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设施农业智能化控制平台的关键技术

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2015-05-27 10:01lbzh浏览:
       设施农业的智能化实质是利用先进的工业控制技术结合现代生物技术和工程技术来装备和控制农业生产,为作物营造适宜的生长环境,采用工业化生产方式实现连续高效的农业生产。在农业生产知识系统的支持下完成的生产环境和生产设施的自动调节,配合用户管理平台实现对农业设施的实时操作、监控、报警、管理及日常数据报表等功能。实现“分散控制,集中操作”和无人值守,可以减少农业生产的劳动力需求并提高劳动的舒适度,大幅度提高生产效率和管理水平。我们把设施农业的控制工艺分为多个在功能上相对独立子系统,在具体的设施农业的智能化实施过程中也可以选择其中的一个或多个分步实施,关键的控制工艺(控制子系统)有如下多个方面:

      环境调控:设施农业环境调控是智能化设施农业的关键和核心,在一定的空间内,用不同功能的传感器和变送器,准确采集设施内不同区域的多项环境因子(光、热、水、气等),同时参考设施外部的环境,对数据进行汇总分析,根据农产品生产的对应的知识系统结合作物生长周期所需最佳条件,由智能系统综合后发出指令,对有关系统、装置及设备进行自动合理的控制,将设施内温度、湿度、光照、空气质量等诸因素综合协调到最佳状态。环境调控相关的设施可能包括:热屏遮阴系统、,阳光的自动反射系统,喷雾系统,卷幕保温系统,加温空调系统,门窗控制及主动通风循环系统,湿帘降温系统,补光系统等等。多因子的综合控制系统将分散的多点温湿度传送到操作控制中心分析综合,在中心数据计算机的指挥下多系统协调一致地工作,实现大范围的精确的环境自动调控。

     环境调控的重点是在保证农作物的合理的生长环境的同时要特别重视节能措施,对设施内外的环境准确的采集并对多个设备的精确协调控制达到能源效率的最大化是我们研究的重点。智能化控制平台能够实时准确记录不同气候条件时不同调控方式下的调控效果,可以进一步指导我们完善和提高我们的调控方式和手段。由于相关的设备投资大、能耗多, 如何降低能耗成本和环境调控成套技术研究是我们设施农业智能化的重要的研究目标。

      水肥管理:设施农业的施肥和灌溉是密切相关的,把肥料溶于灌溉水中随灌溉水进行的一种施肥。通常由首部、输送管道和灌溉末端组成,首部采用自动施肥机加注营养液,一般有顶部喷灌、根部喷灌和潮汐灌溉等方式。水肥管理采用智能化控制基本控制方法有:时间控制、水量控制和反馈控制三种。时间控制系统是按预定好的时间放水或关水;水量控制系统是按照设计的配水量放水或关水;反馈控制系统是根据区域内埋在地下的湿度传感器,收集土壤湿度信息,来决定对植物的灌溉间隔,当需要灌溉时,智能化系统会自动打开灌溉系统放水,反之则关水。在灌溉过程中,如果系统记录下水肥施用量与要求相比有一定偏差,系统会自动地调节灌溉装置,做到按区域精确控制,真正做到“按需供水,精确用肥”。

       通过智能化的水肥管理,根据作物区的需要分区域精确施肥灌溉,对营养液成分,PH等进行综合调控,调节滴灌、喷灌系统的灌溉时间和次数,可以节省肥料和水资源。实现自动控制、定时控制、反馈控制 、手动控制灌溉方式的合理选择,每种控制方式既可单独运行,也可混合运行。可以灵活按种植区域设置不同的水肥管理方式实施精确的水肥控制方案。智能化控制系统精确控制水肥系统,能够明显提高肥料养分利用率和最大限度地避免因养分流失而造成的浪费和环境污染。

      苗床管理及农作物传送控制系统:为了最大化利用农业设施的空间和提高效益,设施农业往往提高农作物的苗床密度并常常采用立体种植模式,为了方便农作物的管理和均衡不同位置的农作物生长,必须根据生产需要调整苗床的位置和空间。采用类似工业传送流水线的传送控制模式可以大大减少人工劳动强度和提高工作效率。

     能源计量和成本管理系统:设施农业的一个重要优势是可以保障农作物的全年均衡生产,冬季升温,夏季降温,但同时能源消耗是生产过程中的一项重要支出。运用智能化系统控制平台能够实时记录不同气候条件下不同调节方式下农业设施的能源负荷变化,为研究最经济高效的农作物的环境调节方案提供了高效可靠的手段。通过智能化系统记录的准确数据分析农业设施在全年运行的负荷变化情况,从构成比重比较大的因素入手,研究节能的关键措施。另外,通过智能化系统自动记录的灌溉施肥治虫等生产过程的详细的数据也可以为农产品的生产成本的统计分析提供准确科学的数据。

      农业生产知识系统和专家系统:这是一种智能程序系统,内部具有大量农业领域的知识和经验,用于指导农业生产过程的操作和管理。农业专家系统可应用于农业的各个领域,如作物栽培、植物保护、配方施肥等多个方面。栽培管理专家系统是在各个作物的不同生育期,根据不同的生态条件,进行科学的农事安排,其中包括栽培、施肥、灌水、植物保护等。在相关农业生产知识系统和专家系统的支持下智能化控制系统自动完成生产过程的多个设备正确运转。

     多系统的集成融合:设施农业智能化控制平台不仅能够实现不同功能控制需求,并且能够进一步实现多系统融合的集成控制。农业生产涉及面广,为了保证控制平台的通用性、可靠性、兼容性和可扩展性,在智能化控制的平台的软硬件设计上采用模块化的设计,这样既保证了各个分系统的独立,同时又作为一个整体协调一致。随着信息化社会的不断发展。充分考虑智能化控制系统将来系统的扩展非常重要。

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