AbstractDe intelligentie van moderne kassenbouw is voornamelijk afhankelijk van het beheer- en onderhoudssysteem. De intelligentie van dit systeem is direct gerelateerd aan de algehele efficiëntie van de kasactiviteiten en vertegenwoordigt tevens de modernisering van de kassenbouw, wat van belang is voor verdere verspreiding en diepgaande ontwikkeling. Dit artikel beschrijft de toepassing van een intelligent beheer- en onderhoudssysteem in een kassenbouwbedrijf in Qingdao, analyseert de effecten ervan en evalueert de waarde van het systeem voor verdere verspreiding. Hiermee wil het relevante praktijkvoorbeelden bieden en de verdere diepgaande studie van gerelateerde systemen stimuleren, om zo het technische en intelligente niveau van de kassenbouw te verbeteren.

TrefwoordenIntelligent bedienings- en onderhoudssysteem; facilitaire landbouw; toepassing

Door de snelle ontwikkeling van China kunnen traditionele landbouwproductiemethoden niet langer voldoen aan de maatschappelijke vraag naar kwalitatief en kwantitatief hoogwaardige landbouwproducten. Moderne, industriële landbouw, gekenmerkt door hoge opbrengsten, efficiëntie en superieure kwaliteit, heeft zich de afgelopen jaren snel ontwikkeld en biedt een enorm marktpotentieel. Vergeleken met ontwikkelde landbouwlanden en -regio's loopt de Chinese industriële landbouwtechnologie echter nog aanzienlijk achter, met name op het gebied van de toepassing van op IoT gebaseerde intelligente systemen voor bedrijfsvoering en onderhoud, zoals landbouwsensoren en cloudgebaseerde machinebesturing. Digitalisering op dit gebied behoeft dringend verbetering.

1. Intelligent bedienings- en onderhoudssysteem voor de landbouw

1.1 Systeemdefinitie

Het intelligente beheer- en onderhoudssysteem voor de landbouw is een opkomende systeemtechnologie die IoT-technologie, intelligente beheertechnologie en diverse landbouwprocessen zoals planten, opslag, verwerking, transport, traceerbaarheid en consumptie diepgaand integreert. Door de integratie van "systeem + hardware" gebruikt het intelligente beheer- en onderhoudssysteem voor de landbouw de sleuteltechnologieën van het Internet of Things, zoals sensortechnologie, transmissietechnologie, verwerkingstechnologie en gangbare technologieën, om op een alomvattende manier complexe interactieve problemen op te lossen, zoals individuele identificatie van landbouwgewassen, situationeel bewustzijn, netwerken van heterogene apparatuur, verwerking van heterogene gegevens uit meerdere bronnen, kennisontdekking en besluitvormingsondersteuning.

1.2 Technische route

De structuur van een agrarisch beheersysteem bestaat doorgaans uit perceptie, netwerk en platform. Op basis hiervan kunnen bedrijven, afhankelijk van het type landbouw en de bedrijfsbehoeften, meer logische lagen toevoegen. De architectuur van een intelligent systeem voor de bediening en het onderhoud van landbouwgewassen is weergegeven in Figuur 1.

Om te voldoen aan de behoeften van intelligente bedrijfsvoering en onderhoud in de facilitaire landbouw, kunnen sensoren zoals temperatuur- en vochtigheidssensoren, koolstofdioxidesensoren, lichtsensoren, stroomsensoren, waterdebietsensoren, koolstofdioxidedebietsensoren, aardgasdebietsensoren, gewichts- en druksensoren, EC-sensoren en pH-sensoren op maat worden gemaakt. Bedrijven met een grote vraag kunnen sensoren onderzoeken en ontwikkelen en het onderliggende datatransmissieprotocol doorlopen om een ​​stabiele overdracht en registratie van gegevens te garanderen.

1.3 Ontwikkelingsbetekenis

Het intelligente bedienings- en onderhoudssysteem maakt gebruik van intelligente sensortechnologie, informatieoverdrachtstechnologie en intelligente verwerkingstechnologie via het agrarische Internet der Dingen om realtime monitoring en afstandsbediening van alle schakels in agrarische activiteiten mogelijk te maken. Dit bevordert de intelligente informatisering van agrarische productie, management en strategische besluitvorming, en realiseert een hoge efficiëntie, intensivering, schaalvergroting en standaardisatie van de agrarische productie. Uiteindelijk wordt de verticale verbinding van alle schakels in de gewasproductie en de horizontale verbinding van alle schakels in de gehele agrarische industrieketen gerealiseerd. Er ontstaat een circulaire economie-ecologie met een systeem voor planttechnologie, een agrarisch kennisplatform, voedselveiligheid in de landbouw, een handelsplatform voor landbouwproducten, een nieuw financieel systeem voor de agrarische toeleveringsketen, karakteristiek agrarisch toerisme en complementaire teelt en veredeling (Figuur 2).

