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- 國內(nèi)外溫室自動控制技術(shù)發(fā)展的三個階段發(fā)表日期：2013-10-18 來源：托普云農(nóng) 瀏覽次數(shù)：9440次
溫室是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊?。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)以達到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進生長發(fā)育，防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標是提高控制與作業(yè)精度。
國外對溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于20世紀70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進行指小、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。現(xiàn)在世界各國的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。像園藝強國荷蘭，以先進的鮮花生產(chǎn)技術(shù)著稱于世，其玻璃溫室全部由計算機操作?？诒狙兄频氖卟怂芰洗笈镌诓シN、間苗、運苗、灌水、噴藥等作業(yè)的自動化和無人化方面都有應(yīng)用?？诒纠糜嬎銠C控制溫室環(huán)境因素的方法，_i幾要是將各種作物不同生長發(fā)育階段所需要的環(huán)境條件輸入計算機程序，當(dāng)某一環(huán)境因素發(fā)生改變時，其余因素自動作出相應(yīng)修正或調(diào)整。一般以光照條件為始變因素，溫度、濕度和CO:濃度為隨變因素，使這四個_i幾要環(huán)境因素隨時處于最佳配合狀態(tài)。美國和荷蘭還利用差溫管理技術(shù)，實現(xiàn)對花卉、果蔬等產(chǎn)品的開花和成熟期進行控制，以滿足生產(chǎn)和市場的需要。英國倫敦大學(xué)農(nóng)學(xué)院研制的溫室計算機遙控技術(shù)，可以觀測SOkm以外溫室內(nèi)的光、溫、濕、氣和水等環(huán)境狀況，并進行遙控。
我國對于溫室控制技術(shù)的研究較晚，始于20世紀80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達國家溫室控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了人工氣候室內(nèi)微機控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于溫度、濕度和CO:濃度等單項環(huán)境因子的控制。之后，我國的溫室控制技術(shù)得到了迅速發(fā)展。
20世紀80年代，我國先后從歐美和口本等發(fā)達國家引進了21.2hm“連棟溫室。由于當(dāng)時只注重引進溫室設(shè)備，而忽略了溫室的管理技術(shù)和栽培技術(shù)，且引進的溫室能耗過高，致使企業(yè)相繼5損或停產(chǎn)。90年代初，我國大型溫室跌入了發(fā)展的低谷?！熬盼濉背跗?，以以色列溫室為代表的北京，以小范農(nóng)場的建立，拉開了我國第二次學(xué)習(xí)和引進國外現(xiàn)代溫室技術(shù)的序幕。到90年代，后期，在對國外溫室設(shè)備配置、溫室栽培品種、栽培技術(shù)等各個方面進行研究的基礎(chǔ)上，我國自_i幾開發(fā)了一些研究性質(zhì)的環(huán)境控制系統(tǒng)。1995年，北京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功了“WJG-1型實驗溫室環(huán)境監(jiān)控計算機管理系統(tǒng)”，此系統(tǒng)屬于小型分布式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。
19%年，江蘇理工大學(xué)毛罕平等研制成功了使用工控機進行管理的植物工)一系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對溫度、光照、CO:濃度、營養(yǎng)液和施肥等進行綜合控制，是目前國產(chǎn)化溫室控制技術(shù)比較典型的研究成果。，國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院研制成功了新型智能溫室系統(tǒng)。該系統(tǒng)由大棚本體及通風(fēng)降溫系統(tǒng)、太陽能貯存系統(tǒng)、燃油熱風(fēng)加熱系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、計算機環(huán)境參數(shù)測控系統(tǒng)等組成。1997年以來，，國農(nóng)業(yè)大學(xué)在溫室環(huán)境的自動控制技術(shù)方面也取得了一定的成果。90年代末，河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院的門忠文研制了蔬菜大棚，其能夠?qū)?、濕度進行實時測量與控制。但由于我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平較低，農(nóng)業(yè)勞動力大量過剩，溫室的一次性投資大，資金短缺以及對操作人員的素質(zhì)要求比較高等因素，限制了溫室控制技術(shù)在溫室系統(tǒng)的擴展。
從國內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來看，溫室環(huán)境控制技術(shù)大致經(jīng)歷三個發(fā)展階段:
①手動控制。
