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温控技术在设施农业中的应用

热度0票  浏览4408次 时间:2015年9月16日 14:53

梁计锋 西安翻译学院 陕西西安 710105

【文章摘要】

温室农业技术在世界范围内得到了广泛的应用。一些国家在实现计算机控制在温室农业生产上, 正朝着温室完全自动化、无人化的方向发展。本文主要介绍了控制温室环境的作用, 原理及国内外温室设备自动化研究中对生态环境因素控制、执行自动化等方面的应用与前景。

【关键词】

温控技术;温室;环境控制;设施农业

0 引言

运用各种手段来改善不适环境条件, 创造适宜作物生长发育的环境条件的过程,称为环境控制。现代温室生产的一个主要特征,是可根据室外气象条件和作物生长发育阶段,利用计算机设备对温室内的环境条件进行有效的控制,采用连续生产方式和管理方式,高效、均衡地生产各种蔬菜、水果、花卉、药材等,也被称为计算机温控技术。它可以不受地点和气候的影响,能够有效地改善农业生态、生产条件,促进农业资源的科学开发和合理利用,提高土地产出率、劳动生产率和社会、经济效益。因此,在世界范围内得到了广泛的应用。

本文主要介绍了控制温室环境的作用, 原理及国内外温室设备自动化研究中对生态环境因素控制、执行自动化等方面的应用与前景。

1 计算机在温室控制中的作用

在温室农业生产过程中,通常计算机在以下几方面可发挥巨大作用:

1)实时监测生物和环境特征

2)模拟生物发育过程

3)自动利用知识与推理系统进行决策分析

4)对环境要素和温室辅助设备的自动控制,如通风与加温等操作

5)制定环境控制策略:如制定以市场时效为目标的控制方案,以节能为目标的

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控制方案等

6)实现灵活多样的控制方案,如机器人和智能机械的果实采收与分类应用

7)制定面向市场的长期性生产目标等等。

2 计算机对温室控制原理及过程

温室农业控制过程如下: 温室中环境参数及执行机构工作参数等信息通过各传感器转变成电信号传送到计算机,计算机系统根据不同作物在不同时期的生理需要,在作物生长的不同时期自动设定温度、湿度、光照和CO2 浓度等的最佳值域作为理想数据,并将实际检测数据与理想数据的偏差作为温室气候的调节量。当温室内的温度超过设定偏差上限,计算机发出调节指令,执行机构打开通风降温系统; 如果温室内温度低于设定偏差下限, 计算机发出调节指令,打开通风换气系统; 当湿度低于设定湿度的下限时,计算机发出调节指令,打开加湿系统; CO2 浓度超出限定值域时,计算机自动开关通风换气系统和CO2 发生器等等。

3 国内外计算机温室控制技术的发展

3.1 国外计算机温室控制技术的发展

国外对温室环境控制技术研究始于20 世纪70 年代。先是采用模拟式的组合仪表,采集现场信息并进行指示、记录和控制。80 年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快,一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。像园艺强国荷兰,以先进的鲜花生产技术著称于世,其玻璃温室全部由计算机操作。日本研制的蔬菜塑料大棚在播种、间苗、运苗、灌水、喷药等作业的自动化和无人化方面都有应用。日本利用计算机控制温室环境因素的方法,主要是将各种作物不同生长发育阶段所需要的环境条件输入计算机程序,当某一环境因素发生改变时,其余因素自动作出相应修正或调整。一般以光照条件为始变因素,温度、湿度和CO2 浓度为随变因素,使这四个主要环境因素随时处于最佳配合状态。美国和荷兰还利用差温管理技术,实现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制,以满足生产和市场的需要。英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术,可以观测50km 以外温室内的光、温、湿、气和水等环境状况,并进行遥控。