 

2.Informatiebewaking van de integratie van water en meststoffen

2.1 Systeemprincipe

Het systeem voert negatieve feedback uit naar het water- en bemestingssysteem door het watergehalte, de EC-waarde, de pH-waarde en andere waarden van de kokosvezelmatrix te meten. Dit speelt een belangrijke rol bij het nauwkeurig aansturen van de irrigatie. Op basis van de kenmerken van verschillende teeltomstandigheden, en door analyse en onderzoek van de matrixeigenschappen en -structuur, wordt een empirisch irrigatiemodel ontwikkeld, inclusief een model voor de boven- en ondergrens van de waterbemesting in de matrix. Het geïntegreerde informatie-acquisitiesysteem voor water en meststoffen kan het irrigatiemodel aansturen, waardoor optimalisatie en iteratie continu kunnen worden uitgevoerd tijdens de productie, bedrijfsvoering en onderhoud.

2.2 Systeemsamenstelling

Het systeem bestaat uit een vloeistofinlaatopvanginrichting, een vloeistofretouropvanginrichting, een realtime monitoringsinrichting voor het substraat en een communicatiecomponent. De vloeistofinlaatopvanginrichting omvat een pH-sensor, een EC-sensor, een waterpomp, een debietmeter en andere onderdelen; de vloeistofretouropvanginrichting omvat een druksensor, een pH-sensor, een EC-sensor en andere onderdelen; de realtime monitoringsinrichting voor het substraat omvat een opvangbak voor de vloeistofretour, een filterzeef voor de vloeistofretour, een druksensor, een pH-sensor, een EC-sensor, een temperatuur- en vochtigheidssensor en andere onderdelen. De communicatiemodule omvat twee LoRa-modules, één in de centrale controlekamer en de andere in de kas (Figuur 3). Er is een bekabelde verbinding tussen de computer en de communicatiecomponent in de centrale controlekamer, een draadloze verbinding tussen de communicatiecomponent in de centrale controlekamer en de communicatiecomponent in de kas, en een bekabelde verbinding tussen de communicatiecomponent in de kas en het relais, de substraatdetectiecomponent en de vloeistofretourdetectiecomponent (Figuur 4).

2.3 Toepassingseffecten

Het effect van irrigatie met een water- en meststofirrigatiesysteem met terugkoppeling via dit monitoringsysteem wordt vergeleken met dat van een irrigatiesysteem dat uitsluitend door leveranciers wordt geleverd. In vergelijking met dat laatste wordt de gemiddelde irrigatie per tomatenplant met dit monitoringsysteem met 8,7% per dag verminderd, en het volume retourvloeistof met 18%, terwijl de EC-waarde van de retourvloeistof nagenoeg gelijk blijft. Dit toont aan dat gewassen meer voedingsoplossing opnemen wanneer dit monitoringsysteem wordt gebruikt voor irrigatie, conform de wet van de opname van voedingsoplossing door gewassen. Het gebruik van dit intelligente irrigatiesysteem kan de irrigatiehoeveelheid met gemiddeld 29% en de hoeveelheid retourvloeistof met gemiddeld 53% verminderen in vergelijking met empirische, getimede irrigatie (Figuur 5-6).

 

