基于物联网和自控技术的智慧大棚示范园区

——太原市清徐县智慧农业创新发展案例

一、基本情况

乡村振兴，产业先行。产业兴旺既是支撑乡村振兴的源头，也是夯实乡村振兴的物质基础。乡村要振兴，就要大力发展符合村庄实际的特色产业。太原市清徐县把发展高标准设施农业作为推进乡村振兴的重要抓手，突出政策引导，创新发展思路，大力发展特色农产品种植，经济效益日益凸显，对农业增效、农民增收、经济增长发挥了重要作用，为增强基层党组织影响力、凝聚力、战斗力，实现农业强、农村美、农民富奠定了坚实经济基础。

壮大村集体经济，资金投入是必不可少的，发展特色农产品种植，更需要投入大量财力。为了带动农民致富增收，2020 年，清徐县政府采取了“政策资金 + 自筹资金 + 集体入股 + 银行贷款”的方式，投资 3.2 亿元，在全县范围内建起了 2200 亩高标准温室大棚，创建实施农业示范园个，机械化、数字化程度大幅提高，使设施农业成为农民致富增收的一把“金钥匙”。2021 年 2 月，山西方圆村信息技术有限公司为清徐杨房村千亩城郊农业示范园区 28 栋蔬菜大棚接入了“方圆村智控终端”，实现了设施农业数据的汇聚、管理、服务以及“人工智能 + 大数据”应用，形成农业大数据集合，为清徐县打造了现代化智慧农业“数字底座”，赋予设施农业生产经营数据化能力。如图 1 所示。

图1 方圆村智慧农业解决方案

二、主要做法

（一）数据采集

清徐杨房村千亩城郊农业示范园区的每一栋蔬菜大棚内均安装了一套“方圆村智控终端”，并且配置了一套种植环境多参数组合采集器，通过物联网系统连接传感器，采集土壤温度、湿度、养分含量（N、P、K）、 pH 值等，多个大棚群将各自环境参数实时上传给云端服务器。“方圆村智控终端”感知大棚的各项环境指标，利用最先进的生物模拟技术，模拟出最适合棚内植物生长的环境，并通过微机进行数据分析，经大数据分析处理后，由微机对大棚卷帘、卷膜、补光等终端设备进行自动化控制，从而改变大棚内部的生物生长环境。除此之外，传感器数据还可以以数字化形式通过手机查看，并且利用手机远程控制大棚内物联网设备。

（二）智能控制

1.水肥一体化系统。“方圆村”为园区接入了水肥一体化系统，根据作物不同生育期需水、需肥情况，以及用户设置的灌溉施肥策略，自动进行灌溉施肥作业，为作物提供良好生长环境，促进作物生长，降低了浇水、施肥等用工时间和强度，减少 50% 以上劳动力。同时，最大化地提升肥料利用率，提高了蔬果品质，提升了价值。如图 2 所示。

图2 水肥一体化及打药系统

2.打药系统。传统的打药需要背上药箱在棚内待上至少两天，不仅耗时费力，而且药物还会对人体造成不可逆伤害。方圆打药系统，以更加轻便、高效的模式，实现全棚 360 度无死角打药，省时省力，5 分钟就可以打完一个 1 亩的标准棚，并且杜绝了药物对人体伤害。除了打药之外，还能降温、加湿，实现一管多用。如图 2 所示。

3.补光系统。方圆村补光系统实时采集棚内光照数据，通过与农作物生长过程实际光谱的跟踪，与最佳推荐光谱对比得到所需补偿光谱信息，自动调节所需光源，成熟周期缩短，产量提升，促进了产品提前上市，还在一定程度上减少病虫害侵扰。

4.AR 系统。管理员利用 AR 设备进行扫描后可查看园区种植信息，例如园区占地面积以及农作物种植情况。通过点击大棚编号，可以看到相应大棚内的实时环境数据，包括空气温湿度、土壤温湿度、氮、磷、钾、电导率、土壤 pH 值等。同时，还可以查看当前大棚安装的智能设备等，点击监控功能可以查看相应大棚内部实时画面。此外，方圆村 AR 系统还可以展示由大数据分析后得到的本月销量以及销售占比的预测信息，为农户提供多种管理大棚方式，及时掌握种植情况，助力提高农作物产量、提升品质。如图 3 所示。

图3 AR 系统展示界面

（三）软件平台

方圆村智控平台与园区的物联网设备对接，涵盖了农业生产、经营、管理、服务四大维度数据，通过全方位的数据管理，使园区发展达到管理高效化、服务便捷化、生产智能化、经营网络化的格局，最终形成高效的运作机制，推动园区高质量发展。如图 4 所示。

图4 方圆村智控平台

此外，为了帮助农民更好地控制大棚内设备，学习农业技能，方圆村公司特别推出了方圆村 APP 2.0 版本，用户通过 APP，可以查看当前所在地区的天气信息，添加待办事项，及时了解先进的农作物种植技术，获取各个地区的农产品市场行情等信息。可以查看当前大棚内环境信息，一键控制卷帘、卷膜、打药、水肥、补光等设备。同时，大棚管理员还能够自由控制人员的增减，添加、修改大棚信息等。此外，方圆村 APP还是山西省人社厅指定在线学习平台，用户通过“方圆课堂”板块可以学习不同类型的农业培训课程，掌握一技之长。

三、主要成效

由于科学化、智能化操作和管理，极大地提升了大棚种植的品质，提高了农作物产量，增加了农民的收入。2021 年 6 月 21 日，在清徐县召开的山西省设施农业生产暨第一产业高质量发展现场推进会上，山西省农业农村厅领导给予了充分肯定。从我们跟踪结果来看，杨房村千亩城郊示范区种植户在没有安装“方圆村智控设备”之前，一个棚年产蔬菜30000 斤，28 个棚年产 84 万斤，按照 2021 年市场行情普罗旺斯番茄每斤 3 元计算，收入为 252 万元。在安装了方圆村智控设备之后，产量提高了近 20%，即增产近 16.8 万斤，增加收入 50.4 万元。

我们始终相信，科技会塑造农业未来，改变人与土地的关系，“方圆村”将从现代化、智能化、数字化出发，切实提高农民生产作业效率，为更多农民带来“甜蜜”的变化。

四、案例备注

申报单位：山西方圆村信息技术有限公司。

这是一家专门为农业大棚的经营者、管理者提供全棚智慧化服务的公司。由获得高新技术企业和专精特新称号的山西匹思泰信息技术股份有限公司作为发起方，整合原有业务技术团队，于 2020 年 7 月 30 日组建成立，在山西省综合改革示范区设立办公总部，公司设有 7 个部门，现有员工及顾问团队共 35 人。

联 系 人：齐 红

联系方式：18303417837

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