一、项目背景
乡村振兴与脱贫战略
十九大：构建现代农业产业体系、生产体系、经营体系，完善农业支持保护制度，发展多种形式适度规模经营，培育新型农业经营主体，健全农业社会化服务体系，实现小农户和现代农业发展有机衔接。促进农村一二三产业融合发展，支持和鼓励农民就业创业，拓宽增收渠道。
2017年12月，中央农村工作会议指出：到2020年，乡村振兴取得重要进展，制度框架和政策体系基本形成；到2035年，乡村振兴取得决定性进展，农业农村现代化基本实现；到2050年，乡村全面振兴，农业强、农村美、农民富全面实现。
“互联网+”行动计划
2015年3月，李克强总理在第十二届全国人民代表大会上提出：“制定‘互联网+’行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展。”
传统农业与智慧农业
我国传统农业是靠天吃饭，自然环境对农业生产的影响很大。传统农业在生产过程中，无论是农作物的种植还是水产、畜禽的养殖，多凭农牧渔民的经验和感觉进行生产，这不仅会造成作业效率低下、肥水药的严重浪费，还使得农产品品质与安全难以保证，很难做到精准化和利益最大化。智慧农业通过智能硬件、物联网、大数据等技术对传统的农业大棚进行升级改造，构建全程智能化的高效监测控制管理体系，实现科学指导生态轮作，保证作物的高产、优质、生态、安全；建立线上运营和溯源系统，提高农户经济收益和品牌效益。对比传统农业生产，产量却可达常规种植的3－5倍；环境的控制、灌溉和施肥无需人工劳作，而由水肥一体化灌溉系统精准完成，比大田漫灌节水70％－80％；种植空间不只限于平面，还可垂直立体，土地节约高达80％；打农药有无人机，大棚采摘有机器人，耕地、收割、晒谷、大米加工全程机械化……等等。
发展机遇
农业经过历史长河的发展进程，发展到一定程度后，大多数会走多元化多功能的发展道路。随着人工智能技术和自动控制技术的快速发展，智慧大棚应运而生，在现代化技术的应用下，农业大棚中布置了大量的数据监测、数据传输、分析处理、自动控制装置，能够将传统人工作业的经验与现代化的逻辑判断、自动操控相结合，达到大棚环境实时监测、生产工序自动执行的效果。智能温室大棚能有效提供单位土地投入产出比，高效利用各种资源能源，切实促进农业生产劳动效益的提升。
二、解决方案
1、系统组成及技术介绍
智能温室大棚控制系统充分利用现代信息技术，集成软件、智能控制、物联网技术、音视频技术、3S技术、无线通讯技术及专家智慧与知识，实现大棚控制各关键环节的信息化、标准化，是云计算、物联网、地理信息系统等多种信息技术在大棚控制中综合、全面的应用，实现更完备的信息化基础支撑、更透彻的农业信息感知、更集中的信息资源、更广泛的互联互通、更深入的智能控制、更贴心的公众服务。
智能温室大棚系统包含环境监测子系统、智能控制子系统、视频监控子系统、数据分析和管理子系统等四大部分组成。另外还可以根据客户需求进行系统扩展，例如扩展农作物生长监测子系统、智能施肥灌溉子系统（水肥一体化控制系统）、大棚补温系统、补气系统等。
2、环境监测子系统
温室大棚环境参数监测子系统是智能温室大棚控制系统的核心部分，通过安装温度、湿度、光照度、CO2浓度等传感器，对温室大棚内的环境参数进行实时监测。监测数据通过无线传输技术发送至中心控制器，形成一份详细的温室大棚环境参数报告。
数据中心根据前端智能硬件上传的数据可以实时监测环境数据和查看植物生长分析曲线图，也为后续的自动控制提供服务。
3、智能控制子系统
温室大棚智能控制子系统是基于监测子系统的数据，通过将传感器与控制器（联动设备）相连，控制器可以根据环境参数的变化，通过中心控制器，对温室大棚内的温度、湿度、光照等参数进行调节和控制，以保持最适宜的生长环境。此外，还可以自定义规则，让整个温室设备随环境参数变化自动控制，比如当棚内温度过高时，温室卷膜和通风系统开始自动打开。还可以通过将传感器与灌溉和施肥设备相连，控制器根据土壤环境参数的变化，自动调整灌溉和施肥的量和时间，以保持最佳的生产环境和肥料施用效果。
（1）大棚自然通风系统（卷膜、侧窗天窗系统）
温室内的自然通风可通过卷膜器通风系统实现通风换气，卷膜器通风系统是通过卷/铺塑料膜以达到开启或关闭通风口，实现通风换气。卷膜系统一般由电动卷膜器、卷膜杆、压膜卡和卷膜摇柄、绳子、轴承座等组成，卷膜器工作时带动卷膜轴转动，将塑料膜卷在轴上，由此形成温室大棚的通风。
卷膜器系统一般有侧窗通风、天窗通风两类。可以通过手动和自动两种模式来控制卷膜器的正转和反转，实现塑料卷膜的打开和关闭。自动模式下可以通过棚内温度上下限和设置时间节点来控制卷膜器的正反转，实现自动化控制。
（2）强制降温通风系统（风机、湿帘系统）
