基于物联网技术的食用菌“数智”远程预警监控系统及应用研究.pdf
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1、物联网技术 2023年/第9期 全面感知 Comprehensive Perception380 引 言我国是食用菌生产和出口大国,食用菌产量、产值仅次于粮食、蔬菜、果品、油料,居于种植业第五位,已成为农民增收和脱贫攻坚的特色支柱产业,它既是菜篮子的重要组成,也是保健品、健康食品开发关注的热点。我国是世界上最早进行食用菌栽培的国家之一,目前作为商品栽培的食用菌有 60 多个种类1,实现规模化生产的约 30 多个种类,生产发展水平不一,栽培模式多样共存。据中国食用菌协会官方统计,2020 年我国食用菌产量、产值分别超过 4 000 万吨和 3 400 亿元,涉及 28 个省(直辖市、自治区),其
2、中排名前七位的菇种依次为香菇、黑木耳、平菇、金针菇、杏鲍菇、双孢蘑菇和毛木耳,它们占到了全国产量的 83.97%2。金针菇、杏鲍菇基本已经实现工厂化生产,而香菇、黑木耳、平菇、双孢蘑菇和毛木耳基本仍采用传统农业式生产,农户作坊式分散生产占据主导地位,种植过程具有劳动强度大、繁琐和“凭经验办事”的特点,常引发高温热害、干旱、污染、病虫害、“死种”、“烧菌烂棒”、“流耳”、子实体干死或涝害等一系列生产问题,导致种植户遭受大量损失。如何有效预判灾情发生实现防灾减灾也是广大菇农的一致愿望。早在 1999 年被提出的物联网概念,是基于互联网技术实现“物”与“网”互连、物与物之间和互联网间的信息交流,达到
3、“人”“机”“物”有效交流,实现物的智能化感知、识别、定位和管理等3-4。将物联网技术运用到食用菌智能生产中,是促进食用菌高质量生产的重要技术之一5-8,是实现食用菌智能生产的全新模式,能够提升食用菌生产水平,预防生产过程灾害,进而保障食用菌产业健康发展。我国食用菌仍将长期处于农业式生产阶段,开展食用菌传统栽培模式与数字技术的结合,有利于我国食用菌产业进步,提档升级。1 物联网在食用菌“数智”远程预警监控系统中的 应用框架物联网实现了“万物互联”9。在食用菌“数智”远程预警监控系统中,智能控制模块实现了各类感知数据的智能化采集、记录、管控和预测,对环境二氧化碳浓度、相对湿度、温度、光照强度等食
4、用菌生长环境参数进行智能预警监控,确保环境参数能满足食用菌生长要求,实现防灾减灾。用户端借助通信网络通过电脑PC端或智能手机APP客户端,可以实现的功能包括:一是实现对食用菌生长环境参数的“看数”;二是实现对食用菌生长环境因子和气候环境的“预警”;三是实现视频远程管控食用菌生长情况;四是实现食用菌生长环境温度、湿度等参数因子的智能控制;五是借助平台实现与专家和技术能手直接交流栽培技术,获得技术指导、最新科技成果(品种)、共性技术交流、生产和栽培技术等。无论用户在何时何地都能借助网络实现“人”“机”“物”信息交换与通信,达到物的智能化感知、定位、监控与管理,实现用户、专家、技术能手的精密协作。在
5、食用菌“数智”远程预警监控系统中物联网系统应用架构由感知模块、网络基于物联网技术的食用菌“数智”远程 预警监控系统及应用研究叶 雷1,2,李小林1,张 波1,杨学圳1,谭 伟1(1.四川省食用菌研究所,四川 成都 610066;2.四川农业大学 资源学院,四川 成都 611130)摘 要:为解决食用菌发菌和出菇期“凭经验办事”的问题,利用“视频+物联网设备+AI”的预警监控系统,做好食用菌栽培中的数字化“体检”,结合科研专家权威数据和本地专家的经验做好食用菌生产的指导和建议。实践证明,农户/农场主通过远程操作平台 APP 可提前获得气象预警,远程管理食用菌,降低种植风险、减少损失、减少工作量、
6、提高效率。关键词:食用菌;物联网;远程;智慧乡村;预警;监测;控制中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2023)09-0038-03DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2023.09.011收稿日期:2023-02-08 修回日期:2023-03-06基金项目:财政部和农业农村部项目“国家现代农业产业技术体系”(CARS-20);四川食用菌创新团队项目“食用菌工厂化和设施化栽培”(SCCXTD-2023-07);德阳市科技计划项目(重点研发)“黄背木耳新型木粒菌种研发与配套接种技术应用创新”(2022NZ019)2023年/第9期 物联
7、网技术全面感知 Comprehensive Perception39层和应用层组成,实现三者有机连接互通,如图 1 所示。图 1 食用菌“数智”远程预警监控系统应用框架模式1.1 感知模块感知模块利用各种传感器设备实现对食用菌生长环境参数的感知、测定、传送和调节,并均可与基站无线网络通信实现数据“上网”。食用菌生长环境(除基质营养条件、pH、C/N、基质水分外)主要外部参数有温度、湿度、光照和二氧化碳浓度。如图 2 所示,感知模块主要有网络基站、温度传感器(可外接传感器(棒),测量范围为-10 60,误差 0.5)、湿度传感器(测量范围为 0%100%RH,误差 4%RH)、二氧化碳浓度传感器
8、(测量范围为 0 50 000 mg/L,误差 5%FSD)、光照传感器(0 50 000 lx,误差 4%)、网络摄像机、喷水控制电磁阀、水流量电磁阀、水位传感器(含探头)以及其他个性化功能设备(网络卷帘机、百叶窗、网络通风机、自动遮阳网等)。感知模块硬件组件各子模块均可采用弱电系统,在实现各模块信号稳定的同时,延长使用期限。系统性设计各感知模块实现了食用菌生长环境的实时查看、记录反馈。传感器是低功耗设备,内置电池可管 3 年,农户/农场主无须考虑接电、电费问题。图 2 部分感知模块组件1.2 网格模块网络层主要由基站网络、通信网络、网络服务平台等组成。各种感知模块将食用菌生长环境监测数据无
9、线传输到基站,并借助网络传输到服务平台,经平台加工处理传送到应用模块,实现用户终端预警、提示。在食用菌“数智”远程预警监控系统中网格模块起着非常重要的中间桥梁作用,负责大量的数据存储任务、终端服务工作和数据能力响应协调调用等,是本研究系统的最核心组成部分。网络服务平台除了向用户端提供感知模块预警、提示外,还能实现个性化服务,如提供“菌事”管理月历:用户可在终端查看专家或平台提供的食用菌生产注意事项(图文、视频、语音)。灾害或极端天气预警消息推送:大风、冰雹、大雨等灾害天气多方式(短信、推送消息)主动预警通知用户预防灾害。数字广播:每日播报行业政策、价格销售走势、新闻、生产指导、天气预报、防灾预
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