虛擬現(xiàn)實(shí)VR智慧溫室、大田控制系統(tǒng)

郝冬純 北京華風(fēng)天際氣象服務(wù)有限公司

一、背景

溫室、大田智能控制系統(tǒng)，因?yàn)?1世紀(jì)互聯(lián)網(wǎng)和傳感器的快速發(fā)展和普及而逐漸應(yīng)用到蔬菜大棚上。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)棚內(nèi)的溫度、含濕量、光照強(qiáng)度、二氧化碳含量、土壤的溫度和含濕量等指標(biāo)，并實(shí)時(shí)傳遞給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過分析和推理，發(fā)出指令指揮棚內(nèi)的自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行施肥、升溫、加水等正確操作，保持棚內(nèi)環(huán)境，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，使植物在最適宜情況下生長。智能控制系統(tǒng)將信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來，在農(nóng)業(yè)上加以應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展的變革，也是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的具體方向。

國內(nèi)現(xiàn)階段的溫室、大田控制系統(tǒng)界面和操作普遍較為簡陋，對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)和設(shè)備控制過程的展示較為抽象，首先，應(yīng)用到展覽和科普中，對(duì)展覽的參觀者、接受科普的學(xué)生缺乏吸引力；其次，應(yīng)用到實(shí)際溫室控制中，對(duì)操作者要求較高，不利于初學(xué)者或計(jì)算機(jī)操作不熟練的農(nóng)民掌握。一方面，將三維的溫室映射為二維，需要較強(qiáng)的空間想象能力；另一方面，狀態(tài)和操作均不夠直觀，狀態(tài)常通過數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)與溫室示意圖分離，用戶的操作也通過按鈕執(zhí)行，與實(shí)際溫室中的自然交互方式不符。用戶很難建立對(duì)溫室狀態(tài)的直觀感受的同時(shí)，不自然的交互也不利于用戶實(shí)施精確控制。我國的智能溫室控制系統(tǒng)多年停留在簡單的數(shù)據(jù)展示和遠(yuǎn)程簡單控制階段，已成為了阻礙智能溫室精細(xì)化控制和大規(guī)模推廣的主要問題之一。

二、系統(tǒng)簡介

為了破解上述難題，我們采用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，研發(fā)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的智能溫室、大田控制系統(tǒng)，在虛擬現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室、大田身臨其境的沉浸式漫游和遠(yuǎn)程控制。其特色是，VR溫室、大田和真實(shí)溫室、大田1：1建設(shè)，用戶戴上VR眼鏡，好像身處真實(shí)的溫室、大田環(huán)境，通過走動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)、大田對(duì)溫室身臨其境的漫游。且通過中間件實(shí)時(shí)連接真實(shí)溫室、大田設(shè)施，真實(shí)溫室、大田的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)直觀的漂浮在設(shè)備之上；用戶操控VR手柄，可以控制真實(shí)溫室的風(fēng)機(jī)、頂棚、噴霧、濕簾等設(shè)備的同步開關(guān)。該系統(tǒng)需要具備如下功能：

（1）溫室、大田整體環(huán)境漫游：戴上VR設(shè)備，用戶即感覺身處真實(shí)的溫室，各類設(shè)施的形態(tài)和位置與真實(shí)溫室一模一樣，在遠(yuǎn)程即實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室的走動(dòng)漫游參觀。

（2）溫室、大田狀態(tài)直觀獲?。赫鎸?shí)溫室的狀態(tài)可以在VR場(chǎng)景溫室實(shí)時(shí)展示。傳感器數(shù)據(jù)將采用漂浮的方式漂浮于VR傳感器上方，設(shè)備狀態(tài)如卷簾、風(fēng)機(jī)等，將與真實(shí)溫室的相同設(shè)備聯(lián)動(dòng)，真實(shí)設(shè)備正在作業(yè)，VR溫室同步作業(yè)，溫室狀態(tài)達(dá)到完全同步真實(shí)反應(yīng)。數(shù)據(jù)通過中間層交互。

（3）溫室、大田設(shè)備遠(yuǎn)程實(shí)景式操控：VR溫室能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程真實(shí)溫室的操控和操控效果的及時(shí)反饋。在VR溫室中，通過手柄激光指向操控設(shè)施，遠(yuǎn)程真實(shí)溫室設(shè)施也同步運(yùn)轉(zhuǎn)，作業(yè)效果及時(shí)反饋到VR溫室，實(shí)現(xiàn)效果的同步顯示。

三、作用與意義

首先，本產(chǎn)品將在農(nóng)業(yè)科普領(lǐng)域發(fā)揮價(jià)值。我國的農(nóng)業(yè)科普手段長期處于相對(duì)單一的狀況。對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)的科普一般分為兩種方式，其一是建設(shè)實(shí)際溫室設(shè)施；其二是采用微縮模型+視頻的方式展示。前者投入較大，后者不夠直觀。本產(chǎn)品利用最新穎的VR形式，可以將最現(xiàn)代的最先進(jìn)的農(nóng)業(yè)設(shè)施、智慧農(nóng)業(yè)的理念通過直觀可接觸的形式展現(xiàn)出來，能有效地提高中小學(xué)生群體的興趣，得到較好的科普效果。

其次，本產(chǎn)品是一種良好的智慧農(nóng)業(yè)展示方式。各地紛紛興建的高端農(nóng)業(yè)展廳，均大同小異，通過沙盤和大屏幕投影進(jìn)行展示，展示手段單一，效果不夠直觀。本產(chǎn)品能夠直觀的展現(xiàn)實(shí)際溫室的狀態(tài)，并可以支持嘉賓感受實(shí)際操作。從單純的“看”到“身臨其境的感受”，是展示效果的質(zhì)的提高。

第三，是新型農(nóng)民培訓(xùn)的有利工具。對(duì)于飛行員、駕駛員培訓(xùn)，往往通過模擬艙進(jìn)行，農(nóng)民培訓(xùn)也應(yīng)引入此思路。但模擬溫室建設(shè)耗費(fèi)巨大。同時(shí)，傳統(tǒng)的智能溫室控制系統(tǒng)，通過傳統(tǒng)組態(tài)工具等構(gòu)建的界面，不夠直觀，學(xué)習(xí)成本較高，讓不熟悉計(jì)算機(jī)的農(nóng)民難以接受。本產(chǎn)品有效地解決了這個(gè)問題，以所見即所得的自然交互方式，將有效降低使用者學(xué)習(xí)成本，能讓農(nóng)民以最接近實(shí)際的方式，學(xué)習(xí)溫室操作。

第四，新型溫室大田控制方式。隨著VR設(shè)備的普及及智能溫室設(shè)施大規(guī)模應(yīng)用，本系統(tǒng)也將大規(guī)模普及，在溫室實(shí)際控制中發(fā)揮巨大作用。