物联网与数据可视化的结合：农业领域中的智慧大棚系统

前言

伴随着科技飞速发展，面朝黄土背朝天的农耕时代已经变成历史，智慧农业这一理念走入寻常百姓家。所谓的智慧农业就是充分利用现代信息技术发展的成果，结合传统农业，将物联网技术切合实际的运用到传统农业中。在智慧农业的大力发展的背景下，智慧大棚的诞生是顺其自然的，是智慧农业不可或缺的一部分。大棚应用物联网技术，可达到改善产品品质、调节生长周期、提高经济效益的目的，尤其是可实现温室大棚管理的高效和精准，且在规模化的大棚设施而言，运用“智慧大棚”可以在最短的时间内完成调控，极大的降低了劳动成本。

介于 2D 组态和 3D 组态上，Hightopo（以下简称 HT）的 HT for Web 产品上的有着丰富的组态化可供选择，本文将介绍如何运用 HT 丰富的 2/3D 组态搭建出一个智慧大棚。

界面简介及效果预览

在智慧大棚中，模拟呈现了温室大棚的环境。可以在智慧大棚中控制遮阳网、灌溉、补光灯、风扇、气流显示的开启和关闭，并且模拟农作物的生长过程。在接入物联网系统的温度传感器、湿度传感器、光感器、CO2传感器后，可以做到便捷快速的管理农业大棚。

智慧大棚实现价值

通过物联网和现代农业结合，远程控制的实现工作人员在任何有网络的地方就能够对大棚的环境进行监控，并且根据监控到的大棚状态，控制大棚的生长环境。可以采用无线网络的实现农作物的精准种植，以达到节本增效。智能大棚在运用得当的情况下，还可以达到以下效果：

1、农产品质量安全追溯系统

采集各地块播种、施肥、灌溉、除草等农事操作记录，生产环境数据，全生长周期高清图片，实现生产环节可追溯。以农业生产者的生产档案信息为基础，实现对基础信息、生产过程信息等的实时记、生产操作预警，生产档案查询和上传功能。

食品安全追溯系统在食品供应链中提供完全透明的管理能力，保障食品安全全程可视化控制、监控与追溯，可以全程监控食品生产、加工过程的添加剂以及有害物质、流通环节中的安全隐患。对有可能出现的食品安全隐患进行有效评估和科学预警提供依据。数据能够通过网络实现实时、准确报送，便于快速高效做更深层次的分析研究。消费者可查询所购买食品的完整追踪信息。

2、智能大棚控制

在手机上即可远程手动控制多个大棚的设施设备，包括风机、外遮阳、内遮阳、喷滴灌、侧窗、水帘、阀门、加温灯等。根据时间、气象数据、土壤数据等，系统可按照设定规则，自动进行灌溉、通风、开关天窗等操作。

3、水肥一体化自动灌溉系统

通过可控管道系统供水、供肥，是水肥相融后通过管道、喷枪或喷头进行喷灌，均匀、定时、定量的喷洒再作物发育生长区域，是主要发育生长区域徒然始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物的需肥特点，徒然环境和养分含量状况，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

4、 病虫害诊断防治系统

用户发现作物出现异常时，可通过手机拍摄作物叶片或者果实上传到云平台，即可在毫秒内识别作物是否患有病虫害，患有什么病虫害，并获得防治措施，让你快速确诊，准确用药，避免延误病情，造成损失。

（1） 系统可实现害虫类别自动分类及计数，并自动进行无公害诱捕杀虫，减少农药的使用；

（2） 通过高清摄像机采集虫情图像，可远程查看田间虫情，并制定防治措施。

5、气象环境监测

实时监测空气温湿度、光照、降雨量、风速、风向、大气压力、气体浓度等数据，并通过设定相关报警阈值，实现即时报警，精准控制种植环境指标。根据卫星数据，系统可预报未来72小时气象，24小时极端天气、降水概率、大风等异常气象预警，提醒用户及时做好防灾防险准备。

