[01193407]设施园艺物联网环境控制关键技术及装备

随着我国设施园艺产业的发展,先进的物联网管控技术与装备也越来越多的应用到各个生产环节,但是这些从工业物联网系统中移植过来的技术还不能很好地适应复杂的农业生产环境,还存在测控信号不稳定、网关协议不统一、配套装备不适应等问题。为此,本课题组在国家自然科学基金、江苏省科技支撑计划等项目资助下,历经5年产学研联合攻关,在设施园艺物联网信息感知节点与异构网关、信息传输算法、配套控制装备等方面开展了技术创新、产品研制与集成应用,取得了如下重大突破： （1）为增加传感器节点环境适应性和减少传输能耗及数据冲突,研究了单多共存LEACH算法及两级预测WSN数据传输算法。根据农业环境数据传输特点,分别在传感器端和服务器端建立分段回归方程,并引入自适应加权算法,实现WSN系统中同构传感器节点数据的服务器端融合。为了减少传感器节点能耗,在簇头节点与基站通信时采用单跳与多跳共存的方式,充分延长了节点和网络的寿命。 （2）为解决设施园艺物联网环境系统中的网关传输速率慢、传输效率低、接入方式单一的问题,开发了监控节点和异构网关。现代设施园艺物联网系统需要大量的数据透明传输、数据预处理和本地融合,因此网关通信采用CDMA EVDO技术,使用CC1100 ZigBee等无线射频模块,提高了数据处理能力,减轻了网络传输负荷。开发了基于Android平台的移动终端,集远程查询、轻量数据库、专家提醒、视频查看和手动远程控制等功能,对WiFi、EDGE、3G/4G不同网络制式的网络实现了无差别支持,接入方式多样,人机互动良好。 （3）为解决设施园艺物联网环境信息、作物信息与肥水灌溉信息无法相互协调的问题,发明了基于环境信息和作物信息融合的多尺度设施园艺物联网环境控制系统。在传统设施园艺物联网环境控制系统基础上,引入作物信息,并综合考虑设施园艺环境信息和作物信息对设施园艺物联网环境控制的要求,通过信息融合技术,建立了包含作物信息的综合设施园艺信息融合平台和环境智能决策控制系统。 （4）为解决设施园艺温、湿、光、水、肥、气等环境因子和配套装备的智能协调管控问题,发明了基于激光视觉的作物表型测量系统,为环境控制系统在线提供作物表型信息;发明了多通道肥水一体化灌溉施肥系统,实现肥水精准高效混合,并构建了基于环境信息与作物信息融合的肥水灌溉施肥控制模型;发明了风送式CO2气肥智能施加装置,采用多测点检测技术方案,实现设施园艺环境CO2加浓智能化控制。 该成果获得国家授权发明专利4件,实用新型专利6件,软件著作权6件,发表论文55篇,其中SCI/EI收录论文27篇,江苏省农业机械试验鉴定站检验成果3项。该成果累积推广应用4856亩,其中设施温室1356亩、大田种植3500亩,降低设备管理劳动成本80 %以上,实现增产10 %以上,累计取得经济效益1250万元。