湿帘安装在温室的北端面，风机安装在温室的南端面，当需要降温时，启动风扇，将温室内的空气强制抽出，造成负压，同时，水泵将水打在对面的湿帘墙上，室外空气被负压吸入室内时，以一定的速度从湿帘的缝隙穿过，导致水分蒸发、降温，吸收室内热量后，经风扇排出，从而达到降温的目的。
湿帘外侧配备电动外开窗，安装防虫网，防止飞虫、飞絮等堵塞湿帘。
（3）大棚卷帘控制系统
智能温室大棚卷帘控制系统，可以通过手动和自动两种模式来控制卷帘机的正转和反转，实现棉被的打开和关闭。自动模式下可以通过设置时间节点来控制卷帘机的正反转，实现自动化控制。棉被上限位，实行三重保护防止过卷，棉被下限位带有延时功能，防止反卷。大大减少了大棚种植户人工成本的投入。
（4）大棚补光系统
植物补光灯是依照植物生长的自然规律，根据植物利用太阳光进行光合作用的原理，使用灯光代替太阳光来提供植物生长发育所需光源的一种灯具。植物生长灯的主要用途是在自然光照不充足的情况下进行光照的补充，合理使用植物生长灯，可有效的提高大棚蔬菜产量和缩短生长周期，提高经济效益。
温室大棚补光系统同样也可以通过手动和自动两种模式来控制补光灯的打开和关闭。自动模式下可以通过棚内光照度的上下限和设置时间节点两种模式来达到自动化控制。
4、视频监控子系统
视频监控子系统主要用于监视棚内的实时环境以及植物的生长状态。系统通过视频监控管理云平台实现远程监控、视频采集、录像回放和智能运维，并为智能硬件数据传输提供服务。
5、数据分析和管理子系统
数据分析和管理子系统主要用于对温室大棚的生产数据进行分析和处理。通过将中央控制系统与云计算平台相连，可以对温室大棚内的环境参数、土壤墒情数据、灌溉和施肥数据进行分析和处理，提供生产效率的统计数据和趋势分析，以帮助农民制定最佳的生产计划和决策。
系统主要功能：
温室大棚环境数据实时查看：通过电脑或手机远程查看温室的实时环境数据，包括空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度、CO2浓度等；用户可以直观查看温室环境数据的实时曲线图，及时掌握温室农作物生长环境。
远程自动控制：远程、自动化控制温室内环境设备，提高工作效率，如自动灌溉系统、风机、卷帘、侧窗等；可以自定义规则，让整个温室设备随环境参数变化 自动控制，比如当土壤湿度过低时，温室灌溉系统自动开始浇水；提供PC端和移动端，客户可以在任意地点远程控制温室的所有设备。
智能报警：系统可以灵活的设置各个温室不同环境参数的上下阀值。一旦超出阀值，系统可以根据配置，通过手机短信、系统消息等方式提醒相应管理者；报警提醒内容可根据模板灵活设置，根据不同客户需求可以设置不同的提醒内容，满足客户个性化需求；可以根据报警记录查看关联的温室设备，更加及时、快速远程控制温室设备，高效处理温室环境问题；可及时发现不正常状态设备，通过短信或系统消息及时提醒管理者，保证系统稳定运行
历史数据分析：系统可以通过不同条件组合查询和对比历史环境数据；支持列表和图表两种不同方式查看，用户可以更直观看到历史数据曲线；与农业生产数据建立统一的数据模型，系统通过数据挖掘等技术可以分析更适合农作物生长、能提高农作物产量的环境参数，辅助决策。
视频监控：远程实时查看温室大棚监控视频，并可以保存录像文件，防止农作物被盗等状况出现。
6、扩展系统
（1）农作物生长监测子系统
农作物生长监测子系统主要用于监测植物的生长状态，例如生长速度、叶片颜色、叶面积等。通过将传感器放置在植物周围，可以实时监测植物的生长状态，并根据结果调整生产环境和肥料施用，以提高植物的生长速度和质量。
（2）水肥一体化控制系统
水肥一体化系统通过土壤湿度传感器来监测土壤中的水分，当系统监测到土壤水分低于标准值的时候，系统可以自动打开灌溉系统，为农作物进行灌溉，当土壤水分达到标准以后，系统又可以自动关闭灌溉系统，用户只需要提前设定好土壤水分的标准数据，就能实现自动化灌溉。另外水肥一体化系统对于施肥的控制也是根据传感器监测的，通过土壤养分传感器，监测土壤中的氮磷钾含量，当检测到土壤中的养分低于标准值，系统可以自动打开施肥系统，为土壤施肥，从而实现自动化施肥。
（3）大棚补温系统
为了保持温室大棚内完美的保温效果，采取的措施一般都是在温室室内顶部和四周安装保温被，或者在室内安装加热风机，或者还可以在室内安装加热管道（暖气），通过供热系统的热水进出来达到保温的作用。
（4）大棚补气系统
寒冷的冬季，由于大棚内空间相对封闭，CO2变化很大，白天室内可降至150ppm，夜间则高达450-500ppm（植物正常光合作用的CO2浓度为300ppm）。将CO2的浓度增加到400-1000ppm或更高，能促进作物生长，有效提高作物的产量和改善作物品质。
燃气式二氧化碳发生器，可以应用于温室、大棚，有效提高农作物品质、促进早熟、抵御病害、减少农药使用量等功效。
三、案例展示
1、运城市临猗县国家级有机旱作产业园智慧农业项目
2、山西农业大学霍州市冯南垣村特色产业提档升级示范园区项目
