物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在溫室大棚中推廣問題與對策研究

鄭寧寧

（山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100）

日光溫室大棚是設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)中的一種，利用大棚與外界的隔離保護(hù)作用，可以為農(nóng)作物提供良好的生長環(huán)境，隔絕外界季節(jié)溫度變化和惡劣氣候環(huán)境對植物生長的不利影響，滿足不同季節(jié)對各種農(nóng)產(chǎn)品需求,提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和效益，在我國農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)作物種植中已經(jīng)形成了廣泛的應(yīng)用。

1999年美國麻省理工學(xué)院Auto-ID實(shí)驗(yàn)室提出了物聯(lián)網(wǎng)框架和概念，近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備也不斷的應(yīng)用于溫室大棚種植，通過各種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測溫室大棚內(nèi)溫度、濕度、光照、土壤水分等環(huán)境因子數(shù)據(jù),使種植戶可以實(shí)時(shí)掌握棚內(nèi)環(huán)境的變化并可以通過電腦、手機(jī)等終端設(shè)備，遠(yuǎn)程調(diào)控濕簾風(fēng)機(jī)、噴淋滴灌、內(nèi)外遮陽、加溫補(bǔ)光等設(shè)備,調(diào)節(jié)大棚內(nèi)生長環(huán)境至適宜狀態(tài),實(shí)現(xiàn)科學(xué)監(jiān)視、科學(xué)種植、減少種植戶的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高農(nóng)業(yè)綜合效益[1]。

1 日光溫室大棚涉及的物聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)

日光溫室大棚屬于設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)中的一種，應(yīng)用在設(shè)施農(nóng)業(yè)上的各類物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從系統(tǒng)集成角度來看，主要是通過在棚內(nèi)設(shè)置各類傳感器采集種植相關(guān)信息，通過信息傳輸網(wǎng)絡(luò)匯總到信息監(jiān)控軟件系統(tǒng)中，通過軟件系統(tǒng)的科學(xué)分析對農(nóng)作物的種植提供決策參考，做出決策決定之后，再通過控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程操作大棚卷簾機(jī)、棚內(nèi)噴淋器、水肥一體化設(shè)備等實(shí)現(xiàn)對大棚內(nèi)部溫濕度環(huán)境和土壤養(yǎng)分含量的調(diào)節(jié)，最終目的是為了實(shí)現(xiàn)棚內(nèi)農(nóng)作物的良好生長。從技術(shù)角度來看涉及到土壤學(xué)、作物學(xué)、氣象學(xué)和信息技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域[2]，是多學(xué)科綜合性應(yīng)用。從技術(shù)角度來看，適用于溫室大棚的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)主要是棚內(nèi)環(huán)境因素感知、信息傳輸、信息應(yīng)用。

1.1 棚內(nèi)環(huán)境因素感知技術(shù)

日光溫室大棚內(nèi)需要檢測的農(nóng)作物生長環(huán)境因素主要有溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照度、土壤養(yǎng)分和含水量等,每一種環(huán)境因素都具有相應(yīng)傳感器對其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，主要使用的傳感器有溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器等來檢測對應(yīng)的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)；紅外傳感器和光譜傳感器等來檢測土壤養(yǎng)分含量和土壤水分含量[3]。

1.2 信息傳輸技術(shù)

日光溫室大棚棚內(nèi)溫度和濕度都比較高，而且為了便于耕種，不適合使用有線方式來進(jìn)行信息傳輸，因此在棚內(nèi)信息傳遞主要使用無線傳輸技術(shù)。目前常用的無線傳輸設(shè)備有基于手機(jī)通信技術(shù)的GPRS、4G和新興的5G技術(shù)；有基于無線通信技術(shù)的 Zig Bee網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)以及以STM32W108為核心芯片的設(shè)施農(nóng)業(yè)ZigBee-WiFi無線網(wǎng)關(guān),實(shí)現(xiàn)了Zig Bee與WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)互通[3,4]。

1.3 信息應(yīng)用技術(shù)

信息應(yīng)用主要是指將收集上來的日光溫室大棚的環(huán)境因素感知數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)展,建立基于業(yè)務(wù)邏輯的管理控制策略和模型,最終實(shí)現(xiàn)對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的具體管理措施[5]。信息應(yīng)用的核心就是建立棚內(nèi)環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)模型，通過傳感器采集到的的溫度、濕度、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)與預(yù)先建立的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行比對，從而形成智能控制信號(hào)或是指導(dǎo)后續(xù)農(nóng)作物耕種的決策數(shù)據(jù)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在日光溫室大棚普通種植戶推廣中遇到的問題原因分析

