北 方 園 藝 農(nóng)業(yè)信息技術(shù) 第一作者簡介 王勇 男 碩士 助理研究員 現(xiàn)主 要從事蔬菜育種與農(nóng)業(yè)信息化等研究工作 責(zé)任作者 姜俊 男 博士 研究員 現(xiàn)主要從事蔬 菜育種與農(nóng)業(yè)信息化等研究工作 基金項(xiàng)目 國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助項(xiàng)目 河南省科技攻關(guān)資助項(xiàng)目 河南 省大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助項(xiàng)目 河南 省創(chuàng)新型科技團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目 收稿日期 日光溫室蔬菜智能化管理系統(tǒng)建模 王 勇 姜 懿 芮 徐 志 穎 姜 俊 趙 紅 星 李 艷 駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 河南 駐馬店 鄭州大學(xué) 信息工程學(xué)院 河南 鄭州 鄭州大學(xué) 國際學(xué)院 河南 鄭州 摘 要 隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展 智能化管理將在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用 針對智能化管理 在日光溫室蔬菜生產(chǎn)中尚鮮見報道的情況 該研究以日光溫室蔬菜為研究對象 通過對日光 溫室環(huán)境特征的分析 設(shè)計(jì)一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的低成本溫室監(jiān)測系統(tǒng) 用于監(jiān)測 溫度 濕度 二氧化碳濃度等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù) 并建立日光溫室蔬菜系統(tǒng) 通過建模 建立不同 子模塊 實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)的智能化管理 關(guān)鍵詞 日光溫室蔬菜 智能化 系統(tǒng)建模 裝備系統(tǒng) 中圖分類號 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 文章編號 在全球信息化和數(shù)字化的背景下 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè) 正在逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫珳?zhǔn)農(nóng)業(yè) 日光溫室栽培是中國 較多地方蔬菜生產(chǎn)的主要方式 近年來 雖然 一些現(xiàn)代智能溫室正在興起 但傳統(tǒng)溫室仍然占 主導(dǎo)地位 大多數(shù)溫室設(shè)備配置落后 蔬菜生產(chǎn)管 理效率低下 智能化管理是一種集傳感器 自 動化控制 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸 信息存儲和信息處理的 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 目前 智能化管理已廣泛應(yīng) 用于環(huán)境監(jiān)測且發(fā)展較快 然而在日光溫室蔬菜 生產(chǎn)中卻鮮見報道 隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展 智能化管理模式在日 光溫室蔬菜生產(chǎn)有著廣泛的應(yīng)用 通過對日 光溫室環(huán)境特征的分析 建立日光溫室蔬菜系統(tǒng) 通過系統(tǒng)建模 建立系統(tǒng)的不同子模塊 實(shí)現(xiàn)智能 化管理 日光溫室蔬菜系統(tǒng)智能化管理將發(fā)揮重 大作用 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的科學(xué)化和規(guī)?；?提高農(nóng)作物 的產(chǎn)量 增加災(zāi)害天氣的預(yù)防機(jī)制 促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 的發(fā)展 智能化管理系統(tǒng)的架構(gòu) 系統(tǒng)需求分析 將日光溫室配備一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 該節(jié)點(diǎn)連接到空氣溫度 濕度 二氧化碳濃度以及 土壤濕度傳感器 用來測量溫室內(nèi)部和外部值 天線從每個溫室向外延伸 以收集預(yù)先定義的同 時建立了一個無線網(wǎng)絡(luò) 因此 數(shù)據(jù)被傳送到一 個基地 按預(yù)定的時間順序打包發(fā)送到蔬菜數(shù)據(jù) 中心的站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時數(shù)據(jù)發(fā)布 訪問實(shí)時監(jiān) 控數(shù)據(jù) 該系統(tǒng)可以全自動采集數(shù)據(jù) 實(shí)現(xiàn)對溫 室數(shù)據(jù)的全程監(jiān)控 并采集指定的溫室監(jiān)控數(shù)據(jù) 管理員接收蔬菜的數(shù)據(jù) 實(shí)時通過 網(wǎng)絡(luò)向蔬 菜數(shù)據(jù)中心發(fā)送監(jiān)控數(shù)據(jù) 