日光温室蔬菜智能化管理系统建模.pdf

北 方 园 艺 农业信息技术 第一作者简介 王勇 男 硕士 助理研究员 现主 要从事蔬菜育种与农业信息化等研究工作 责任作者 姜俊 男 博士 研究员 现主要从事蔬 菜育种与农业信息化等研究工作 基金项目 国家大宗蔬菜产业技术体系资助项目 河南省科技攻关资助项目 河南 省大宗蔬菜产业技术体系资助项目 河南 省创新型科技团队资助项目 收稿日期 日光温室蔬菜智能化管理系统建模 王 勇 姜 懿 芮 徐 志 颖 姜 俊 赵 红 星 李 艳 驻马店市农业科学院 河南 驻马店 郑州大学 信息工程学院 河南 郑州 郑州大学 国际学院 河南 郑州 摘 要 随着精准农业的发展 智能化管理将在现代农业中广泛应用 针对智能化管理 在日光温室蔬菜生产中尚鲜见报道的情况 该研究以日光温室蔬菜为研究对象 通过对日光 温室环境特征的分析 设计一种基于无线传感器网络技术的低成本温室监测系统 用于监测 温度 湿度 二氧化碳浓度等关键环境参数 并建立日光温室蔬菜系统 通过建模 建立不同 子模块 实现蔬菜生产的智能化管理 关键词 日光温室蔬菜 智能化 系统建模 装备系统 中图分类号 文献标识码 文章编号 在全球信息化和数字化的背景下 传统农业 正在逐步转变为精准农业 日光温室栽培是中国 较多地方蔬菜生产的主要方式 近年来 虽然 一些现代智能温室正在兴起 但传统温室仍然占 主导地位 大多数温室设备配置落后 蔬菜生产管 理效率低下 智能化管理是一种集传感器 自 动化控制 数字网络传输 信息存储和信息处理的 无线传感网络技术 目前 智能化管理已广泛应 用于环境监测且发展较快 然而在日光温室蔬菜 生产中却鲜见报道 随着精准农业的发展 智能化管理模式在日 光温室蔬菜生产有着广泛的应用 通过对日 光温室环境特征的分析 建立日光温室蔬菜系统 通过系统建模 建立系统的不同子模块 实现智能 化管理 日光温室蔬菜系统智能化管理将发挥重 大作用 实现生产的科学化和规模化 提高农作物 的产量 增加灾害天气的预防机制 促进现代农业 的发展 智能化管理系统的架构 系统需求分析 将日光温室配备一个无线传感器网络节点 该节点连接到空气温度 湿度 二氧化碳浓度以及 土壤湿度传感器 用来测量温室内部和外部值 天线从每个温室向外延伸 以收集预先定义的同 时建立了一个无线网络 因此 数据被传送到一 个基地 按预定的时间顺序打包发送到蔬菜数据 中心的站点实现网络实时数据发布 访问实时监 控数据 该系统可以全自动采集数据 实现对温 室数据的全程监控 并采集指定的温室监控数据 管理员接收蔬菜的数据 实时通过 网络向蔬 菜数据中心发送监控数据 该系统可以实现以下 功能 自动收集所有大棚的监控数据 定期传 输监控数据和任何报警信息 并将温室 与管理 人员的电话号码相匹配 滚动显示基站屏幕上的 信息 获取指定的监测温室数据 发送给用户 发送实时的通过 网络监控的温室数据 系统的设计 系统由传感器节点模块 基站模块和数据分 发模块组成 节点模块放置在温室内 基站模块 放置在温室外的公共区域 基站配有 对温 室内外的空气温度 湿度 二氧化碳浓度以及土壤 湿度等进行实时监测 网络发布模块包括安装在 蔬菜数据中心 基站中的 传输模块与网络 发布模块中的 发送器模块之间的网络 发布模块安装在系统的数据中心 安装在任 何具有固定 的计算机上 系统采用 种网络 通信方式 无线在节点和基站之间形成的网络 基站 传输模块与 释放模块 传输模块之间的 网络 日光温室蔬菜系 统的体系结构见图 图 日光温室蔬菜系统的体系结构 系统模块的建立 日光温室蔬菜系统是一种融合了物联网 传 感器知识的现代技术 包括自动化控制 数字网络 传输 信息存储和信息处理技术 系统可以实现 日光温室蔬菜科学种植 降低环境监测方面的管 理成本 根据温室环境特征分析 设计一套实用 低成本的管理系统 