АбстрактныйИнтеллектуализация современного стационарного сельского хозяйства в основном зависит от системы эксплуатации и технического обслуживания. Интеллектуализация системы эксплуатации и технического обслуживания напрямую связана с комплексной эффективностью работы теплиц, а также представляет собой модернизацию стационарного сельского хозяйства, имеющую ценность для распространения и углубленного развития. В данной статье рассматривается применение интеллектуальной системы эксплуатации и технического обслуживания на базе стационарного сельского хозяйства в Циндао, анализируется эффект от ее применения и оценивается ценность системы для распространения, чтобы предоставить справочную информацию для соответствующих специалистов и расширить дальнейшее углубленное изучение соответствующих систем, тем самым повысив технический и интеллектуальный уровень стационарного сельского хозяйства.

Ключевые словаИнтеллектуальная система эксплуатации и технического обслуживания; Сельскохозяйственные объекты; Применение

В условиях стремительного развития Китая традиционные методы сельскохозяйственного производства не смогли удовлетворить потребности общества в качестве и количестве сельскохозяйственной продукции. Современное механизированное сельское хозяйство, характеризующееся высокой урожайностью, эффективностью и превосходным качеством, в последние годы быстро развивается, обладая огромным рыночным потенциалом. Однако по сравнению с развитыми сельскохозяйственными странами или регионами мира уровень технологий механизированного сельского хозяйства в Китае все еще значительно отстает, особенно в применении интеллектуальных систем управления и обслуживания на основе Интернета вещей (IoT), таких как сельскохозяйственные датчики и облачные системы управления машинами, где цифровизация нуждается в срочном совершенствовании.

1. Интеллектуальная система эксплуатации и технического обслуживания для сельского хозяйства

1.1 Определение системы

Интеллектуальная система эксплуатации и технического обслуживания в сельском хозяйстве — это перспективная системная технология, которая глубоко интегрирует технологии Интернета вещей (IoT), технологии интеллектуального управления и различные сельскохозяйственные процессы, такие как посадка, хранение, переработка, транспортировка, отслеживание и потребление. Благодаря интеграции «система + аппаратное обеспечение», интеллектуальная система эксплуатации и технического обслуживания в сельском хозяйстве использует ключевые технологии Интернета вещей, такие как сенсорные технологии, технологии передачи данных, технологии обработки данных и общие технологии, для комплексного решения многокомпонентных задач, таких как идентификация сельскохозяйственных объектов, ситуационная осведомленность, сетевое взаимодействие разнородного оборудования, обработка разнородных данных из множества источников, поиск знаний и поддержка принятия решений.

1.2 Технический маршрут

Как правило, структура системы управления сельским хозяйством в основном состоит из систем восприятия, сети и платформы. На этой основе предприятия могут расширять логические уровни в соответствии с типами сельскохозяйственных культур и потребностями бизнеса. Архитектура интеллектуальной системы управления и обслуживания сельского хозяйства показана на рисунке 1.

Для удовлетворения потребностей в интеллектуальной эксплуатации и техническом обслуживании сельскохозяйственных объектов можно создавать датчики, такие как датчики температуры и влажности, углекислого газа, освещенности, тока, расхода воды, углекислого газа, природного газа, давления, электропроводности и pH, а предприятия с большим спросом могут разрабатывать и производить датчики, обеспечивая стабильную передачу и сбор данных через соответствующий протокол передачи данных.

