物聯網與數據可視化的結合：農業領域中的智慧大棚系統

前言

伴隨着科技飛速發展，面朝黃土背朝天的農耕時代已經變成歷史，智慧農業這一理念走入尋常百姓家。所謂的智慧農業就是充分利用現代信息技術發展的成果，結合傳統農業，將物聯網技術切合實際的運用到傳統農業中。在智慧農業的大力發展的背景下，智慧大棚的誕生是順其天然的，是智慧農業不可或缺的一部分。大棚應用物聯網技術，可達到改善產品品質、調節生長週期、提升經濟效益的目的，尤爲是可實現溫室大棚管理的高效和精準，且在規模化的大棚設施而言，運用「智慧大棚」能夠在最短的時間內完成調控，極大的下降了勞動成本。

　　介於 2D 組態和 3D 組態上，Hightopo（如下簡稱 HT）的 HT for Web 產品上的有着豐富的組態化可供選擇，本文將介紹如何運用 HT 豐富的 2/3D 組態搭建出一個智慧大棚。

界面簡介及效果預覽

　　在智慧大棚中，模擬呈現了溫室大棚的環境。能夠在智慧大棚中控制遮陽網、灌溉、補光燈、風扇、氣流顯示的開啓和關閉，而且模擬農做物的生長過程。在接入物聯網系統的溫度傳感器、溼度傳感器、光感器、CO2傳感器後，能夠作到便捷快速的管理農業大棚。

　　

智慧大棚實現價值

　　經過物聯網和現代農業結合，遠程控制的實現工做人員在任何有網絡的地方就可以對大棚的環境進行監控，而且根據監控到的大棚狀態，控制大棚的生長環境。能夠採用無線網絡的實現農做物的精準種植，以達到節本增效。智能大棚在運用得當的狀況下，還能夠達到如下效果：

一、農產品質量安全追溯系統

　　採集各地塊播種、施肥、灌溉、除草等農事操做記錄，生產環境數據，全生長週期高清圖片，實現生產環節可追溯。以農業生產者的生產檔案信息爲基礎，實現對基礎信息、生產過程信息等的實時記、生產操做預警，生產檔案查詢和上傳功能。

　　食品安全追溯系統在食品供應鏈中提供徹底透明的管理能力，保障食品安全全程可視化控制、監控與追溯，能夠全程監控食品生產、加工過程的添加劑以及有害物質、流通環節中的安全隱患。對有可能出現的食品安全隱患進行有效評估和科學預警提供依據。數據可以經過網絡實現實時、準確報送，便於快速高效作更深層次的分析研究。消費者可查詢所購買食品的完整追蹤信息。

二、智能大棚控制

　　在手機上便可遠程手動控制多個大棚的設施設備，包括風機、外遮陽、內遮陽、噴滴灌、側窗、水簾、閥門、加溫燈等。根據時間、氣象數據、土壤數據等，系統可按照設定規則，自動進行灌溉、通風、開關天窗等操做。

三、水肥一體化自動灌溉系統

　　經過可控管道系統供水、供肥，是水肥相融後經過管道、噴槍或噴頭進行噴灌，均勻、定時、定量的噴灑再做物發育生長區域，是主要發育生長區域徒然始終保持疏鬆和適宜的含水量，同時根據不一樣的做物的需肥特色，徒然環境和營養含量情況，把水分、營養定時定量，按比例直接提供給做物。

四、 病蟲害診斷防治系統

　　用戶發現做物出現異常時，可經過手機拍攝做物葉片或者果實上傳到雲平臺，便可在毫秒內識別做物是否患有病蟲害，患有什麼病蟲害，並得到防治措施，讓你快速確診，準確用藥，避免延誤病情，形成損失。

　　（1）系統可實現害蟲類別自動分類及計數，並自動進行無公害誘捕殺蟲，減小農藥的使用；

　　（2）經過高清攝像機採集蟲情圖像，可遠程查看田間蟲情，並制定防治措施。

五、氣象環境監測

　　實時監測空氣溫溼度、光照、降雨量、風速、風向、大氣壓力、氣體濃度等數據，並經過設定相關報警閾值，實現即時報警，精準控制種植環境指標。根據衛星數據，系統可預報將來72小時氣象，24小時極端天氣、降水機率、大風等異常氣象預警，提醒用戶及時作好防災防險準備。

六、土壤墒情監測

　　土壤墒情精準監測，異常狀況快速預警；實時監測土壤水張力、土壤溫溼度、水位、溶氧量、pH值等。經過設定報警閾值，當土壤數據異常時，如溼度太高，系統自動發出預警消息提醒工做人員。