2.1 投入成本高

根據(jù)目前日光溫室大棚涉及的物聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)，在棚內(nèi)使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要投入包括各種傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、控制設(shè)備、信息處理軟件和計(jì)算機(jī)等，每一種技術(shù)設(shè)備的價(jià)格都不低，動(dòng)輒幾萬元甚至十幾萬元，加上后期設(shè)備維護(hù)、技術(shù)升級、設(shè)備更新等后續(xù)投入持續(xù)不斷。對于進(jìn)行科技展示、農(nóng)業(yè)觀光等經(jīng)濟(jì)實(shí)力比較雄厚的農(nóng)業(yè)示范園區(qū)或農(nóng)業(yè)種植企業(yè)來說，其大棚數(shù)量多，大棚之間的距離比較近，在每個(gè)日光溫室大棚內(nèi)只要布設(shè)傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、控制設(shè)備即可，信息處理軟件和計(jì)算機(jī)投入一套就可以實(shí)現(xiàn)全園區(qū)控制，設(shè)備投入會(huì)隨著實(shí)施棚數(shù)的增加而不斷減少，大棚數(shù)量越多，產(chǎn)出效益越多，對設(shè)備成本稀疏越高[6]。但是，在我國農(nóng)村應(yīng)用日光溫室大棚進(jìn)行農(nóng)作物種植的主要還是普通農(nóng)戶，他們在自己的耕種土地范圍內(nèi)建設(shè)日光溫室大棚，進(jìn)行蔬菜、瓜果等經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物種植，大棚數(shù)量少，大多是1-2個(gè)棚，在1-2個(gè)棚內(nèi)實(shí)施所有的日光溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和軟件，在原有建棚投入的基礎(chǔ)上，又增加了額外的設(shè)備投入和后期維護(hù)投入，由于大棚個(gè)數(shù)少，其產(chǎn)量的提高和帶來的收益無法體現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施后帶來的優(yōu)勢。因此，日光溫室大棚普通種植戶基本不會(huì)選擇使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

在日光溫室大棚中使用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備眾多，雖然單個(gè)傳感器、芯片、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)都有其自身的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但是棚內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前市場上不同的棚內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)開發(fā)和制造廠家都使用不同的系統(tǒng)集成方式，而且不同廠家在進(jìn)行系統(tǒng)集成時(shí)，基本上不考慮與其他廠家設(shè)備的兼容，從而形成了人為的廠家之間的技術(shù)壁壘。當(dāng)普通種植戶選擇了其中一個(gè)廠家的設(shè)備之后，在后期維護(hù)和設(shè)備更換過程中，只能使用初期購買廠家的設(shè)備，而無法使用其他廠家的設(shè)備進(jìn)行替換。而且當(dāng)在使用過程中發(fā)現(xiàn)自己選擇的廠家設(shè)備存在問題的時(shí)候，只能把先期購買的設(shè)備全套進(jìn)行報(bào)廢，再選擇其他的廠家設(shè)備進(jìn)行整體替換。因此標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在日光溫室大棚普通種植戶中進(jìn)行推廣使用較低的原因之一。

2.3 技術(shù)要求高

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本身就涉及多門學(xué)科系統(tǒng)集成和綜合應(yīng)用。在日光溫室大棚中使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，要求種植戶既要掌握農(nóng)作物種植技術(shù)，又要掌握基本的信息技術(shù)。對于大型農(nóng)業(yè)示范園區(qū)和農(nóng)業(yè)種植企業(yè)來說，其企業(yè)內(nèi)部有專業(yè)的技術(shù)人員。但是，目前在我國廣大農(nóng)村使用溫溫溫室大棚進(jìn)行農(nóng)作物種植的種植戶，大多是普通農(nóng)民，而且當(dāng)前我國農(nóng)村常住人口老齡化問題比較嚴(yán)重，從事農(nóng)業(yè)種植的農(nóng)戶年齡比較大，其受教育程度比較低，大多數(shù)種植戶只有小學(xué)水平。他們的農(nóng)作物種植主要依靠多年的種植經(jīng)驗(yàn)，憑借經(jīng)驗(yàn)對棚內(nèi)農(nóng)作物的種植與生長進(jìn)行操作，對溫濕度、土壤養(yǎng)分含量、二氧化碳含量等農(nóng)作物生長科學(xué)化、指標(biāo)化的影響因素沒有概念。對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及的信息、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，更是沒有任何的了解。讓沒有任何知識(shí)背景的普通種植戶，使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行棚內(nèi)農(nóng)作物種植監(jiān)控和管理，基本無法實(shí)現(xiàn)。由于自身知識(shí)水平低、學(xué)習(xí)能力弱，學(xué)習(xí)掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)比較困難，造成日光溫室大棚普通種植戶在心理上不愿使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在日光溫室大棚普通種植戶進(jìn)行推廣的對策

