信息化技术在设施农业中的应用与探索

汪玉芹（青海省海东市互助县塘川镇农村社会经济服务中心，青海 海东 810500）

党中央高度重视信息化建设，在各级政府的努力下，设施农业信息化基础建设提高了发展速度，农业领域广泛应用信息化技术。特别是近几年，5G网络普及应用，信息技术进入快速发展环节，信息技术深入融合农业生产、经营和管理等，保证了农业领域的发展质量，为农业可持续发展提供了动力。

1 信息化技术在设施农业应用的必要性

农业生产的分散性、封闭性和滞后性通过信息化技术有效解决，信息化技术便利了信息推广和农产品销售，党和国家正在全面发展“三农”经济。互助县是农业大县，地域辽阔，大量农民特别是偏远地区的农民，无法获取各种农业信息，因此，在推进农业生产中制定的经营决策较模糊。为了提高农村地区信息化建设水平，互助县首先安装语音服务电话，农民从服务热线了解农业、畜牧、林业、水利等方面的政策信息，得到不同的信息知识。二是初步建立覆盖农业和农村经济社会的采集和运输信息渠道，保证信息资源的开发效率，形成现代化农村服务体系。三是为了发展农业与农村经济，建立信息化人才团队。

2 信息化技术在设施农业推广中存在的问题

2.1 缺少先进的信息化技术

当前，国内研究精细作业技术与智能装备处在初级阶段，与先进国家差异较大。不能结合国内农业生产的现实情况建立信息化服务系统，增加了维护成本。农业机器人正在试验研究中，尚未大规模在设施农业发挥其作用。

2.2 信息化技术应用成本高

连栋温室提高了标准化水平，应用先进的设备，大规模推广信息技术；其他设施降低标准化程度，大部分采取手工配套装备，需改建后应用信息化技术，但信息化建设投入较大，收效少，回收投资时间长。

2.3 设施农业信息化建设碎片化

信息化过程需要不同的数据，如农业遥感数据、气象数据、土肥水数据等，因采取不同的数据标准、不规范的表达方式，造成数据间缺乏兼容，在开放的农业数据库无法共享操作，很多智能服务系统难以互动操作。建设出现碎片化问题，不利于纵深发展设施农业信息化技术。

2.4 复合型技术人才不足

设施农业的一线信息化管理人员综合水平偏低，无法娴熟应用互联网及计算机等信息技术、科技知识，加之专业信息化人才严重缺少农业知识，直接影响设施农业中信息化技术发挥作用。

3 信息化技术在设施农业中的应用

人工需对农作物生长情况、生长条件等不定期监控，难以发现农作物生长过程的疾病、营养元素不足等问题。设施农业为农作物生长创造可控环境，以生物、农业、工程技术等提高农作物生产水平。相关数据可知，中国设施农业栽培面积超90%是通过聚烯烃实现温室大棚膜覆盖，其功能是防雨雪、增强日照与保温，无法全面抗灾及调节温、光、水、肥、气，一旦自然环境改变，农作物的产量和质量会受到影响，迫切需要应用高自动化监控系统的设施农业。

3.1 总设计方案

ZigBee技术特点是降低功率消耗和复杂度，缩小通信延迟，提高安全水平，节省成本。同时，ZigBee与一般无线通信技术对比，其组网灵活性与可拓展性更强，以最少成本完成大容量组网。该研究结合大棚自动化监控系统，利用ZigBee技术建立设施农业大棚自动化监控系统。

ZigBee同时监控若干个农业大棚，系统把无线传感器配置在大棚，采集大棚内温度、湿度、光照和气体；为不同网络节点赋予对应主控功能，独立采集、处理网络节点数据，实现远程通信。远程监控端根据ZigBee模块传递大棚数据，对网络节点与功能有效区分，监控大棚内各项农业生产设施，远程、及时处理农作物生产。

3.2 网络节点设计

农业大棚内不同网络节点表现出功能独立性与自控独立性的功能，根据农业大棚作物所需传感器类型，制定网络节点设计方案。监控系统网络节点的体系结构均相同，涉及了主控电路模块，主要控制传感器和通信电路；ZigBee通信电路模块，传递了网络数据。

