本文收录于《农业工程技术-农业信息化》2024年第8期目录08
摘要：随着信息技术和智能装备推动蔬菜种植快速发展，本研究对当前蔬菜种植绿色防控、正压环境综合控制系统、智能设备安装、设施农业物联网技术、温室智能等方面进行了探讨。管理和控制大数据。对平台的五个方面进行了梳理和系统总结，为推动我国蔬菜种植信息技术和智能装备技术的发展和建设提供参考和借鉴。
关键词：蔬菜种植；信息技术;智能装备
随着智能装备技术与现代信息技术的深度融合[1-2]和传统蔬菜种植的发展，智能温室的出现已成为必然。智能温室种植是充分利用人工智能种植蔬菜的过程，利用信息技术来管理蔬菜生长，并利用各种系统对生长过程进行分析和调整，实现智能化生产。物联网技术和机器视觉收集数据信息，网络模型通过数据对当前温室现象进行分析和判断。控制系统及时做出相应调整，向人类发出预警，共同实现温室的精准管控。本研究从当前流行的绿色防控、正压环境综合控制系统、设施智能装备、设施农业物联网技术、温室智能管控平台五个方面介绍了智能装备和信息技术在蔬菜种植中的应用。 。
在绿色防控中的应用
采用多功能植保机定点动态定点消毒，采用正压环境系统进行臭氧定时综合消毒，采用绿色植保机器人定期巡检消毒，形成立体绿色防控技术体系。
1.1 多功能植保机
多功能植保机（图1）集植保机、养殖机、保值机、智能保护机于一体。是农业设施害虫防治、养殖场所消毒灭菌、公共场所消毒除臭的多功能设备。为农民量身定制植保作业方案的智能管家。
设备可实时检测环境的温度、湿度和光照强度，并支持扩展检测其他环境参数（如土壤温度、湿度、二氧化碳浓度等）。检测到的数据可以上传到服务平台，最终通过用户手机上的APP显示。同时可以远程控制设备的风扇、臭氧、诱虫灯，还可以设置定时控制，使设备按照设定的时间自动工作，实现自动消毒、杀菌、杀虫功能。多功能植保机APP可以查看今天棚内的温度，并预报当地未来几天的天气信息。
1.2 正压通风臭氧防治系统
臭氧清洁生产系统（图2）对进入温室的空气和植物间的微环境进行灭菌，防止病原菌孢子进入温室，杀死田间病原菌和虫卵。产气量主要分为5公斤/小时、2公斤/小时、1公斤/小时、500克/小时等不同规格，产气参数可根据温室面积确定。结合智能控制，控制浓度和时间，启动臭氧发生装置，产生的臭氧输入风机进风口，通过田间通风管道输送到田间，对进入温室的空气进行消毒灭菌，植物之间的空气。
1.3温室喷雾多功能植保机
为了满足大型玻璃温室大面积绿色植保作业的需要，弥补固定式多功能植保机的缺点，开发了自走式喷雾多功能植保机（图3） ，专门用于大型玻璃温室的害虫防治，并具有作物保护功能。具有绿色物理防病和叶面施肥功能。
物理防治法的原理是将设备产生的一定浓度的臭氧气体与低颗粒水雾充分混合，高速喷洒在植物叶片和果实上，利用臭氧和-OH的高氧化性能自由基杀死病原体、幼虫卵。同时分解水果上的农药残留，防止水果腐烂，提高水果品质。该设备可实现40米至80米范围内的植保作业。通过配备的GPS系统，可记录喷洒面积，有效管理喷洒作业区域，大面积无遗漏，效率高，节省人工。用户可以通过手机APP远程控制植保机的行走、起停喷洒、切换工作模式等，并可以实时查看植保机的运行数据。
正压环境综合控制系统
温室内的高温或低温环境严重影响农作物的产量和品质。为了保证温室生产适宜的温湿度环境，本系统拟采用空气源热泵+正压湿帘冷风温室全年环境智能控制系统。该系统主要包括空气源热泵、正压湿帘制冷机组、通风管道和控制系统。该系统具有简单实用、成本低、高效节能等优点，能够实现温室全年热环境的智能控制，保证温室全年高效、优质、清洁生产，增加生产利润。 。