6、土壤墒情监测

土壤墒情精准监测，异常情况快速预警；实时监测土壤水张力、土壤温湿度、水位、溶氧量、pH值等。通过设定报警阈值，当土壤数据异常时，如湿度过高，系统自动发出预警消息提醒工作人员。

7、视频监控系统

无人机精准测绘，全程自主飞行，任何地形随时作业；定位地块位置、识别地块分界、测算地块面积；在电子地图上圈画地块直观展示；通过720度高清摄像，突发情况可自动转向紧急录像，进行作物长势监测；高清摄像头可720度旋转、拉近、拉远，查看园区实时生产情况；发生预警时，摄像头可自动转向到预警点紧急录像，不放过任何异常；可对视频进行截图，无需另外安装相机进行拍摄。

8、设施远程控制系统

通过远程控制系统，用户可以远程查看设施环境数据和设备运行情况，还可以分析数据，方便灵活管理。可实现根据种植预设条件，自动控制增温、降温、通风、灌溉、施肥等设备的运行，满足严苛的农作物种植环境条件要求，减少不必要的损失，同时可以节省用电，降低生产成本。

系统分析

智慧大棚是将智能化控制应用到大棚种植中，获取到大棚内部的环境（如：空气温度、空气湿 度、二化碳、光照、土壤温度、土壤湿度、肥力-氮磷钾等）和气象环境（如：室外空气温度、空气湿度、风速、风向、光照等），对比设置环境阈值（各环境参数的正常范围值）和设置实际值，当实际值超出环境阈值时，要采取相应的措施（预警、自动/手动控制设备调节环境）。

1、大棚管理：

通过在页面上的操作可以手动开关遮阳网、灌溉、补光灯、风扇、气流显示。智慧大棚可以根据时间、气象数据、土壤数据等，系统会按照设定规则自动开启/关闭设备。

大棚管理主要分为以下几个部分：

（1）遮阳网：遮阳网可以控制光照的强弱、时长等，可以根据不同农作物的不同生长阶段对关照强度和时长的需求进行调整。有效的保障了农作物的健康生长，并且可以延长农作物的生长期，达到增产的效果；

（2）灌溉：在读取到大棚内的温度和湿度后，根据不同的农作物多土壤湿度的不同要求设置最适宜湿度，完成自动灌溉，减少人工劳动和对水资源的浪费；

（3）补光灯： 温室大棚光照与作物的生长有密切的关系。最大限度的捕捉光能，充分发挥植物光合作用的潜力，将直接关系到农业生产的效益。室补光灯，也叫植物补光灯，是依照植物生长的自然规律，根据植物利用太阳光进行光合作用的原理,使用灯光代替太阳光来提供给温室植物生长发育所需光源；

（4）风扇：风扇是大棚控温、自动通风换气的不可缺少的一部分，风扇可以智能呢个控制风口，自动调节大棚温度。最高效的利用大棚内的温度资源，提高农作物的品质和产量。

（5）显示气流：气流显示可以帮助管理人员有效的看到气流的状态，便于管理大棚。

2、农作物模拟生长：

在系统中每隔90s循环模拟一次植物的生长过程，农作物在生长过程中的种子、发芽、幼苗、成苗小、成苗中、成苗大、开花、成熟、枯萎的状态一一展现，还可以手动控制展示农作物的生长状态。
　

总结

如今智慧农业已经到达了一个相对成熟的阶段，各种形式的智能温室大棚不断出现在实际生产种植中，智慧大棚是顺应时代发展的产物，将网络信息技术应用到温室大棚的控制系统中必然发展成一种潮流。中国人民的生活水平不断提升，对蔬菜与水果的需求也只会越来越高，果蔬的成色好、味道好是产品价格的决定特点，因此，智能大棚的发展只会愈加的迅速，采用传统人工管理的大棚会被逐渐淘汰。而 HT 开发的智慧大棚有助于使用者在电脑上更直观的看到大棚内的情况，真正做到足不出户就可以管理大棚。

同样的在规范管理的同时，HT 也努力打造了许多好玩的动画流程，例如医疗站的实现，同样是运用完整的机械传输流程来介绍医疗站之间的运作关系：

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