文档介绍：基于物联网技术的精细农业解决方案
北京中能普瑞技术有限公司
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基于物联网技术的精细农业解决方案
一、现代农业发展的趋势
国际农业的发展经历了原始农业、传统农业和现代农业三个主要
发展阶段。本世纪以来,农业的发展在取得成就的同时,带来了严重
的环境问题。对此,人们提出了一系列的替代农业对策,如回归型农
业、生态农业、有机农业、综合农业等发展模式。自 90 年代以来,
随着全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、变
量处理设备(VRT)和决策支持系统(DSS)等技术的发展,精细农业
作为基于信息高科技的集约化农业问世了,并成为农业可持续发展的
热门领域。精细农业的核心是指实时地获取地块中每个小区土壤、农
作物的信息,诊断作物的长势和产量在空间上差异的原因,并按每一
个小区做出决策,准确地在每一个小区上进行灌溉、施肥、喷药,以
达到最大限度地提高水、肥和杀虫剂的利用效率,增加产量,减少环
境的污染的目的。
近几年来,美国、欧洲一些技术先进的农场在精细农业方面已经
进入中等规模的实施阶段。国外精细农业的实践表明:精细农业不仅
具有重要的经济效益,而且其获取的详细耕作信息有助于解决许多未
知问题。精细农业的根本效益体现在降低作物的生产成本和过量施用
农化产品的污染风险。"精细农业"研究的革命性的意义是提出了一
种经营现代农业的新技术思想并付诸于实践,发展前景已在国际上具
有广泛的共识。
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图 1 以色列的现代农业
同时,为提高农业生产的效益并增强农作物的抗灾能力,设施农
业(又称工厂化农业)已成为一种新兴的农业产业。设施农业是借助温
室及其配套装置来调节和控制作物生产环境条件的新农业生产方式,
是农业摆脱自然制约的有效手段,是对常规农业的革命性发展,是高
产、高效、优质和技术密集型的农业。近年来,国外如以色列、荷兰
等。我国近年来,塑
料大棚和日光温室为主体的设施农业正迅速发展,但与国外相比,普
遍存在科技含量低、劳动强度大、生产水平和效益低下。因此,迫切
需要技术改进,以提高我的设施农业,实现我国农业向精细化、集约化方向
发展,利用科技进步,特别是重视信息技术在农业领域的应用至关重
要。2009 年 8 月 7 日下午,国务院总理温家宝在无锡考察时指出,
物联网是新世纪影响人类发展的重要技术之一,并提出了"感知中国"
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的发展设想。实现物联网技术在农业领域中的应用是改善我国农业生
产手段、提高农业生产效率和生产水平的有益尝试。
二、环境对作物生长的影响
植物只有在一定的环境范围内才能够生长。环境对生长的影响是
综合的,它既可以通过影响光合、呼吸、蒸腾等代谢过程,也可以通
过影响有机物的合成和运输等代谢过程来影响植物的生长,还可以直
接影响土温、气温,通过影响水肥的吸收和输导来影响植物的生长。
(1) 温度和湿度:作物的生长与温度和湿度有密切关系,塑料大棚的
控制参数中,温度与湿度检测、控制是主要参数之一。
(2) 土壤干燥度:作物生长需要水份,在设施农业中如何灌水,做到
既不影响作物生长又不浪费水资源是至关重要的问题。土壤干燥度的
检测,需要用干燥度传感器。目前较广泛采用的干燥度传感器是由负
压传感器与陶瓷过滤管组成的。
(3) CO 2:农作物生长发育离不开光合作用,而光合作用又与 CO 2 有
关,所以控制 CO 2 的浓度,有利于作物的生长发育。
(4) 光照度:设施农业中,采用栽培管理自动化系统其光源完全为人
工光,而不用太阳光,采用光传感器来检测和控制光照强度,使作物
可以得到均匀一致的光照。
(5) 土壤养分:土壤养分依赖于施肥,合理施肥不仅可以提高作物产
量,而且可以避免过施肥而造成不必要的损失。土壤养分的测定包括
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土壤有机质、pH 值、氮、磷、钾以及交换性钙和镁的检测。土壤养
分测定,广泛采用离子、生物传感器。
相关资料表明,在可自动控制室内的温度、湿度、灌溉、通风、
二氧化碳浓度和光照的温室中, 每平方米温室一季可产番
30kg~50kg,黄瓜 40kg,相当于露地栽培产量 10 倍以上。其他各类
作物在这种环境下的产量也将得到明显的提升。
图 2 不同耕作环境单位产量比较
对于温室葡萄生产过程中环境条件调控的好坏直接影响着温室
葡萄栽培的成败。因此,环境调控成为生产中的关键技术。如何科学、
合理地调节温室内的温度、湿度、光照、水分、气体等生态环境因子