正压环境综合控制系统可以根据设计的通风管道，提供定向精准的送风或均匀输送湿冷空气到温室空间，以达到最佳的降温效果。在炎热的夏季，正压湿帘冷风机结合遮阳网可以将温室内的温度控制在30℃以下。这种基于正压通风的综合温室环境控制方法，可以将加热、冷却、加湿、除湿、补充CO2、O3消毒和过滤等功能有机地结合起来，实现正常运行，保证温室适宜的环境条件。热交换器采用12.7mm×0.32mm。外壳由1.2毫米镀锌板制成。水上升7～8MPa，无渗漏。进水管和出水管均为碳钢管。
高压喷淋系统在种植区每跨设计3根喷淋管，喷淋高度，喷嘴间距。一个喷嘴点有两个喷嘴。每个喷嘴的喷射范围可达2000米左右。喷嘴水平向左右喷射。每根喷管上20个点有40个喷嘴，每台主机控制11根喷管，组成一个单元。每个单元共有220个喷嘴点，共有440个喷嘴。
根据短时间内空气杀菌消毒的效果，每小时使用2套1.8公斤空气源臭氧系统。由于臭氧消毒在短时间内完成，不需要连续运行，所以采用风机送风消毒方式。一般每立方米空间15毫克的浓度，1小时即可消毒。 10毫克的浓度需要1.5小时才能完成消毒。消毒期间，任何人不得进入或留在温室内。
根据植物生长理论消耗CO2计算，温室每天需要消耗800公斤CO2气体。以下方案是根据最低生产成本和环保要求初步确定的。
工业气法CO2发生器供气系统（图5）以工业气体为原料，经过CO2发生器（CO2多功能处理器）的过滤系统。工业气体经过活性炭、分子筛、灭菌三级过滤，得到净化去除。有害挥发物质，确保蔬菜生产食品安全。同时利用二氧化碳发生器的储气保压功能，实现CO2气体的常压运行，保证输气管道的长期稳定和安全。车间供气控制系统根据蔬菜光合作用的需要提供CO2气体。二氧化碳供气系统性能参数如表1所示。
空气源热泵可以通过电力驱动将空气中的低品位能量转化为高品位热能。由于其安装成本低、使用方便、高效节能，成为众多类型热泵中应用最广泛的。在寒冷的冬季，空气源热泵可使温室内最低温度提高到13℃以上，与电采暖相比节能率达80%以上。设计要求：（1）供水温度大于40℃； (2)热负荷为100W/m2； （3）设计工况：设计工况-4.9℃，出水温度40℃。
设施智能装备技术
设施农业是利用人工技术改变自然光和温度条件，创造优化动植物生长的环境因素，使其能够全天候生长的设施项目[4]。关键技术是一种覆盖材料，能最大限度地利用太阳能，在寒冷季节实现高透明度和高隔热性，在夏季能降温防青苔，能将太阳光无用的光波转化为满足光合作用需要的光波，并具有良好的防尘、防污功能。根据不同种植品种的需要，设计成不同的设施类型，同时选择合适的品种和相应的栽培技术。
近年来，我国设施农业发展迅速，但自动化程度不高。因此，将农业智能控制设备应用于设施农业具有重要意义。该项目采用国家农业信息工程技术研究中心研发的设施农业智能控制设备，包括设施园艺机器人操作系统和温室托管云服务系统。设施农业机器人操作系统包括“农盛大脑”智能管控机器人、设施园区巡检机器人、设施园艺多功能作业机器人、温室轨道两用自主导航运输机器人、温室喷洒机器人、设施番茄自适应授粉机器人机器人及机器人调度系统，建立了设施农业全生产流程的完全国产化的机器人作业体系。该系统实现了设施农业种植过程中的运输、农药喷洒、授粉、控制决策、巡检等环节的无人化操作。
3.1 智能控制机器人