該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下 功能 自動收集所有大棚的監(jiān)控數(shù)據(jù) 定期傳 輸監(jiān)控數(shù)據(jù)和任何報警信息 并將溫室 與管理 人員的電話號碼相匹配 滾動顯示基站屏幕上的 信息 獲取指定的監(jiān)測溫室數(shù)據(jù) 發(fā)送給用戶 發(fā)送實(shí)時的通過 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的溫室數(shù)據(jù) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)模塊 基站模塊和數(shù)據(jù)分 發(fā)模塊組成 節(jié)點(diǎn)模塊放置在溫室內(nèi) 基站模塊 放置在溫室外的公共區(qū)域 基站配有 對溫 室內(nèi)外的空氣溫度 濕度 二氧化碳濃度以及土壤 濕度等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布模塊包括安裝在 蔬菜數(shù)據(jù)中心 基站中的 傳輸模塊與網(wǎng)絡(luò) 發(fā)布模塊中的 發(fā)送器模塊之間的網(wǎng)絡(luò) 發(fā)布模塊安裝在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心 安裝在任 何具有固定 的計(jì)算機(jī)上 系統(tǒng)采用 種網(wǎng)絡(luò) 通信方式 無線在節(jié)點(diǎn)和基站之間形成的網(wǎng)絡(luò) 基站 傳輸模塊與 釋放模塊 傳輸模塊之間的 網(wǎng)絡(luò) 日光溫室蔬菜系 統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)見圖 圖 日光溫室蔬菜系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)模塊的建立 日光溫室蔬菜系統(tǒng)是一種融合了物聯(lián)網(wǎng) 傳 感器知識的現(xiàn)代技術(shù) 包括自動化控制 數(shù)字網(wǎng)絡(luò) 傳輸 信息存儲和信息處理技術(shù) 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn) 日光溫室蔬菜科學(xué)種植 降低環(huán)境監(jiān)測方面的管 理成本 根據(jù)溫室環(huán)境特征分析 設(shè)計(jì)一套實(shí)用 低成本的管理系統(tǒng) 系統(tǒng)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù) 參數(shù)包含監(jiān)測空氣溫度 濕 度 二氧化碳濃度和土壤濕度 系統(tǒng)利用智能化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 對溫室蔬菜的 生長狀況進(jìn)行監(jiān)測 完整的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)包括一 組傳感器節(jié)點(diǎn) 對應(yīng)的基站和相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中 心 無線傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)以微處理器為核心 組件用于節(jié)點(diǎn)之間的無線通信 有了微處理器和 嵌入式操作系統(tǒng) 一個專有的開發(fā)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)流入 屏幕顯示 系統(tǒng)配置和基于 的遠(yuǎn) 程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) 通過客戶機(jī) 服務(wù)器模式 管理遠(yuǎn)程 數(shù)據(jù)中心軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)分發(fā)和時間序列分析 還開發(fā)了一種針對短消息實(shí)時發(fā)送接口 圖 系統(tǒng)的建模 將種植蔬菜的日光溫室系統(tǒng)的每個子模塊通 過 工具建立模型 為了方便對系統(tǒng)每個模 塊的分析 能夠直觀觀察子系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 提取 子系統(tǒng)的內(nèi)部信息 加深對系統(tǒng)模塊的理解 溫室嵌入式操作系統(tǒng)的建模 溫室嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集類圖中有蔬菜數(shù) 據(jù) 溫室管理員 溫室用戶 蔬菜數(shù)據(jù)查詢 蔬菜數(shù) 據(jù)交換 蔬菜數(shù)據(jù)檢測幾類 蔬菜數(shù)據(jù)有名稱 類 型的屬性 有下載 選擇的操作 溫室用戶有姓 名 地址 的屬性 有注冊 發(fā)現(xiàn)的操作 溫室 管理員有姓名 工號 上崗時間的屬性 有注冊 管 理的操作 蔬菜數(shù)據(jù)查詢有路徑 表名 密碼的屬 性 有選擇的操作 蔬菜數(shù)據(jù)交換有路徑的屬性 有選擇的操作 蔬菜數(shù)據(jù)檢測有路徑 表名的屬 性 有選擇的操作 溫室傳感器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng) 溫室傳感器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理類圖有原始 第 