這是在溫室技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其時并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構(gòu)。生產(chǎn)一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對溫室作物進行管理的執(zhí)行機構(gòu)，他們是溫室環(huán)境控制的核心。通過對溫室內(nèi)外的氣候狀況和對作物生長狀況的觀測，憑借長期積累的經(jīng)驗和直覺推測及判斷，手動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境。種植者采用手動控制方式，對于作物生長狀況的反應(yīng)是最直接、最迅速且是最有效的，它符合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律。但這種控制方式的勞動生產(chǎn)率較低，不適合工)一化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且對種植者的素質(zhì)要求較高。80年代，期，以遼寧海城和瓦房店為代表的高效節(jié)能口光溫室基本屬于這種控制方式。荷蘭溫室發(fā)展的初期，環(huán)境因子也是根據(jù)種植者的經(jīng)驗來控制。如使用手動加熱系統(tǒng)和手動通風(fēng)系統(tǒng)，在玻璃窗上涂上石灰以減少過多的光照等。另外，在溫室，掛上溫度計用來檢查對溫室環(huán)境的控制效果。
②自動控制。
第二次世界大戰(zhàn)以后，溫室生產(chǎn)已遠遠超過“溫室效應(yīng)”的概念。手動控制的生產(chǎn)方式正逐漸被機械設(shè)備所替代。首先被引入使用的是自動調(diào)溫儀，其后，與環(huán)境控制和作物生長有關(guān)的研究成果相繼問世，這些新的成果促進了新型環(huán)境控制設(shè)備的誕生。
于是利用計算機技術(shù)及現(xiàn)代控制理論對溫室內(nèi)的各種環(huán)境因子，包括溫度、光照、濕度、CO2濃度和施肥等，進行自動控制和調(diào)節(jié)成為溫室控制的_i幾要方式。根據(jù)溫室作物的生長習(xí)性和市場的需要，部分甚至完全擺脫自然環(huán)境的約束，使人為創(chuàng)造適宜作物生長最佳環(huán)境的自動控制技術(shù)手段成為_i幾流。此時的溫室有比較完整的控制系統(tǒng)，有各種傳感器采集溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測環(huán)境變化及控制執(zhí)行機構(gòu)的動作，良好的人機界面使種植者的操作過程形象而且簡便。這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需環(huán)境的目標參數(shù)，計算機根據(jù)傳感器的實際測量值與事先設(shè)定的目標值進行比較，以決定溫室環(huán)境因子的控制過程，控制相應(yīng)機構(gòu)進行加熱、降溫和通風(fēng)等動作。計算機自動控制的溫室控制技術(shù)實現(xiàn)了生產(chǎn)自動化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動生產(chǎn)率得到提高。通過改變溫室環(huán)境設(shè)定目標值，可以自動地進行溫室內(nèi)環(huán)境氣候調(diào)節(jié)，但是這種控制方式對作物生長狀況的改變難以及時作出反應(yīng)，難以介入作物生長的內(nèi)在規(guī)律。目前我國絕大部分自_i幾開發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室及引進的國外設(shè)備都屬于這種控制方式。
③智能化控制。
這是在溫室自動控制技術(shù)和生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)、收集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識、技術(shù)和各種試驗數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)，以建立植物生長的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，研究開發(fā)出的一種適合不同作物生長的溫室專家控制系統(tǒng)技術(shù)。這種智能化的控制技術(shù)將農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)與溫室自動控制技術(shù)有機結(jié)合，以溫室綜合環(huán)境因子作為采集與分析對象，通過專家系統(tǒng)的咨詢與決策，給出不同時期作物生長所需要的最佳環(huán)境參數(shù)，并且依據(jù)此最佳參數(shù)對實時測得的數(shù)據(jù)進行模糊處理，自動選擇合理、優(yōu)化的調(diào)整方案，控制執(zhí)行機構(gòu)的相應(yīng)動作，實現(xiàn)溫室的智能化管理與生產(chǎn)。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)為我們提供了一種全新的處理復(fù)雜農(nóng)業(yè)問題的思想方法和技術(shù)手段。它能夠根據(jù)溫室環(huán)境條件和作物生長狀況，應(yīng)用適當(dāng)?shù)闹R表達和規(guī)則化，推理決策出最適合作物生長的溫室環(huán)境。將農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)應(yīng)用于溫室的實時監(jiān)控與自動調(diào)控是溫室發(fā)展的新亮點。這種控制方式既能體現(xiàn)作物生長的內(nèi)在規(guī)律，發(fā)抨農(nóng)業(yè)專家在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，的指導(dǎo)作用，又可充分利用計算機技術(shù)的優(yōu)勢，使系統(tǒng)的調(diào)控非常方便和有效，實現(xiàn)溫室的完全智能化控制。因此，溫室專家控制系統(tǒng)技術(shù)是一種比較理想、比較有發(fā)展前途的控制方式。
溫室控制技術(shù)沿著手動一自動一智能化控制的發(fā)展進程，向著越來越先進、功能越來越完備的方向發(fā)展。由此可見，溫室環(huán)境控制朝著基于作物生長模型,溫室綜合環(huán)境因子分析模型和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的溫室信息自動采集及智能控制趨勢發(fā)展。
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