3.3 系统实现

3.3.1 项目概述

农业智能大棚信息采集系统包括湿度传感器、光照传感器、温度传感器、CO2传感器，动态感知温室内环境数据，通过图表展示处理数据的结果。

信息处理系统包括上位机和下位机，上位机是一台PC机，主要对下位传输数据保存和处理，科学设计下位机，完成系统检测，管理和统计历史数据；下位机是单片机或专业温室大棚控制器，它以ZigBee技术与上位机通信，转化传感器返回的数据，向上位机传输数字信息，按上位机传递的数据和事先设计参数，严控系统，把握系统运行情况，以便智能控制温室。

控制执行系统利用ZigBee技术连接控制室与控制柜，操作控制室内控台对温室内风机、外遮阳、内遮阳、喷灌、湿帘等一键操控，达到远程管理的目的。

3.3.2 ZigBee技术大棚自动化监控系统采集数据

随机检查大棚自动化监控数据，对比监控数据和人工检测数据。

相同大棚的不同传感器检测状况较好，棚内温度持续提升，湿度先升后降，光照强度升高后，增幅日趋缓慢，CO2质量浓度以阶梯状上升；智能检测系统的检测时间节点数据更准确，不存在漏检和漏传的问题；其较人工检测数据，提高了检测精确度，检测效率超过人工。人工检测全天发生若干次漏检，难以直观表现记录无损结果，综合考虑自动化监控系统和人工检测，前者工作效率和准确度较高。

智能温室大棚控制系统应用ZigBee技术对大棚内温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度等在线远程掌控，分析模型的同时，自主操作温室湿帘风机、喷淋灌溉、内外遮阳、加温补光等设备，减少无线传感网络延迟，降低功耗，保证持续传递信号。系统利用信息终端如手机、计算机等，将实时监测信息、报警信息传递给管理者，达到智能远程控制温室大棚的目的，在设施农业生产过程最大程度体现物联网ZigBee技术功能，为温室大棚作物提供最佳的生长环境，提高管理的精细化水平。

4 设施农业实现信息化的措施

互助县设施农业应用信息技术的时间较晚，容易被地域、经济和观念等因素限制，发展滞后，存在一些问题，不利于协调发展。

4.1 提高农业信息资源质量

互助县农业劳动生产率水平显著低于发达地区，互助县农业人口比例较大。中国加入WTO后，互助县农业面临巨大的机遇和挑战，为了提高农业现代化效率，提高市场竞争力，需集中力量全面发展农机工作。改革开放后，互助县为发展信息产业提供了机遇，通过信息产业综合发展设施农业。

4.2 发挥政府在信息化建设中的作用

设施农业通过政府持续应用信息技术。发展信息化过程中，各级领导转变思维，充分掌握信息科技知识，提高信息技术的应用效率，保证农业现代化质量。各级政府把信息技术应用纳入工作日程，提高农业信息化的组织水平；为互助县农业发展提供政策保障，根据农业科技制度，投资特点，成本投入等调整相关政策；协调投资市场与市场融资，为设施农业应用信息技术提供不同的资金投入。在开展设施农业信息服务过程中，各级政府科学建设农业网站。

4.3 围绕三农工作，提高设施农业信息化服务水平

三农问题与互助县现代化建设的成效密切相关，农业与设施农业现代化围绕解决三农问题实现综合设计，为农民应用信息技术创造条件。以现代信息技术改善传统工业，能够科学应用不同的农业资源，提高生产效率。

5 结语

设施农业生产过程中，信息化技术和机械化技术是核心内容，可保证作物产量，提高劳动水平，节省成本，增加经济收益。当前，互助县设施农业信息化技术的应用水平不高，处在初级水平，这与设备成本偏高、技术稳定性不佳、经济收益不显著等问题有关。在解决这些问题的过程中，信息化技术发挥了应有作用，促进了设施农业的可持续发展。