系统基于无线传感器网络技 术的关键环境参数 参数包含监测空气温度 湿 度 二氧化碳浓度和土壤湿度 系统利用智能化的网络技术 对温室蔬菜的 生长状况进行监测 完整的系统体系结构包括一 组传感器节点 对应的基站和相关互联网数据中 心 无线传感器节点的设计以微处理器为核心 组件用于节点之间的无线通信 有了微处理器和 嵌入式操作系统 一个专有的开发网关节点以实现 数据流入 屏幕显示 系统配置和基于 的远 程数据转发 通过客户机 服务器模式 管理远程 数据中心软件实现实时数据分发和时间序列分析 还开发了一种针对短消息实时发送接口 图 系统的建模 将种植蔬菜的日光温室系统的每个子模块通 过 工具建立模型 为了方便对系统每个模 块的分析 能够直观观察子系统的组成结构 提取 子系统的内部信息 加深对系统模块的理解 温室嵌入式操作系统的建模 温室嵌入式系统的数据采集类图中有蔬菜数 据 温室管理员 温室用户 蔬菜数据查询 蔬菜数 据交换 蔬菜数据检测几类 蔬菜数据有名称 类 型的属性 有下载 选择的操作 温室用户有姓 名 地址 的属性 有注册 发现的操作 温室 管理员有姓名 工号 上岗时间的属性 有注册 管 理的操作 蔬菜数据查询有路径 表名 密码的属 性 有选择的操作 蔬菜数据交换有路径的属性 有选择的操作 蔬菜数据检测有路径 表名的属 性 有选择的操作 温室传感器节点系统 温室传感器节点系统的数据处理类图有原始 第 期 北 方 园 艺 图 日光温室设备监控系统 蔬菜数据 蔬菜数据预处理 蔬菜数据分路 蔬菜 数据管理和报告生成等种类 原始蔬菜数据包括 蔬菜名 类型的属性 有接收的操作 蔬菜数据预 处理包括 检查和对接的操作 蔬菜数据分路 包括缓变参考分路 速变参考分路 时间修正和零 点修正的操作 蔬菜数据管理包括任务编号的属 性 对蔬菜数据修改的一系列操作 原始蔬菜数 据和蔬菜数据之间存在关联关系 蔬菜预处理和 蔬菜数据分路之间存在关联关系 蔬菜数据分路 和蔬菜数据管理之间存在关联关系 原始蔬菜数 据和生成报告之间存在关联关系 蔬菜数据管理 与生成报告之间存在关联关系 温室传感器节点 系统的数据处理系统的类图见图 图 温室传感器节点系统的数据处理系统的类图 北 方 园 艺 月 上 结论 智能化管理的应用 解决了日光温室蔬菜生 产中的信息获取 传输 互联以及不同应用环境的 决策智能化 推动了现代农业的发展 使精准农业 技术真正进入到实际生产中 建立的日光温室蔬 菜系统可以对日光温室蔬菜进行科学化 标准化 种植 提高生产效率 对日光温室蔬菜系统进行建 模 可以增加日光温室蔬菜智能化管理 通过 的建模技术 建立日光温室蔬菜 系统的 模型 确立整体系统的每个子系统 的模块图 该研究首先分析日光温室蔬菜系统的 需求 研究 建模 模型检测的现状以及发展 趋势 阐述 模型建模的方式 总结 常 用的建模工具 设计系统模块组成和各模块的子 系统 并对子系统进行 建模 为了便于精 准农业蔬菜系统的智能化管理 该研究确立日光 温室蔬菜系统组成 将系统分为数据采集系统 视 频监控系统 远程控制等系统 建立温室蔬菜系统 的 模型图 对系统里的每个模块进行建模 参考文献 王勇 段玉聪 姜懿芮 等 设施蔬菜生产大数据挖掘及应用 中国瓜菜 王文生 郭雷风 农业大数据及其应用展望 江苏农业科 学 张红宇 张海阳 李伟毅 等 中国特色农业现代化 目标定 位与改革创新 中国农村经济 李祎 郎德山 物联网大数据助推寿光蔬菜产业上档升级 中国瓜菜 戴军 新加坡循环经济发展对中国建设瓜菜特色小镇的启 示 中国瓜菜 王晓敏 邓春景 基于 互联网 背景的我国智慧农业发展 策略与路径 江苏农业科学 邹承俊 物联网技术在蔬菜温室大棚生产中的应用 物 联网技术 孙忠富 杜克明 郑飞翔 等 大数据在智慧农业中的研究与 应用 中国农业科技导报 第 期 北 方 园 艺