3. Op IoT gebaseerd milieubeheersingssysteem

Om de problemen van grootschalige en heterogene acquisitie van de lichtomgeving in plantenfabrieken op te lossen, wordt de geïntegreerde Internet of Things-technologie (IoT) geïntroduceerd. Deze technologie biedt een oplossing voor de uitdagingen van het nauwkeurig beheren van de lichtomgeving in plantenfabrieken, met name de lichtinval van grote aantallen knooppunten. Het intelligente lichtregelsysteem in de plantenfabriek maakt gebruik van intelligente LED-armaturen als basis en bouwt met behulp van WF-IOT big data-integratietechnologie een grootschalig, gedecentraliseerd netwerk van terminals dat data-acquisitie, -transmissie en -controle ondersteunt. Het systeem kan naar behoefte worden gegroepeerd en de lichtintensiteit van de armaturen kan continu in realtime worden aangepast aan de verschillende lichtomstandigheden en de groeibehoeften van de planten. Hierdoor wordt de intensiteit en hoeveelheid van de aanvullende verlichting nauwkeurig geregeld (Figuur 7). Via het perifere netwerk kunnen sensorische gegevens zoals omgevings- en lichtomstandigheden dynamisch worden verzameld en verzonden. Tegelijkertijd kan het energieverbruik online worden gemonitord en kan het energieverbruik van de aanvullende verlichting in elk groeigebied in realtime worden bijgehouden.

Het systeem maakt nauwkeurig plantbeheer mogelijk door gegevens te verzamelen over de interne en externe besturing van de kas, en voltooit de productontwikkeling van een "plantbeheermodel". Door middel van sensoren voor stroom, CO2, aardgas en water wordt de monitoring van het "energiesysteem" gerealiseerd. Met behulp van robotvisietechnologie wordt het gehele proces van gewasgroei gemonitord en geanalyseerd aan de hand van gegevens over fruitkleur, aantal vruchten, grootte van de vruchtstelen, bladeren, stengels, enzovoort (Figuur 8).

4.Promotionele waarde

Een intelligent systeem voor de exploitatie en het onderhoud van de landbouw, dat gebruikmaakt van de voordelen van het industriële internetplatform (één investering, meerdere keren te gebruiken), bevordert de ontwikkeling van het Internet of Things in de kassenbouw tegen lage kosten en met hoge efficiëntie. Dit verbetert de intelligentie en duurzaamheid van de kassenbouw. ​​Een voorbeeld hiervan is een project in Laixi, Qingdao, waar het systeem is toegepast. Hieruit blijkt dat de benutting van meststoffen meer dan 90% bedraagt, drie keer zoveel als bij traditionele teelt in de volle grond. Er is geen afvalwaterlozing gedurende het hele proces, wat een waterbesparing van 95% oplevert ten opzichte van de traditionele teelt in de volle grond en de bodemvervuiling door meststoffen vermindert. Door de CO2-meting in de kas met dit systeem worden omgevingsfactoren zoals temperatuur en licht binnen en buiten de kas uitgebreid geanalyseerd. De CO2-toevoer wordt realtime gereguleerd, wat niet alleen voldoet aan de behoeften van de planten, maar ook verspilling voorkomt, de fotosynthese van gewassen versterkt, de koolhydraataccumulatie versnelt, de opbrengst per oppervlakte-eenheid verhoogt en de kwaliteit van de groenten verbetert. Het complete systeem voor operationeel beheer en onderhoud heeft de automatische werking van de klimaatregelingsinstallaties in de kas mogelijk gemaakt, evenals de automatische en nauwkeurige bediening van alle weersomstandigheden. Dit heeft de energiekosten met 10% en de handmatige bedieningskosten met 60% verlaagd. Tegelijkertijd kan het systeem preventieve maatregelen nemen, zoals het direct sluiten van ramen bij ongunstige weersomstandigheden zoals harde wind, regen en sneeuw, waardoor schade aan de kas zelf en de gewassen erin bij plotseling slecht weer effectief wordt voorkomen.

5.Conclusie

De moderne ontwikkeling van de facilitaire landbouw is onlosmakelijk verbonden met de voordelen van intelligente landbouwmanagementsystemen. Alleen een dergelijk systeem met een sterk waarnemings-, analyse- en besluitvormingsvermogen kan de weg naar modernisering blijven bewandelen. Intelligente landbouwmanagementsystemen verminderen de tekortkomingen van handmatig beheer aanzienlijk en bevorderen de intelligente informatisering van landbouwproductie, -beheer en strategische besluitvorming. Met de toenemende hoeveelheid input en de voortdurende uitbreiding van de toepassingsscenario's van het systeem, moet het datamodel constant worden bijgewerkt en verfijnd op basis van meer data, waardoor het intelligenter wordt en de intelligentiegraad van de moderne facilitaire landbouw in zijn geheel wordt verbeterd.

EINDE

[citatie-informatie]

Oorspronkelijke auteurs: Sha Bifeng, Zhang Zheng, et al., Kasbouw, Tuinbouw, Landbouwtechniek, 19 april 2024, 10:47 uur, Peking