七、視頻監控系統

　　無人機精準測繪，全程自主飛行，任何地形隨時做業；定位地塊位置、識別地塊分界、測算地塊面積；在電子地圖上圈畫地塊直觀展現；經過720度高清攝像，突發狀況可自動轉向緊急錄像，進行做物長勢監測；高清攝像頭可720度旋轉、拉近、拉遠，查看園區實時生產狀況；發生預警時，攝像頭可自動轉向到預警點緊急錄像，不放過任何異常；可對視頻進行截圖，無需另外安裝相機進行拍攝。

八、設施遠程控制系統

　　經過遠程控制系統，用戶能夠遠程查看設施環境數據和設備運行狀況，還能夠分析數據，方便靈活管理。可實現根據種植預設條件，自動控制增溫、降溫、通風、灌溉、施肥等設備的運行，知足嚴苛的農做物種植環境條件要求，減小沒必要要的損失，同時能夠節省用電，下降生產成本。

系統分析

智慧大棚是將智能化控制應用到大棚種植中，獲取到大棚內部的環境（如：空氣溫度、空氣溼 度、二化碳、光照、土壤溫度、土壤溼度、肥力-氮磷鉀等）和睦象環境（如：室外空氣溫度、空氣溼度、風速、風向、光照等），對比設置環境閾值（各環境參數的正常範圍值）和設置實際值，當實際值超出環境閾值時，要採起相應的措施（預警、自動/手動控制設備調節環境）。

一、大棚管理：

經過在頁面上的操做能夠手動開關遮陽網、灌溉、補光燈、風扇、氣流顯示。智慧大棚能夠根據時間、氣象數據、土壤數據等，系統會按照設定規則自動開啓/關閉設備。

　　

大棚管理主要分爲如下幾個部分：

（1）遮陽網：遮陽網能夠控制光照的強弱、時長等，能夠根據不一樣農做物的不一樣生長階段對關照強度和時長的需求進行調整。有效的保障了農做物的健康生長，而且能夠延長農做物的生長期，達到增產的效果；

（2）灌溉：在讀取到大棚內的溫度和溼度後，根據不一樣的農做物多土壤溼度的不一樣要求設置最適宜溼度，完成自動灌溉，減小人工勞動和對水資源的浪費；

（3）補光燈： 溫室大棚光照與做物的生長有密切的關係。最大限度的捕捉光能，充分發揮植物光合做用的潛力，將直接關係到農業生產的效益。室補光燈，也叫植物補光燈，是依照植物生長的天然規律，根據植物利用太陽光進行光合做用的原理,使用燈光代替太陽光來提供給溫室植物生長髮育所需光源；

（4）風扇：風扇是大棚控溫、自動通風換氣的不可缺乏的一部分，風扇能夠智能呢個控制風口，自動調節大棚溫度。最高效的利用大棚內的溫度資源，提升農做物的品質和產量。

（5）顯示氣流：氣流顯示能夠幫助管理人員有效的看到氣流的狀態，便於管理大棚。

二、農做物模擬生長：

在系統中每隔90s循環模擬一次植物的生長過程，農做物在生長過程當中的種子、發芽、幼苗、成苗小、成苗中、成苗大、開花、成熟、枯萎的狀態一一展示，還能夠手動控制展現農做物的生長狀態。

　　

總結

現在智慧農業已經到達了一個相對成熟的階段，各類形式的智能溫室大棚不斷出如今實際生產種植中，智慧大棚是順應時代發展的產物，將網絡信息技術應用到溫室大棚的控制系統中必然發展成一種潮流。中國人民的生活水平不斷提高，對蔬菜與水果的需求也只會愈來愈高，果蔬的成色好、味道好是產品價格的決定特色，所以，智能大棚的發展只會越發的迅速，採用傳統人工管理的大棚會被逐漸淘汰。而 HT 開發的智慧大棚有助於使用者在電腦上更直觀的看到大棚內的狀況，真正作到足不出戶就能夠管理大棚。

一樣的在規範管理的同時，HT 也努力打造了許多好玩的動畫流程，例如醫療站的實現，一樣是運用完整的機械傳輸流程來介紹醫療站之間的運做關係：

　　

　　2019 咱們也更新了數百個工業互聯網 2D/3D 可視化案例集，在這裏你能發現許多新奇的實例，也能發掘出不同的工業互聯網：https://mp.weixin.qq.com/s/ZbhB6LO2kBRPrRIfHlKGQA

　　同時，你也能夠查看更多案例及效果：https://www.hightopo.com/demos/index.html