我国智能温室的现状总汇.doc

课题阶段性总结 ——阅读论文总结，课题初步方向 1我国温室农业发展概况 现代农业越来越朝着精细化和规模化方向发展。精细化需要我们从细节上把握农作物生长的各个环节，例如作为在什么样的温度，光照和水肥条件下能更好的生长，在什么样的环境条件下更容易发生病虫害。传统的小面积种植不能采用大型的农业设施对农作物统一化管理，即浪费人力又加大了农业设施的开支，所以规模化是未来农业的发展方向。随着互联网+的提出，智慧农业也越来越成为我国发展的趋势，因为智慧农业的应用恰恰满足了现代农业朝着精细化和规模化的发展要求。 近年来我国设施园艺得到了快速发展，截至2012年，面积已达到了362万hm 2，占世 界的89.3%;其中代表设施园艺现代化水平的玻璃温室面积接近9000 hm 2，占世界玻璃温室面积的22.5% [1]。与此同时，随着信息技术的发展，传感器技术、无线网络、信息处理、决策服务等智能化技术越来越多地应用于温室管理中，尤其是近年来物联网技术的发展和应用，更加促进了温室智能化管理技术的发展。 2 温室环境智能监控研究现状 2.1温室环境信息获取 温室环境信息获取方面，研究初期主要采用线传输方式，如朱伟兴等设计了以计算机为上位机、MCS-51单片机为下位机的智能温室群集散控制系统[2]就是运用RS232/RS422有线传输环境信息。其设计整体框图如图1. 图1 朱伟兴等设计的硬件整体框图 再如懂乔雪等设计的“温室计算机分布式自动控制系统”[3]采用总线式RS-485通信网络和逐级验证的通信算法进行数据传输，通信结构图及总体框图如图2、3。 图2 懂乔雪等设计的通信硬件系统框图 图3 懂乔雪等设计的系统总体框图 近年来国内外在温室环境无线测控技术方面开展了相关研究工作，主要是采用 2G、3G 网络通信技术、Zigbee、蓝牙和Wi-Fi等方式进行信息的传输。其中2G、3G网络通信技术主要适用于远距离信息传输，Zigbee、蓝牙和Wi-Fi技术用于短距离信息传输领域。如张猛等设计的“基于ZigBee和Internet的温室群环境远程监控系统”[4]就是运用了无线传输技术，其设计整体框图如图4。 图4 张猛等设计的系统总体框图 再如王斌等设计的“基于GPRS技术日光温室综合环境集散控制系统”[5]该系统主要由３部分组成：温室综合环境监控模块、GPRS数据传输模块、基于WEB的温室群监控中心模块。整体设计框图如图5所示。 图5 王斌等设计的系统总体框图 2.2 温室环境的数据处理 由于温室测控系统服务于多个温室，范围广，环境参数复杂，为了提高采集数据的可靠性和稳定性，大多数设计都采用了一定的方法将采集到的原始数据进行处理。如程曼等在“基于多传感器数据融合的温室环境控制的研究”[6]一文中描述的，在多传感器采集数据基础上, 利用最小距离聚类法确定各传感器融合的次序, 提高数据融合结果的客观性。器设计的整体框图如图6。 图6 程曼等设计的系统总体框图 再如张韩飞等在“多传感器信息融合在温室湿度检测中的应用”一文中采用模糊C均值(FCM)聚类算法对温室湿度进行数据融合, 阐明了FCM 算法优于平均值算法，提高了检测的准确性。其整体设计框图如图7所示。 图7 张韩飞等设计的系统总体框图 2.3 温室环境决策调控 目前温室环境优化控制主要是依据植物生长最适宜条件或者依据环境控制成本最低来优化。在上述两种优化调控方法中，由于基于生长最优往往不是经济效益最好，而基于成本最低则不能保证发挥温室增产潜力，所以近年来开展了将作物生长和环境调控成本相结合的控制方法研究。 如朱丙坤等人在“基于节能偏好的冲突多目标相容温室环境控制”[8]一文中利用多目标相容算法对温室大棚进行控制，并对遗传算法进行了改进，把节能这一偏好引入到了优化过程中。在多冲突目标算法中，不在追求精确的点目标，而是追求次优的区间目标，由于控制目标的放宽，就可以有很大的余地来协调控制精度和能耗，从而达到节能降耗的目的。再如戴剑锋等在“基于模型的温室加温控制目标优化系统研究”[9]一文中建立了基于模型的温室加温控制目标计算机优化系统，该系统包括一个数据库(温室、作物以及气象资料) 和三个模型(作物生长模拟模型、温室加温能耗预测模型以及加温控制目标优化模型)。其系统结构与功能框图如图8。 图8 戴剑锋等设计系统结构与功能示意图 3 总体方案总结 智能温室控包括数据采集、数据分析、决策控制三个方面的内容。总结近20年在“温室智能控制”方面的研究，总结如下。 3.1数据获取方面 由于总线方式布线复杂且有线线路在大棚内温热潮湿的环境下容易损坏等多方面原因，使用将越来越少，取而代之的将是无线通信，包括zigbee、蓝牙、WiFi等短距离无线通