抽象的现代设施农业的智能化主要依赖于运维系统。运维系统的智能化直接关系到温室运营的综合效率，也是设施农业现代化的体现，具有推广和深入发展的价值。本文介绍了青岛某设施农业基地智能运维系统的应用，分析了其应用效果，并评估了该系统的推广价值，旨在为相关从业人员提供信息参考，并推动相关系统的进一步深入研究，从而提升设施农业的技术水平和智能化程度。

关键词智能运维系统；设施农业；应用

随着中国经济的快速发展，传统农业生产方式已无法满足社会对农产品质量和数量的需求。近年来，以高产、高效率和高品质为特征的现代化设施农业发展迅速，展现出巨大的市场潜力。然而，与世界发达农业国家或地区相比，我国设施农业技术水平仍存在显著差距，尤其是在农业物联网智能运维系统（如农业传感器和机器云大脑）的应用方面，数字化程度亟待提高。

1. 农业智能运维系统

1.1 系统定义

农业智能运维系统是一种新兴的系统技术，它深度融合了物联网技术、智能管理技术以及种植、仓储、加工、运输、溯源、消费等各种农业流程。通过“系统+硬件”的融合，农业智能运维系统利用物联网的关键技术，如传感技术、传输技术、处理技术和通用技术，全面解决农业个体识别、态势感知、异构设备联网、多源异构数据处理、知识发现和决策支持等多方面交互问题。

1.2 技术路线

通常，农业管理系统的结构主要由感知层、网络层和平台层组成。在此基础上，企业可以根据农业类型和业务需求扩展更多逻辑层。农业智能运维系统的架构如图1所示。

为了满足设施农业智能化运行维护的需求，可以定制温度湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、电流传感器、水流量传感器、二氧化碳流量传感器、天然气流量传感器、重量压力传感器、电导率传感器和pH传感器等传感器，有较大需求的企业可以研发传感器，并通过底层数据传输协议确保数据的稳定传输和采集。

1.3 发展意义

智能运维系统利用农业物联网，结合智能传感技术、信息传输技术和智能处理技术，对农业活动的各个环节进行实时监控和远程控制，推进农业生产、管理和战略决策的智能化信息化，实现农业生产的高效、集约化、规模化和规范化。最终实现作物生产各环节的纵向连接和整个农业产业链各环节的横向连接，构建以种植技术体系、农业大脑平台、农产品安全平台、农产品交易平台、新型农业供应链金融体系、特色农业旅游以及配套种植和养殖为核心的循环经济生态（图2）。

 

2.水肥一体化信息监测

2.1 系统原理

该系统通过检测椰糠基质的含水量、电导率、pH值等参数，对水肥系统进行负反馈，从而在精准灌溉中发挥重要作用。根据不同种植场景的特点，通过对基质特性和结构的分析研究，建立了经验性的定时灌溉模型以及基质含水量上下限灌溉模型；水肥一体化信息采集系统能够控制灌溉模型，并在生产运行维护过程中持续进行优化迭代。

2.2 系统组成

该系统由液体入口收集装置、液体回流收集装置、基质实时监测装置和通信组件组成。其中，液体入口收集装置包括pH传感器、电导率传感器、水泵、流量计等部件；液体回流收集装置包括压力传感器、pH传感器、电导率传感器等部件；基质实时监测装置包括液体回流收集盘、液体回流过滤网、压力传感器、pH传感器、电导率传感器、温湿度传感器等部件。通信模块包括两个LoRa模块，分别位于中央控制室和温室内（图3）。计算机与位于中央控制室的通信组件之间采用有线连接，中央控制室的通信组件与温室内的通信组件之间采用无线连接，温室内的通信组件与继电器、基质检测组件和液体回流检测组件之间采用有线连接（图4）。

2.3 应用效果

本研究对比了采用该监测系统反馈的灌溉水肥一体化系统与仅由供应商提供的灌溉系统的效果。结果表明，与后者相比，采用该监测系统后，每株番茄的平均日灌溉量减少了8.7%，回流液量减少了18%，而回流液的电导率（EC值）基本保持不变。这表明，根据作物对营养液的吸收规律，采用该监测系统进行灌溉时，作物能够更好地利用营养液。与经验定时灌溉相比，使用该智能灌溉系统平均可减少29%的灌溉量和53%的回流液量（图5~6）。

 

3. 基于物联网的环境控制系统

面对植物工厂中大规模动态光谱节点精确控制的需求，本文引入融合物联网技术，以解决大规模异构节点获取和植物光照环境精确控制的问题。植物工厂智能照明控制系统以智能LED照明灯具为载体，采用WF-IOT大数据融合物联网技术，构建支持数据采集、传输和控制的大规模分散式终端网络。该系统可根据生产需求自由分组，并可根据不同的光照条件和植物生长需求实时连续调节植物照明灯具的光强，从而实现对补光强度和补光量的精确控制（图7）。通过外围网络，可实现环境、光照等传感数据的动态采集和传输，同时实现能耗的在线监测，实时掌握各生长区域的补光能耗。

该系统通过采集温室内外控制数据，实现植物的精细化管理，并完成了“植物管理模型”的产品开发。通过电流、二氧化碳、天然气和水传感器，实现了“能源系统”的监测数据采集。利用机器人视觉技术，通过果实颜色、果实数量、果柄大小、叶片、茎秆等数据，对作物生长全过程进行监测和识别（图8）。

4.促销价值

农业智能运维系统利用工业互联网平台的优势，一次投资，多次服务使用，秉承工业互联网共享理念，以低成本、高效率推进设施农业物联网建设，提升设施农业的智能化和绿色化水平。以青岛莱西市应用该系统的项目为例，肥料综合利用率可达90%以上，是传统土壤耕作的三倍。整个过程无生产污水排放，与露地耕作相比节水95%，并减少了肥料对土壤的污染。该系统通过检测温室内的二氧化碳浓度，综合分析温室内外温度、光照等环境因素，实时调节二氧化碳的供应，既满足植物需求，又避免浪费，有效增强作物光合作用，加速碳水化合物积累，提高单位面积产量，改善蔬菜品质。整套运行维护管理系统实现了温室环境控制设施的自动运行、全天候设备的自动精准运行，降低了10%的能源成本和60%的人工操作成本，同时，面对强风、暴雨、暴雪等恶劣天气，能够第一时间做出关闭窗户等防护反应，有效避免温室本身及温室内作物在突发恶劣天气下遭受损失。

5.结论

现代设施农业的发展离不开农业智能管理系统的助力。只有具备更强感知、分析和决策能力的相应管理系统，才能在现代化道路上不断前行。农业智能管理系统大幅减少了人工管理的不足，促进了农业生产、管理和战略决策的智能化信息化。随着投入的增加和系统应用场景的不断丰富，其数据模型需要基于更多数据不断更新迭代，变得更加智能，从而全面提升现代设施农业的智能化水平。

结尾

[引用信息]

原作者：沙碧峰、张铮等。《温室园艺农业工程技术》2024年4月19日 10:47 北京