1.3 Значение для развития

Интеллектуальная система эксплуатации и технического обслуживания использует интеллектуальные сенсорные технологии, технологии передачи информации и интеллектуальные технологии обработки данных посредством сельскохозяйственного Интернета вещей для осуществления мониторинга в реальном времени и дистанционного управления всеми звеньями сельскохозяйственной деятельности, способствуя интеллектуальной информатизации сельскохозяйственного производства, управления и принятия стратегических решений, а также обеспечивая высокую эффективность, интенсификацию, масштабируемость и стандартизацию сельскохозяйственного производства. В конечном итоге будет реализована вертикальная связь всех звеньев в растениеводстве и горизонтальная связь всех звеньев всей цепочки сельскохозяйственной отрасли. Будет создана экологическая система замкнутой экономики с системой технологий посадки, сельскохозяйственной интеллектуальной платформой, обеспечением безопасности пищевых продуктов в сельском хозяйстве, торговой платформой сельскохозяйственной продукции, новой финансовой системой цепочки поставок в сельском хозяйстве, характерным агротуризмом и взаимодополняющими методами посадки и селекции (рис. 2).

 

2.Информационный мониторинг интеграции водных ресурсов и удобрений.

2.1 Принцип работы системы

Система осуществляет отрицательную обратную связь с системой водоснабжения и внесения удобрений, отслеживая содержание воды, электропроводность (EC), pH и другие параметры кокосовой мякоти, что играет важную роль в точном управлении поливом. В соответствии с особенностями различных условий выращивания, на основе анализа и исследования характеристик и структуры матрицы разработана эмпирическая модель регулирования времени полива, а также модель верхнего и нижнего пределов полива для настройки параметров водоснабжения матрицы; интегрированная система сбора информации о водоснабжении и внесении удобрений позволяет управлять моделью полива, обеспечивая непрерывную оптимизацию и итерацию в процессе эксплуатации и технического обслуживания.

2.2 Состав системы

Система состоит из устройства сбора жидкости на входе, устройства сбора возвратной жидкости, устройства мониторинга субстрата в реальном времени и коммуникационного компонента, при этом устройство сбора жидкости на входе включает в себя датчик pH, датчик EC, водяной насос, расходомер и другие компоненты; а устройство сбора возвратной жидкости включает в себя датчик давления, датчик pH, датчик EC и другие компоненты; устройство мониторинга субстрата в реальном времени включает в себя лоток для сбора возвратной жидкости, фильтрующую сетку для возвратной жидкости, датчик давления, датчик pH, датчик EC, датчик температуры и влажности и другие компоненты. Коммуникационный модуль включает в себя два модуля LoRa, один в центральной диспетчерской, а другой в теплице (рис. 3). Между компьютером и коммуникационным компонентом, расположенным в центральной диспетчерской, существует проводное соединение, между коммуникационным компонентом, расположенным в центральной диспетчерской, и коммуникационным компонентом, расположенным в теплице, существует беспроводное соединение, а между коммуникационным компонентом в теплице и реле, компонентом обнаружения субстрата и компонентом обнаружения возвратной жидкости существует проводное соединение (рис. 4).

2.3 Эффекты применения

Эффект от орошения с использованием системы полива водой и удобрениями, управляемой данной системой мониторинга, сравнивается с эффектом от орошения с использованием системы, предоставляемой только поставщиками. По сравнению с последней, среднее количество полива на одно растение томата с использованием этой системы мониторинга снижается на 8,7% в день, а объем возвращаемой жидкости уменьшается на 18%, при этом значение EC возвращаемой жидкости практически не меняется. Это показывает, что при использовании этой системы мониторинга для орошения используется больше питательного раствора в соответствии с законом поглощения питательного раствора растениями. Использование этой интеллектуальной системы орошения позволяет в среднем сократить объем полива на 29% и объем возвращаемой жидкости на 53% по сравнению с эмпирическим поливом по расписанию (рисунки 5–6).

