温室大棚种植中温室自动化设备及现状和发展趋势.doc

托普物联网开创智慧农业新时代！温室大棚种植中温室自动化设备的现状和发展趋势摘要：温室种植已经在世界范围内得到了广泛的应用针对因内外种类繁多的温室种植自动化设备，本文在论述其功能及应用情况的基础上，分析了目前周内外温室自动化种植设备存在的问题和发展趋势关键词：温室环境控制；温室自动化设备；自动化移植；图像识别近年来，温室种植在世界范围内被广泛应用，温室自动化设备各也随着温室种植的推广逐渐发展起来传统温室种植不仅生产率低下，而且无法突破室外气候环境的影响目前，在温室内环境控制和育苗过程中，都已有相应的自动化设备问世经过近20年的发展，我国温室种植取得了一定的成效。国内温室生产面积(包括日光温室、塑料大棚)已达到120万hm2，跃居世界第一，温室设备产品、实际应用和配套技术研究等方面发展速度较快，形成了不同档次、不同系列化的温室产品，己初步形成一定的产业规模但温室设备生产和温室种植应用仍然存在着许多的问题本文主要介绍温室自动化设备的类型和使用状况，并分析了目前我国温室自动化设各存在的问题1 温室种植自动化设备的分类目前，温室自动化设备主要包括以下几类：11温室环境自动化控制温室环境自动化控制系统是温室种植自动化设备中发展最成熟的系统，能够对温室内的各种环境因子如温度、光照、湿度、C02浓度等进行控制和调节20世纪90年代后期，江苏理工大学毛平教授等人研究开发了温室环境自动控制系统，实现对温度、光照、C02施肥的综合控制近年来，中国科学院石家庄现代化研究所、中国农业大学、中国科学院上海植物生理研究所等单位也都开展了温室设施计算机控制与管理技术方面的研究但研制出的控制系统，大多只能实现对部分环境因素的控制，自动化程度、可靠性和可操作性与国外同类产品相比还有较大差距温室环境自动化控制系统主要包括以下几方面装置：(1)温室通风设备温室通风设备是改善温室内气体成分的主要设备。目前，该设备主要采用齿轮齿条开窗结构、手动及电动卷膜机构、强制通风系统和环境风机等其中齿轮齿条开窗机构结构简单、消耗动力小。应用最普遍。但在材质及加工方面容易被忽视而产生变形、卡壳或关闭不严等问题(2)增温设备。增温设各适用于北方寒冷地区在我国温室设备使用中，增温设备的利用率最高目前国内的增温装置主要有热水增温、热风炉增温、地面增温和苗床增温热水增温是最常见的增温方式，结构简单、成本较低、散热面积大、且不会对作物生长造成影响，但燃煤锅炉使用受到一定限制。热风炉增温热量损失少、增温快、易于调节，但温度波动大、成本较高地面增温和苗床增温均采用电热丝加热，前者在地面上铺设电热线，后者在苗床上铺设电热线。电热丝加热电热交换效率高、控制方便，但成本较高，且容易造成土壤水分和养分流失，只适用于作物后期培植。(3)降温设备降温设备主要用于夏季温室内温度的调节，国内多应用于南方城市。主要有室内外遮阳装置、湿帘风机降温、喷淋降温设各和空调降温设各。外遮阳装置具有抗紫外线、防雹、遮阳降温的作用，内遮阳装置具有防雾防滴、节能保温、节约用水的作用，遮阳装置在国内外应用最为普遍湿帘风机降温装置与排风机配合使用，降温效果良好，同时通过湿帘进入温室的空气清新湿润，更适合作物生长喷淋降温装置主要有喷雾降温和屋面喷淋降温喷雾降温也称为冷雾降温，是目前在温室中应用的较先进的降温方法喷雾降温不会引起地表湿度过高，且蒸发速度快，降温效率高，用水少，但受环境湿度影响较大，多应用于于热地区屋面喷淋装置结构较简单，能有效增加温室顶部的透光率，但耗水量大对作物生长和温室内空气质量来说，空调降温装置效果最好，但其成本较高，目前只应用于小型温室【4】(4)补光设备国内补光设备较好的是农艺纳灯，能输出更为精确的可见蓝光，为作物的生长创造良好的光照环境。(5)C02补充设备C02补充装置不仅能排出大量纯净的C02，而且输出暖气流，可作为保温设备使用(6)自动灌溉设备自动灌溉方式主要分为喷灌和滴灌喷灌设各有固定喷灌和移动喷灌两种。固定喷灌装置放置在苗床的上方，进行定期灌溉这种灌溉方式不易移动，适用于面积较小的温室移动喷灌易于移动。但成本较高滴灌系统常用的有滴灌管和滴箭。滴灌管安装操作维修简单，抗阻塞性能好，水流均匀，适用于大田和小面积日光温室灌溉滴箭装置能提供更均等的水量，适用于盆栽、无土栽培、种植槽的灌溉与施肥(7)植物营养监测系统。植物营养监测系统能对作物实时生长状况进行监测和分析，并能根据植物生长特性，预测植物生长趋势，可作为作物生产过程中有效的监控手段。该系统可测定的植物参数包括：叶片温度、茎叶流量、茎杆直径、果实生长率、光合作用、光辐射、空气温度、边界层扩散阻力、土壤温度、土壤湿度等但该系统成本较高，针对性较强，目前只应用于作物特性研究。(8)温室环境综合控制系统。温室环境综合控制系统能够对以上装置等进行控制，完成通风、调温、加湿、灌溉、启闭遮阳幕及大风雨雪天气时强制关窗和传感器故障报警等功能该系统自动化程度较高；但需要农艺师与系统设计者密切配合，根据不同作物的生长过程及对环境的要求，需要控制的对象也不相同。