智能管控机器人（图6）具有语音讲解、语音控制、温室控制决策、机器人调度等功能。它是集知识图谱技术、语音识别技术、图像识别技术、SLAM技术于一体的智能决策和服务机器人。由温室“中脑”智能控制，机器人利用知识图谱技术，结合种植者经验和模型系统，建立一套基于知识图谱的大型温室智能管控决策方法，实现智能化、智能化。解决大型温室人性化管理和控制问题，提高我国现代设施农业智能化管理水平。
3.2 园区巡检机器人
园区巡检机器人（图7）利用视觉导航技术对大型园区温室内外进行巡检，实现温室内外风险预测与报警、病虫害识别、作物生长期识别、作物叶温成像、环境监测、温室结构监测、生产收获预警等功能，巡检机器人与计算机控制的全自动化生产控制系统连接，辅助完成生产巡检要求，为温室智能控制系统提供决策依据以及集中管理和控制机器人。该机器人可实现小半径转向、灵活移动、上下坡、越障以及复杂路径上的自主视觉导航。
3.3 轨轨运输机器人
设施农用轨道运输机器人（图8）实现了果蔬运输过程中的少人化作业。该机器人主要由轮式/履带式底盘、滚动装载架、二维码导航、避障系统等组成。它具有自动上、下轨道。 、自动导航、自动装卸、自动充电、少人调度等功能，机器人利用二维码导航技术和轨轮自动切换技术，实现果蔬运输过程的无人化，并可依靠通过定位系统和雷达设备来确定栽培行或障碍物的位置，从而保证运输过程中无需运输。降低果蔬运输过程中的风险，实现少人作业。
3.4 多功能工作机器人
设施番茄多功能机器人（图9）集番茄采摘、授粉、运输、检验等功能于一体，使一台机器人完成多种作业功能，可在复杂环境下完成番茄授粉、采摘和运输。和其他功能。该机器人采用2D+3D机器视觉技术引导机械手和末端执行器完成采摘和授粉任务。它是一个高度协作的自动化系统。机器人底盘采用轨轨两用农业专业底盘。基于二维码导航方式，实现对机器人作业过程的人性化控制。
3.5 喷涂机器人
设施农业喷洒机器人（图10）具有自动导航、自动上下轨道、自动识别、自动喷洒等功能。它利用机器视觉技术、二维码导航技术、轨道两用技术，实现少人性化的喷涂过程。作业时，机器人底盘采用轨轨两用农业专业底盘。基于二维码导航方式，实现机器人作业过程的无人化控制。
3.6 授粉机器人
授粉机器人（图11）是一种基于机器视觉的机器人系统，具有喷雾、喷气或摇动等多种授粉方式。该机器人结合了计算机视觉、图像处理和多融合传感器技术，利用2D摄像头识别番茄花朵，利用3D点云技术定位待授粉花朵，引导机械臂完成番茄花朵授粉。视觉系统还可以检测周围的道路状况。
3.7 温室拖拉机物流系统
温室拖拉机物流系统（图12）用于在温室内运输货物。具有地面坚实、离地间隙高、坡道起步不滑落、操作简单、功能布局合理、上下车安全方便等特点。
利用这些设施农业智能控制设备，实现温室日常作业的自动化，可以有效提高农业自动化程度，降低劳动力成本，提高设施农业的生产率。
农业物联网技术
基于5G/WIFI、物联网等技术，构建基于物联网传感设备的全息监控网络，形成智慧蔬菜的感知中心，实现高带宽、低延迟、广接入、低功耗的蔬菜监控。农业条件，如水、土壤、气候和农作物生长。成本感知传输形成安全高效的智慧蔬菜实时监控技术体系[5]。具体建设内容包括：
4.1 智慧蔬菜信息高速公路
智慧蔬菜信息高速公路（图13）覆盖100个设施蔬菜大棚。实现建设高带宽、低时延、广接入、低成本的WIFI网络，实现工业园区核心区域无线网络全覆盖，支持设备高质量的互联网接入、数据传输和用户，以及控制和反馈信息的低延迟发送和接收。同时开发了数据总线，支持水、土壤、气候、作物生长、视频等信息采集设备和系统的灵活接入。
4.2 温室环境云传感设备