 

3. Система управления окружающей средой на основе Интернета вещей

В условиях необходимости точного управления крупномасштабными динамическими спектральными узлами в растениеводческих хозяйствах, для решения проблем крупномасштабного и разнородного сбора данных об узлах и точного управления световым режимом растений используется технология Интернета вещей с объединением больших данных (WF-IOT). Интеллектуальная система управления освещением в растениеводческом хозяйстве использует интеллектуальные светодиодные светильники в качестве носителя и применяет технологию Интернета вещей с объединением больших данных WF-IOT для создания крупномасштабной децентрализованной терминальной сети, поддерживающей сбор, передачу и управление данными. Система может свободно группироваться в соответствии с производственными требованиями, а интенсивность света от светильников для растений может непрерывно регулироваться в режиме реального времени в зависимости от различных условий освещения и потребностей роста растений, что позволяет осуществлять точный контроль интенсивности и количества дополнительного освещения (рис. 7). Через периферийную сеть можно осуществлять динамический сбор и передачу данных датчиков, таких как окружающая среда и освещение, а также осуществлять онлайн-мониторинг энергопотребления и в режиме реального времени отслеживать энергопотребление дополнительного освещения в каждой зоне роста.

Система обеспечивает точное управление растениями путем сбора данных о внутреннем и внешнем контроле теплицы и завершает разработку продукта «модели управления растениями». С помощью датчиков тока, CO2, природного газа и воды осуществляется мониторинг данных «энергетической системы». Используя технологию роботизированного зрения, на основе данных о цвете плодов, количестве плодов, размере плодоножки, листьях, стеблях и т. д. осуществляется мониторинг и распознавание всего процесса роста урожая (рис. 8).

4.Рекламная ценность

Интеллектуальная система управления и обслуживания в сельском хозяйстве, использующая преимущества платформы промышленного интернета, принцип «одна инвестиция — многократное использование услуг», а также концепцию совместного использования ресурсов промышленного интернета, способствует созданию Интернета вещей в сельскохозяйственном производстве с низкими затратами и высокой эффективностью, повышая уровень интеллектуальности и экологичности сельскохозяйственных угодий. На примере проекта, реализуемого с помощью этой системы в городе Лайси, провинция Циндао, показано, что комплексная эффективность использования удобрений достигает более 90%, что в три раза выше, чем при традиционном выращивании на почве. В процессе производства полностью исключен сброс сточных вод, что позволяет сэкономить 95% воды по сравнению с полевым выращиванием и снизить загрязнение почвы удобрениями. Благодаря обнаружению CO2 в теплице, система позволяет комплексно анализировать такие факторы окружающей среды, как температура и освещенность внутри и снаружи теплицы, и регулировать подачу CO2 в режиме реального времени. Это не только удовлетворяет потребности растений, но и предотвращает потери, эффективно усиливает фотосинтез, ускоряет накопление углеводов, увеличивает урожайность на единицу площади и улучшает качество овощей. Комплексная система управления эксплуатацией и техническим обслуживанием обеспечивает автоматизацию работы систем контроля микроклимата в теплицах, автоматическую и точную работу всепогодного оборудования, снижает энергозатраты на 10% и затраты на ручное управление на 60%, а также позволяет принимать защитные меры, такие как закрытие окон в случае неблагоприятных погодных условий, например, сильного ветра, дождя и снега, эффективно предотвращая гибель самой теплицы и урожая в ней при внезапном ухудшении погоды.

5.Заключение

Современное развитие механизированного сельского хозяйства неразрывно связано с преимуществами интеллектуальных систем управления сельским хозяйством. Только соответствующая система управления, обладающая более развитыми аналитическими, аналитическими и управленческими возможностями, сможет продолжать двигаться по пути модернизации. Интеллектуальная система управления сельским хозяйством значительно снижает недостатки искусственного управления и способствует интеллектуальной информатизации сельскохозяйственного производства, управления и стратегического принятия решений. С увеличением объема входных данных и непрерывным обогащением сценариев использования системы, ее модель данных нуждается в постоянном обновлении и итерации на основе новых данных, становясь более интеллектуальной и всестороннем повышении уровня интеллекта современного механизированного сельского хозяйства.

КОНЕЦ

[информация об источнике]

Авторы: Ша Бифэн, Чжан Чжэн и др. Технология сельскохозяйственного производства в тепличном садоводстве. 19 апреля 2024 г., 10:47, Пекин.