3.2 国内计算机温室控制技术发展

我国设施农业的发展历史悠久,至今已形成多种类型,较为普遍采用的几种模式有:简易覆盖型(主要以地膜覆盖为典型代表)、简易设施型(主要包括中小拱棚)、一般设施型(如塑料大棚、加温温室、日光温室以及微滴灌系统等)和工厂化农业,其中以节能日光温室、普通日光温室和塑料大棚发展最快。简易覆盖型、简易设施型和一般设施型农业技术含量低,粗放经营,经营规模较小。工厂化农业是设施农业的高级发展阶段,即利用高科技设施材料,运用先进的工程技术手段构建与田间传统农业截然不同的生产环境,如同在工厂中进行农业生产。通常包括加热系统、降温系统、通风系统、遮阳系统、微灌系统和中心控制系统。它属于集约高效型农业,在我国尚处于实验阶段,但代表我国设施农业的发展方向。目前,我国设施栽培已进入巩固、完善、提高、再发展的比较成熟阶段。设施栽培总体布局趋于合理,多数地区在发展中体现了以节能为中心,低投入、高产出的特色,设施设备的总体水平有了明显提高,设施类型向大型化发展,小型简易设施的比例近20 年来下降了28%。设施栽培的技术水平不断提高,专业品种的培育受到重视,设施栽培蔬菜的总产和单产大幅度提高,栽培作物的品种不断扩大和丰富,不但提高了经济效益,也促进了农民增收。设施栽培的科学研究,也得到了国家的重视与支持。

国内农业计算机的应用开始于70 年代中期,到80 年代初期计算机开始应用于温室的管理和控制领域。90 年代初期, 中国农业科学院农业气象研究所和蔬菜花卉研 究所,研制开发了温室控制与管理系统,并采用Visual Basic 开发了基于WINDOWS 操作系统的控制软件。90 年代中后期,,在对国外温室设备配置、温室栽培品种、栽培技术等各个方面进行研究的基础上,我国自主开发了一些研究性质的环境控制系统。1995 年,北京农业大学研制成功了WJG-1 型实验温室环境监控计算机管理系统,此系统属于小型分布式数据采集控制系统。1996 年江苏理工大学毛罕平等研制开发了温室软硬件控制系统,能对营养液系统、温度、光照、CO2 施肥等进行综合控制,是目前国产化温室计算机控制系统较为典型的研究成果。在此期间,中国科学院石家庄现代化研究所、中国农业大学,中国科学院上海植物生理研究所等单位也都侧重不同领域,研究温室设施计算机控制与管理技术。九五期间,国家科技攻关项目和国家自然科学基金委,均首次增设了工厂化农业(设施农业)研究项目,并且在项目中加大了计算机应用研究的力度。其中九五国家重大科技产业工程工厂化高效农业示范工程中,直接设置了智能型连栋塑料温室结构及调控设施的优化设计及实施专题。可以看出我国温室设施计算机应用,在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段 过渡和发展。

我国的温室环境控制技术与国外技术相比还比较落后,最近几年才真正实现计算机自动控制。目前我国的现代化温室,除智能化控制系统外,硬件系统基本达到与国际同步的水平。可见,将农业专家系统应用于温室的实时监控与自动调控技术无疑是温室发展的新亮点,也是温室控制技术发展的大势所趋。其发展潜力及应用空间大,对农民的实际生产有很重要的指导意义。既满足了温室生产的需要,又缓解了领域专家缺乏的矛盾,从而大大提高了科学技术的转化率、到位率和普及率。在国产化技术不断取得进展的同时,也加快了引进国外大型现代化温室设备和综合控制系统的进程。这些现代温室的引进,对促进我国温室计算机的应用与发展,无疑起到了非常积极的推动作用。

4 结束语

随着社会经济的发展,设施农业作为农业可持续发展的一个重要途径已越来越受到世界各国的重视。为提高我国设施农业水平,研究环境控制程度较高的现代温室装备已成为我国农业工程技术人员近年来的一个重要课题。设施农业技术涉及计算机、电气、建筑、结构、机械、机电一体化、暖通、灌溉、农机、栽培等多种专业领 域,产品具有很高的技术附加值。随着我国西部大开发战略的进一步展开以及环境治理力度增强,设施农业将面临新一轮的发展机遇。

【参考文献】

[1] 高翔; 齐新丹; 李骅;; 我国设施农业的现状与发展对策分析[J]; 安徽农业科学;2007 11

[2] 庄楠;; 信息技术在都市农业中的应用与展望[J]; 安徽农业科学;2011 11

[3] 高峰; 俞立; 张文安; 卢尚琼; 徐青香;; 现代通信技术在设施农业中的应用综述[J]; 浙江林学院学报;2009 05

[4] 胡建;; 现代设施农业现状与发展趋势分析[J]; 农机化研究;2012 07

[5] 李瑾; 赵春江; 秦向阳; 武凯; 王颖;; 现代农业智能装备应用现状和需求分析[J]; 中国农学通报;2011 30 174

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