Doll II（图14）是一款低功耗采集设备，专为日光温室、塑料温室、连栋温室等环境监测应用而设计。设备可监测温室环境中的空气温度、空气湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤温度、土壤湿度、土壤盐分；可按设定周期通过GPRS无线方式定期上传至服务器；用户可以使用客户端软件查看、分析和导出实时数据、历史数据等，并随时查看微信公众号的数据。该设备可与中心作物群生长监测仪、远程气象站配合使用，组成温室种植环境监测系统。还可与温室环境控制器配套使用，形成温室系统测控解决方案。
4.3 三维栖息地视图信息采集与分析设备
棚内360度三维空间视图信息采集及作物营养智能设备（图15）包含宏观高清视图采集设备：最大图像尺寸1280×720，支持夜间红外拍摄，10M/100 M网络数据，并支持ITU H. 262/和H.264/ AVC等主流视频标准，持续采集监控视频数据，定期采集图像数据，对比植物信息计算作物生长情况可连接作物营养智能分析系统，支持查看远程分析和智能决策功能。
4.4 蔬菜生长视频监控设备
蔬菜生长视频监控设备（图16）有以下2种配置：①高清摄像头。最大图像尺寸1280×720，360°连续旋转，红外距离100m，10M/100M网络数据，支持ITU H.262/和H.264/AVC等主流视频标准，含吸顶支架和安装板， ② 2个无线网桥，内置2×2 MIMO天线，300M无线网桥，无线AP，无线客户端可覆盖点对点或点对多45 度角，包括支架。蔬菜生长视频监控设备可以通过视频监控动态捕捉关键帧，分析作物叶面积、作物高度、拼接生长过程视频，更直观、更全面地了解作物生长状况。
温室智能管控大数据平台
基于大数据、人工智能、云计算等技术，建设智慧蔬菜决策中心，形成数据驱动的智慧蔬菜智能管控技术体系。我们将实时分析水、土壤、空气、作物生长等农业信息，基于适宜的环境、病害特征、营养需求等作物模型指导农业生产精准决策。具体建设内容包括：
5.1 物联网监测预警控制系统
5.1.1 数据采集管理
实时监控温室区域上传的视频、天气、土壤湿度等。通过软件将监控数据汇聚到中央机房进行业务处理。经过数据清洗、特征筛选等预处理后，分类存储在服务器中，进行分类管理和共享。
5.1.2 预警提醒
物联网监测预警控制系统（图17）输入各种品种的土壤温度、湿度、气温、湿度、光照强度、风力、土壤pH等数据阈值，对物联网设备采集到的相应数据进行分析即时的。数据指标在超出指标时提供预警。
5.1.3 分析与决策
基于气象环境监测数据和土壤湿度数据，并根据不同蔬菜种植的特点，建立基于人工智能和深度学习的环境控制决策模型，指导用户做出最优的环境控制操作决策，提供适宜蔬菜生长的环境。
5.1.4 设备远程控制
环境控制设备的运行规则可通过手机、电脑等终端远程设置，支持远程自动控制、半自动控制和手动控制。可根据嵌入式模型设置水肥设备的启停规则。当气象环境和土壤湿度监测数据达到阈值时，可以远程控制风扇、遮阳帘、湿帘等设备进行预警。
5.2 标准化种植管理体系
标准化种植管理系统（图18）分析园区蔬菜生长期差异、土壤气候适应性等生理环境特征，研究基于实时数据和知识库的AI决策分析方法，构建标准农历数字化流程，并根据生长期开发配套设施。操作视频、技术方案、微信课程、标本效果等技术资料个性化智能推荐模型，开展保姆式AI种植大数据智能服务，定制开发蔬菜保姆式云服务系统，提供多维度数据集成应用田间智能作业调度、营养/水肥/栽培决策解决方案等服务，解决生产问题，解决盲目种植、碎片化服务等问题，促进产品质量和效率的提升。
