基于植物生长模型的 AI 数字化大棚
——太原市阳曲县燕子生态农业产业园智慧农业创新发展案例
一、基本情况
“智慧农业大棚”项目从植物生长模型的角度出发，通过物联网、人工智能、大数据分析和植物生长模型等多种先进技术的融合，实现了对温室大棚内农作物生长环境营造和优化，从而达到农作物最佳生长曲线，提高农产品的产量和品质。
山西优班图科技股份有限公司和山西春泥院士工作站合作，对太原市阳曲县燕子生态农业产业园的 45 个温室大棚 ，进行了基于植物生长模型的数字化升级。“智慧农业大棚”是基于新一代信息技术和植物生长模型融合的生态大棚，得到了当地政府、春泥院士工作站专家和燕子生态农业产业园的认可。智慧农业大棚目成果图如图 1 所示。
图1 智慧农业大棚项目成果图
二、主要做法
燕子生态农业产业园占地 300 亩，共有大棚 45 个，分别种植的高经济价值农作物有菌菇、西红柿、芦笋和羊肚菌等，为有效提高这些作物的产量和品质，优班图科技采用多种信息化技术手段，对农作物的生长环境进行了精准的控制和调节。
（一）物联网应用是基础
农业物联网的技术和产品主要是通过传感技术、智能技术和网络技术。传感技术对植物的生长环境和生育信息进行采集，网络技术通过移动互联进行信息传输，实现全面感知、可靠传递、智能处理、自动控制。
（二）AI 人工智能赋能是亮点
智能技术是对植物生长情况和环境条件进行分析，通过大数据模型计算、视频图像识别，反馈给大棚自动化控制系统，根据植物生长需要对环境进行调节，使环境更加适合植物生长。
（三）精准的自动化控制是保证
针对蔬菜大棚的控制要求配置的远程监控与管理系统，充分利用传感器技术，基于传统的蔬菜大棚生产技术，提供更适合蔬菜大棚，具有高可靠性、安全性、灵活性、可扩展性、易操作性的软硬件系统，实时监测蔬菜大棚内的温度、湿度、土壤墒情、二氧化碳浓度、电动卷帘状态、水泵状态的采集，以及对水泵、阀门的启停、电动卷帘、通风窗的开闭等控制，通过专线的方式与蔬菜大棚管理中心联网，实时对各蔬菜大棚单位进行监管和控制。具体实施过程如下：
1.项目设计总体思路。在设计系统实施框架上，强化顶层设计，采用智能硬件、物联网、大数据等技术，为农作物生长环境智能控制提供条件，实现科学指导生态轮作和智能化管理，构筑智慧农业大棚之灵魂。系统结构图如图 2 所示。
图2 系统结构图
2.采用物联网技术进行农业大数据采集。面向农业环境、作物、产品等管控对象，形成了一系列的传感设备，包括温度、湿度、光照、CO2、 露点等传感器。通过测量温室内 CO2 浓度、水分含量、温湿度等参数变化以及温室外的光合有效辐射值，计算出某一时间段内农作物光合速率、呼吸系数和蒸腾速率等数据。
3.采用数据模型反向赋能产业。基于过程的农作物生长模拟模DSSAT 是现代农业系统研究的有力工具，可以定量描述作物生长发育和产量形成过程及其与气候因子、土壤环境、品种类型、技术措施之间的关系，为不同条件下农作物生长发育及产量预测、栽培管理、环境评价以及未来气候变化评估等提供了定量化工具。农作物生长模型如图 3 所示。
图3 农作物生长模型
4.图形化界面的控制系统。当传感器采集的环境数据超出设定值时，控制器自动（或远程手动）启动相关硬件设备，对农作物生长环境加热、施肥浇水、通风、卷帘加减光照辐射，实现农作物生长过程智能化精确控制。根据监测分析数据，自动配置设备参数，当达到设定值时系统自动启动或关闭设备。在监控室通过集中监控客户端远程启动或关闭设备，或现场通过手机 WIFI 启动或关闭设备。控制平台如图 4 所示。
图4 控制平台
5.大棚大数据管理一张图。智慧农业云平台重点围绕设备远程安全预警管理进行研发，主要实现设备远程安全监控、设备事故安全预警、远程更新运维等。设备网关通过无线串口或者以太网连接现场设备 PLC、仪表、传感器等，数据通过有线、无线等多种通信方式，使用 MQTT、 TCP 等协议传输到远端的云服务器中，通过设备数据采集、协议转换、数据上报、数据存储、数据监控、数据分析和数据可视化展现等流程，实现设备远程安全监控。大数据平台如图 5 所示。
图5 大数据平台
三、主要成效
智慧农业大棚项目首次采用了西北农林科技大学农作物生长模型的算法平台，将现代科技与农业发展结合，利用云计算、物联网、人工智能等现代信息技术，通过大数据综合管理平台实现对农业的可视化监测、控制、预警等功能，加快农业生产方式转变，降低农业生产成本，提高农业生产效率，提升农产品品质，推动农业产业升级，促进传统农业向智慧农业转变。
四、案例备注
申报单位：山西优班图科技股份有限公司。
该公司成立于 2010 年 5 月，是一家以无线通信技术、物联网 IOT 技术和人工智能技术等下一代信息化技术为公司核心竞争力的高新技术企业，基于自身的无线通信技术和物联网 AIOT 技术，为客户提供专业化的产品研发和解决方案，同时面向智慧农业、工业互联网等领域，为客户提供专业化平台解决方案。
联 系 人：李鹏飞
联系方式：13934164125
电子邮箱：4473013@qq.com