目前以色列研制的控制系统通过采用计算机收集和存储全天温室内部和外部的温度和湿度数据，通过程序进行数据分析，并可通过引入新数据来改变操作程序，从而自动控制卷帘、遮阳系统、加热系统及灌溉区的流量国内的智能控制系统对温度、湿度的智能控制较多，而灌溉及其他装置尚需要人工控制。12自动果实采摘设备国外自动果实采摘设备的研究较为成熟，20世纪90年代日本、荷兰就已研制出具有视觉判断功能的全自动采摘车，基本实现无人化工作，但采摘针对性较强，目前多用于西红柿、黄瓜等作物的采摘唧国内的自动果实采摘设备的研究才刚刚起步，东北林业大学、浙江大学等高校陆续研制开发了带有图像识别的果蔬自动采摘设备由于果实识别率和采摘率不搞等问题，离实用化和商品化还有一定距离【6】13介质装填设备目前使用的介质装填机都配有填料装置的完整系统，适用不同规格的穴盘和钵体，并配有振动装置来调节填入土壤的密度、坚实性、土壤高度、填料速度等参数介质装填设备提高了作物育种工作效率，减轻了劳动强度，降低了生产成本该设备主要与温室自动播种机配合使用14自动播种设备自动播种设备工作过程为“苗种供应一打孔一播种一表面覆土一刷平一浇水”。有些播种机结合了介质装填机的功能，使装填介质和自动播种位于同一条工作线，提高生产效率，节省设备之间配合的工作时间自动播种机种类较多，有抛入式、回转型鼓式、间歇型针式等。国外自动播种机的研究从20世纪40年代就已开始。欧美等国的自动化精密播种已相当普及。我国自动播种机的研制始于20世纪70年代初，虽然研究开发速度很快，但普及率与国外相比有很大的差距川1.5自动移植设备国外自动化移植设备的研究较为深入，相关产品已应用于实际生产，比较有代表性的是2004年意大利一家公司研制的茶叶种苗移植机Tea Prpjeet XP616，移植效率较高，约20000株时，广泛应用于欧洲温室种植国内只有台湾大学生物产业机电工程学系的林达德教授开发的一套种苗自动移植机，只应用于草花穴盘种苗的移植与手工移植相比，自动移植设备无法对坏苗进行判断并去除坏苗，因此，对苗种的前期培育要求较高同时由于国内自动播种设备技术规格不统一，如果引进国外自动移植设备，需要考虑国外自动播种设各与国内温室种植状况的兼容性。2 从自动化发展现状分析我国温室自动化设备存在问题21国内温室自动化技术研究不够深入国外的温室自动化程度较高，一方面由于国外从事农业劳动的人数较少，种植方面主要依赖机械设备，从而促进了自动化设备的发展，另一方面，国外机械自动化研究起步早，研究配套设旌较完善。由于经济条件等因素的限制，国内的温室自动化技术发展较为缓慢，温室环境测量与控制结合差、温室自动化浸各零部件性能较低、一些环境控制设备如开窗机构等可靠性差、自动播种、移植等自动化程度较高的设备的研制尚处于起步阶段22国内温室使用整体水平较低我国温室的建造面积己跃居世界第一，但高、中档次的商品化温室主要被一些机关团队、军队、农场和科研等单位采用，而普通农户采用的较低档次的大棚温室约占6023温室种植配套设施使用不完善温室自动化设备需要配合使用才能提高其工作效率，如温室环境控制系统中的通风装置、降温装与智能控制系统需同时使用；介质装填设备、自动播种设备与自动移植设各需同时使用。目前许多温室由于成本或整体设计方面的原因，只采用其中的一部分设各，就无法体现温室自动化设备的全部优势，以致不能获得良好的经济效益3 我国温室种植自动化设备发展趋势温室种植自动化设备现有问题也给了我们如何发展温室自动设备的启示随着农业种植技术研究的深入和市场对高质量、高性能产品需求的增强，温室种植自动化技术将会在高智能、高性能、可靠性、可操作性等方面得到进一步的发展。31温室设备智能化控制随着智能机器人技术、神经网络技术的飞速发展，自动控制技术已经融入到各个领域中温室设备的控制也在朝智能化迈进。温室设备智能化控制不仅应能够实现根据温室内外环境的变化对植物各项生长条件做出相应调整，还应在作物的生长周期对作物的生长过程如嫁接、移植等进行智能操作这对温室种植产量和自动化程度的提高具有重要意义32温室种植自动化设各生产标准化温室设备部件的互换性是我国普及温室自动化设备的主要瓶颈提高温室种植产量和质量就必须规范温室设备生产行业标准，这是今后几年我国温室自动化设备发展的一个主要方向。温室设各生产行业的标准化不仅能够促进温室自动化设备的发展，同时加快我国农业工业化的步伐。4 结论工商业经济的快速发展给农业带来了新的发展机遇。最新的科学技术不仅在工业、商业等产业发挥其重要作用，更给农业发展带来自动控制、智能识别、标准化生产等先进技术近年来，国家对农业发展的重视不断增强、农业市场对作物需求逐渐多元化和温室设备生产专业化都将促进国内温室种植业的发展，力争打造国产温室种植设各的国际晶牌，提高我国农机产品在世界市场上的竞争力。参考文献【l】朱新华