5.3水肥一体化控制系统
水肥一体化控制系统（图19）通过水肥一体化系统建设，针对不同设施蔬菜品种制定科学合理的灌溉制度和施肥制度，建立灌溉施肥监测系统，搭建水肥一体化管控平台，实现灌溉时间、灌溉次数、灌溉量、施肥时间、肥料种类的控制，养分利用状况、氮磷流失状况、氮磷含量等数据监测不同的土壤建立基于人工智能和深度学习的水肥配比智能决策模型，为用户提供最佳水肥配比和施肥时机，并记录和分析作物灌溉规律和栽培模式，以优化灌溉和施肥管理过程。实现水肥一体化设备远程控制，提高科学施肥水平，有效利用水肥资源。
5.4 病虫害预警系统
病虫害预警系统（图20）针对不同品种的设施蔬菜建立病虫害图像识别模型，根据实时传入的视频数据分析计算病虫害发生概率，并在出现概率时进行预警。超过阈值；另一方面，系统可以输入病虫害图像，改进和优化病虫害识别模型，提高其识别率和准确率。
5.5 农产品质量追溯体系
农产品质量追溯系统（图21）整合园区设施蔬菜产品全产业链信息，电子记录设施蔬菜产品生产环境、生产过程、病虫害防治、质检等生产档案信息园区内建立设施蔬菜质量追溯管理体系。建设设施蔬菜质量追溯管理平台，上传生产档案，整合设施蔬菜流转和交易信息，利用条码识别技术，实现平台、手机APP等多终端设施蔬菜质量追溯管理。
设施蔬菜生产管控平台
设施蔬菜生产管控平台（图22）利用智能接入、物联网、大数据管理、动态匹配技术，通过设施统一标准化接入，实现设施农业生产全过程多源监控农业物联网传感与控制设备。对异构数据的接入、过滤、存储、管理、聚合和访问，形成标准化的智能物联网大数据中心。结合作物全生育期栽培、智能环境调控、农业决策（营养/水肥/耕作）和能源管理等智能管控模型，建立作物全生命周期的知识决策模型库形成以设施农业生产大数据中心和知识决策模型库为基础的生产生产。基于5G通信技术、控制设备准入控制技术和多种控制策略，兼容环境控制设备、生产设备、智能控制设备等执行终端，控制设施生产全过程，实现稳定可靠设施生产的环境监管和生产控制；采用云服务模式，在云端构建智能物联网综合管控服务平台，实现基于数据和智能决策的标准化农业生产管理、全流程质量控制和准确的生产成本核算，显着提高农业生产效率，提高经营能力，实现节约成本。提高效率。
本文回顾并系统地总结了当前绿色预防和蔬菜种植的五个方面，正压环境综合控制系统，智能设备安装，设施农业互联网技术以及温室智能管理和控制大数据平台。它提供了用于促进中国蔬菜种植的信息。为技术和智能设备技术的开发提供参考和参考。
参考：
[1] Shen ，Wang 。关于中国农业信息水平评估指数系统的研究[J]。中国农业工程学会的交易，2019年，35（24）：162-172。
[2] Wang ，Li Hao，Ma 等。关于国内外设施蔬菜机械化的发展状况的分析和对策[J]。中国农业机械化杂志，2023，44（01）：124-130。
[3] Wang Ying，Qiao ，Liu Zhi等。操作技术法规和多功能植物保护机的应用[J]。农业工程技术，2022，42（31）：47-50+54。
[4]李·古尚（Wang ），齐尚（Wang ）。中国设施农业的发展状况和发展思想[J]。中国农业机械化，2012年，第239号（1）：7-10。
[5] Zou 。物联网技术在蔬菜温室生产中的应用[J]。物联网技术，2013，3（8）：18-21+24。
作者单位：Heze Co.，Ltd。；农业和农村事务部规划与设计研究所；北京农业和林业科学学院的智能设备技术研究中心； （北京）有限公司