隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展，2025年溫室大棚產(chǎn)業(yè)布局不斷優(yōu)化升級(jí)，智能化成為核心發(fā)展方向。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國(guó)溫室大棚種植規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，然而傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方式已難以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)的需求，引入新技術(shù)提升大棚效益迫在眉睫。云計(jì)算技術(shù)憑借其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與共享能力，為溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的革新帶來了新契機(jī)。
云計(jì)算按照服務(wù)層次可分為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)、平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)和應(yīng)用軟件即服務(wù)(SaaS)三類。IaaS 提供虛擬機(jī)、存儲(chǔ)器、帶寬等虛擬資源池，像簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù) S3 和彈性計(jì)算云 EC2 就是典型應(yīng)用;SaaS 則是封裝特定應(yīng)用軟件工程，例如 Google OnDemand Doc、Oracle CRM 。各層次平臺(tái)服務(wù)對(duì)象涵蓋企業(yè)用戶和個(gè)人用戶，通過特定連接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同層面的流轉(zhuǎn)與處理，為溫室大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制奠定了理論基礎(chǔ)，使得數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程分析及共享成為可能。
云架構(gòu)采用分層設(shè)計(jì)，從 IaaS 到 PaaS，再到 SaaS，包含物理層、管理層、控制層、系統(tǒng)層和應(yīng)用層。《2025-2030年中國(guó)溫室大棚產(chǎn)業(yè)運(yùn)行態(tài)勢(shì)及投資規(guī)劃深度研究報(bào)告》指出，物理層由各類服務(wù)器構(gòu)成，為云平臺(tái)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的介質(zhì)。管理層和控制層由節(jié)點(diǎn)和控制器組成，物理層通過 DOM 與管理層傳輸數(shù)據(jù)，控制層借助簇控制器和節(jié)點(diǎn)控制器連接管理層與系統(tǒng)層，并通過名字節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)等硬件設(shè)備，將數(shù)據(jù)傳輸至分布式計(jì)算機(jī)、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)和 Web 服務(wù)器集群，經(jīng)分析處理后到達(dá)應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、聚合、存儲(chǔ)和應(yīng)用服務(wù)等功能。這種架構(gòu)設(shè)計(jì)為溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)框架。
基于云計(jì)算的溫室監(jiān)控系統(tǒng)總體方案基于云平臺(tái)架構(gòu)，采用分層設(shè)計(jì)，分為感知控制層、傳輸層、云服務(wù)層和接入層。感知控制層是系統(tǒng)基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)采集溫室大棚內(nèi)圖像音視頻、氣象站數(shù)據(jù)以及溫濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度和光照度等環(huán)境信息，并控制風(fēng)扇、遮陽(yáng)簾等執(zhí)行設(shè)備，維持環(huán)境參數(shù)最優(yōu)。傳輸層作為樞紐，涵蓋廣電網(wǎng)、通信網(wǎng)等各類通信網(wǎng)絡(luò)，通過布置無線匯聚節(jié)點(diǎn)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)大棚數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸與共享。云服務(wù)層是核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算和處理，可與農(nóng)作物智能生產(chǎn)系統(tǒng)等各類云應(yīng)用交互，提升系統(tǒng)功能性，其豐富的云資源能有效指導(dǎo)溫室大棚作業(yè)。接入層作為操作終端，方便作業(yè)人員通過移動(dòng)終端、PC 等與云服務(wù)平臺(tái)交互，實(shí)時(shí)監(jiān)控大棚情況。
該監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可劃分為6個(gè)子模塊。用戶模塊用于用戶權(quán)限設(shè)置、管理及數(shù)據(jù)庫(kù)操作;監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取顯示和報(bào)警提示;硬件管理對(duì)各硬件模塊進(jìn)行信息列表管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和物理控制;系統(tǒng)控制對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理、配置和遠(yuǎn)程控制;天氣預(yù)報(bào)模塊實(shí)現(xiàn)天氣信息顯示和存儲(chǔ);網(wǎng)絡(luò)設(shè)置對(duì)傳輸層參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。這些子模塊相互協(xié)作，共同保障溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的高效運(yùn)行。
為驗(yàn)證基于云計(jì)算的溫室監(jiān)控系統(tǒng)采集環(huán)境參數(shù)的精度，對(duì)溫室大棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度和光照度進(jìn)行采集。通過對(duì)比人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，兩者相差不大，這表明該系統(tǒng)具有較高的監(jiān)測(cè)精度，能夠滿足溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的要求，為農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的精準(zhǔn)把控提供了可靠保障。
綜上所述，將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)，通過對(duì)云計(jì)算技術(shù)、云架構(gòu)設(shè)計(jì)的深入研究，完成了基于云計(jì)算的溫室監(jiān)控系統(tǒng)總體方案和功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證其具有較高的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)精度。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確獲取溫室大棚環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)共享，有效提升了溫室大棚的生產(chǎn)質(zhì)量和效益，對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化、自動(dòng)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和借鑒價(jià)值，也為 2025年及未來溫室大棚產(chǎn)業(yè)的智能化升級(jí)指明了方向。
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