期 北 方 園 藝 圖 日光溫室設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng) 蔬菜數(shù)據(jù) 蔬菜數(shù)據(jù)預(yù)處理 蔬菜數(shù)據(jù)分路 蔬菜 數(shù)據(jù)管理和報告生成等種類 原始蔬菜數(shù)據(jù)包括 蔬菜名 類型的屬性 有接收的操作 蔬菜數(shù)據(jù)預(yù) 處理包括 檢查和對接的操作 蔬菜數(shù)據(jù)分路 包括緩變參考分路 速變參考分路 時間修正和零 點(diǎn)修正的操作 蔬菜數(shù)據(jù)管理包括任務(wù)編號的屬 性 對蔬菜數(shù)據(jù)修改的一系列操作 原始蔬菜數(shù) 據(jù)和蔬菜數(shù)據(jù)之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系 蔬菜預(yù)處理和 蔬菜數(shù)據(jù)分路之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系 蔬菜數(shù)據(jù)分路 和蔬菜數(shù)據(jù)管理之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系 原始蔬菜數(shù) 據(jù)和生成報告之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系 蔬菜數(shù)據(jù)管理 與生成報告之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系 溫室傳感器節(jié)點(diǎn) 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的類圖見圖 圖 溫室傳感器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的類圖 北 方 園 藝 月 上 結(jié)論 智能化管理的應(yīng)用 解決了日光溫室蔬菜生 產(chǎn)中的信息獲取 傳輸 互聯(lián)以及不同應(yīng)用環(huán)境的 決策智能化 推動了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展 使精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) 技術(shù)真正進(jìn)入到實(shí)際生產(chǎn)中 建立的日光溫室蔬 菜系統(tǒng)可以對日光溫室蔬菜進(jìn)行科學(xué)化 標(biāo)準(zhǔn)化 種植 提高生產(chǎn)效率 對日光溫室蔬菜系統(tǒng)進(jìn)行建 模 可以增加日光溫室蔬菜智能化管理 通過 的建模技術(shù) 建立日光溫室蔬菜 系統(tǒng)的 模型 確立整體系統(tǒng)的每個子系統(tǒng) 的模塊圖 該研究首先分析日光溫室蔬菜系統(tǒng)的 需求 研究 建模 模型檢測的現(xiàn)狀以及發(fā)展 趨勢 闡述 模型建模的方式 總結(jié) 常 用的建模工具 設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊組成和各模塊的子 系統(tǒng) 并對子系統(tǒng)進(jìn)行 建模 為了便于精 準(zhǔn)農(nóng)業(yè)蔬菜系統(tǒng)的智能化管理 該研究確立日光 溫室蔬菜系統(tǒng)組成 將系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 視 頻監(jiān)控系統(tǒng) 遠(yuǎn)程控制等系統(tǒng) 建立溫室蔬菜系統(tǒng) 的 模型圖 對系統(tǒng)里的每個模塊進(jìn)行建模 參考文獻(xiàn) 王勇 段玉聰 姜懿芮 等 設(shè)施蔬菜生產(chǎn)大數(shù)據(jù)挖掘及應(yīng)用 中國瓜菜 王文生 郭雷風(fēng) 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)及其應(yīng)用展望 江蘇農(nóng)業(yè)科 學(xué) 張紅宇 張海陽 李偉毅 等 中國特色農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化 目標(biāo)定 位與改革創(chuàng)新 中國農(nóng)村經(jīng)濟(jì) 李祎 郎德山 物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)助推壽光蔬菜產(chǎn)業(yè)上檔升級 中國瓜菜 戴軍 新加坡循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對中國建設(shè)瓜菜特色小鎮(zhèn)的啟 示 中國瓜菜 王曉敏 鄧春景 基于 互聯(lián)網(wǎng) 背景的我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展 策略與路徑 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 鄒承俊 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在蔬菜溫室大棚生產(chǎn)中的應(yīng)用 物 聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 孫忠富 杜克明 鄭飛翔 等 大數(shù)據(jù)在智慧農(nóng)業(yè)中的研究與 應(yīng)用 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報 第 期 北 方 園 藝