关立即停止。
同样在收拢保温被的同时也可选择手动控制或自动控制,其中手动方式同样可以通过显眼颜色的启动按钮采用鼠标灵活控制。对应自动模式下,保温被电机的正反转作业可以通过下拉菜单进行设置,例如选择外保温收拢程度为50%,系统可得出剩余收拢时长,单位为秒。收拢时长可以通过设置最大时限起到系统保护作用。收拢时的危险同样被考虑。保温被过程中作业具有一定风险,遇见人被卷入等危险情况可以通过展开急停开关立即停止。
通风天窗也采用上述的类似控制逻辑进行调节,对开关程度,剩余时长,总时长进行设置和自动控制。采用动态条可以动态显示目前的作业程度,起到直观提醒的作用。
视频监控方便控制室随时监控每一个温室的视频画面,可以录像每一个温室实际情况,并对数据进行备份。
园区的气象数据可通过分布在园区温室群中的气象站自动监控,气象数据被发送到控制中心的系统里,在同一平台上所有数据进行综合,有助于根据气候条件灵活调节保温被的展合和天窗的开闭。图1为系统监控屏幕。
通过鼠标可以在系统的三维图上漫游,鼠标点击相关的传感器及装备,当前的装备数据就会显示在屏幕上,这样能在整个园区的俯瞰角度上,很方便的了解不同区域,不同设备运行情况以及设备当前的数据。
功能拓展
系统开放性的平台可以接纳许多外围的智能设备,例如智能通风控制器、无线卷帘控制器、臭氧发生器、CO?2补充机、补光灯、环流通风装置,这些装备运行在同一个平台有助于构建“大系统”,通过整体模型实现所有数据的动态分析和决策,提高了实用性和准确性。
应用
北京农业智能装备技术研究中心在昌平小汤山国家精准农业基地进行系统搭建以及应用示范,图2是中控室的运行情况。持续运行多年来,整体非常稳定,并通过技术人员的不断努力,系统不断完善。这个系统平台对于整个园区的高效精准管理发挥巨大作用,所积累的数据对于持续深入研究提供很好的参考价值。
系统特点
整个温室基地的环境测控通过一个整合平台进行控制,通过子系统实现信息采集、人工经验、自动执行、数据分析等功能。菜单包括温室实况,园区气候,果园灌溉、土壤伤情,报警设置,数据分析等功能。
温室实况的数据是通过布置在没个温室的每个温室的传感器采集的。可分别进行调控,包含的信息有温度、湿度、光照、露点、低温和土壤水分等信息数据采集、显示和保存。通过温室三维结构图直观的显示传感器设备的布点位置情况。灌溉阀门的安装位置也明显的标示出来,形象直观,易于观察。
自动执行机构和控制程序的设计也考虑实际应用。保温被的卷展控制方式可选择手动控制或自动控制,其中手动方式可以通过红色启动按钮通过鼠标灵活控制。自动模式下,保温被电机的正反转作业可以通过下拉菜单进行设置,例如选择外保温展开程度为50%,系统可得出剩余展开时长,单位为秒。展开时长可以通过设置最大时限起到系统保护作用。展开保温被过程中作业具有一定风险,遇见人被压入等危险情况可以通过展开急停开关立即停止。
同样在收拢保温被的同时也可选择手动控制或自动控制,其中手动方式同样可以通过显眼颜色的启动按钮采用鼠标灵活控制。对应自动模式下,保温被电机的正反转作业可以通过下拉菜单进行设置,例如选择外保温收拢程度为50%,系统可得出剩余收拢时长,单位为秒。收拢时长可以通过设置最大时限起到系统保护作用。收拢时的危险同样被考虑。保温被过程中作业具有一定风险,遇见人被卷入等危险情况可以通过展开急停开关立即停止。
通风天窗也采用上述的类似控制逻辑进行调节,对开关程度,剩余时长,总时长进行设置和自动控制。采用动态条可以动态显示目前的作业程度,起到直观提醒的作用。
视频监控方便控制室随时监控每一个温室的视频画面,可以录像每一个温室实际情况,并对数据进行备份。
园区的气象数据可通过分布在园区温室群中的气象站自动监控,气象数据被发送到控制中心的系统里,在同一平台上所有数据进行综合,有助于根据气候条件灵活调节保温被的展合和天窗的开闭。图1为系统监控屏幕。
通过鼠标可以在系统的三维图上漫游,鼠标点击相关的传感器及装备,当前的装备数据就会显示在屏幕上,这样能在整个园区的俯瞰角度上,很方便的了解不同区域,不同设备运行情况以及设备当前的数据。
功能拓展
系统开放性的平台可以接纳许多外围的智能设备,例如智能通风控制器、无线卷帘控制器、臭氧发生器、CO?2补充机、补光灯、环流通风装置,这些装备运行在同一个平台有助于构建“大系统”,通过整体模型实现所有数据的动态分析和决策,提高了实用性和准确性。
应用
北京农业智能装备技术研究中心在昌平小汤山国家精准农业基地进行系统搭建以及应用示范,图2是中控室的运行情况。持续运行多年来,整体非常稳定,并通过技术人员的不断努力,系统不断完善。这个系统平台对于整个园区的高效精准管理发挥巨大作用,所积累的数据对于持续深入研究提供很好的参考价值。