3.1 突出政府引導(dǎo)作用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在日光溫室大棚普通種植戶進(jìn)行推廣應(yīng)用，不能只依靠種植戶自身的投入，要突出各級政府和各級農(nóng)業(yè)部門在技術(shù)推廣中的引導(dǎo)作用。對于技術(shù)推廣來說，政府引導(dǎo)最有效的方式，就是進(jìn)行政策引導(dǎo)和經(jīng)濟(jì)投入。在政策引導(dǎo)上，鼓勵(lì)分散的日光溫室大棚平臺(tái)種植戶進(jìn)行聯(lián)合，形成農(nóng)業(yè)種植合作社，以合作社進(jìn)行土地區(qū)域置換，將溫室大棚集中到成方連片的區(qū)域內(nèi)，同時(shí)鼓勵(lì)農(nóng)業(yè)示范園區(qū)、農(nóng)業(yè)企業(yè)、種植合作社與普通種植戶簽訂聯(lián)營合同，通過企業(yè)進(jìn)行土地區(qū)域置換，將大棚種植散戶遷移到相對集中的農(nóng)田范圍之內(nèi)，形成大棚集約化管理。在資金投入上加大對棚內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備購買的補(bǔ)貼力度，進(jìn)一步簡化農(nóng)業(yè)部門對補(bǔ)貼的審批流程，保證補(bǔ)貼資金及時(shí)全額發(fā)放到種植戶手中。對棚內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造廠家減免一定的稅收，使其產(chǎn)品的成本降低。進(jìn)一步也可以采用提供無息貸款，引入社會(huì)資本購買服務(wù)等形式，進(jìn)一步降低普通種植戶購買物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壓力，使其有能力購買物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并應(yīng)用于溫室大棚農(nóng)作物種植監(jiān)控和管理過程中。

3.2 強(qiáng)化技術(shù)培訓(xùn)和人才引進(jìn)

對于普通種植戶學(xué)歷水平較低，種植技術(shù)和農(nóng)業(yè)新技術(shù)掌握不強(qiáng)的問題，各級政府應(yīng)持續(xù)加大對農(nóng)民的培訓(xùn)力度，特別是新型農(nóng)民培訓(xùn)，聘請農(nóng)業(yè)專家對農(nóng)民進(jìn)行農(nóng)業(yè)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的針對性培訓(xùn)，提高大棚種植戶的種植技術(shù)水平和物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的掌握程度。同時(shí)，棚內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用需要具備電子、計(jì)算機(jī)、農(nóng)業(yè)種植等多方面知識(shí)的人才，這對物聯(lián)網(wǎng)人才提出了更高的要求。企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、高校相互合作，通過高校實(shí)驗(yàn)基地、企業(yè)培訓(xùn)相結(jié)合等方式，加強(qiáng)對科研人員進(jìn)行知識(shí)技術(shù)培訓(xùn)，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域培養(yǎng)出復(fù)合型人才。各級農(nóng)業(yè)推廣技術(shù)站要開展常態(tài)化技術(shù)指導(dǎo)，農(nóng)業(yè)技術(shù)員定期深入田間地頭、日光溫室大棚，現(xiàn)場對種植戶在種植過程中和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用過程中遇到的問題進(jìn)行解答，通過講座或宣傳手冊或視頻資料等方式進(jìn)行普及,提升對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)要提高技術(shù)人員服務(wù)意識(shí)、推廣質(zhì)量和后期維護(hù)服務(wù)能力的提，制定有效的考核機(jī)制，進(jìn)一步提高技術(shù)人員的工作積極性和主觀能動(dòng)性[7]。

3.3 加快棚內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

目前，國內(nèi)對日光溫室大棚中使用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)備的開發(fā)與研究已經(jīng)取得了豐碩的成果，但是從發(fā)展的角度來說技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一是制約其發(fā)展的重要因素，國家應(yīng)該對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于棚內(nèi)農(nóng)作物種植生產(chǎn)中，提出相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定,同時(shí)不同地域應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品特點(diǎn)和所需生長或養(yǎng)殖環(huán)境采用頂層設(shè)計(jì),鼓勵(lì)技術(shù)企業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行推廣[8]。各個(gè)棚內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)備研究與開發(fā)企業(yè)，可以按照國家推出的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成，提高物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備各個(gè)組成部分的模塊化和通用化水平，提高設(shè)備和設(shè)備組件的兼容性，使得種植戶在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)施之后的后期維護(hù)和硬件更新中，有更大的替換產(chǎn)品選擇余地。同時(shí)，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)也有利于提高市場競爭力，提高企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，降低產(chǎn)品的價(jià)格，避免廠家通過人為制造技術(shù)壁壘，產(chǎn)生壟斷和不正當(dāng)?shù)钠髽I(yè)市場保護(hù)。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植管理中應(yīng)用成為當(dāng)前形勢下的重要發(fā)展趨勢。在對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行推廣的過程中，要區(qū)分不同的使用群體的不同特點(diǎn)，有針對性的實(shí)施技術(shù)推廣，時(shí)認(rèn)清當(dāng)前階段物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展存在的問題，提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在日光溫室大棚應(yīng)用的適用性，有效推動(dòng)日光溫室大棚種植技術(shù)的全面發(fā)展，為種植戶帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。