壽光市(shi)智(zhi)慧農業(ye)科(ke)技園(yuan)于 2019 年組(zu)建,占地 240 畝,總(zong)投資(zi)4.5億元,旨(zhi)在(zai)通過在(zai)園(yuan)區內(nei)對(dui)設(she)施(shi)農業(ye)新裝(zhuang)備、新設(she)施(shi)、新技術(shu)進行(xing)示范應(ying)用(yong),提升壽光設(she)施(shi)蔬菜(cai)智(zhi)能(neng)(neng)化(hua)(hua)水平。 在(zai)國家農業(ye)智(zhi)能(neng)(neng)裝(zhuang)備工程(cheng)技術(shu)研究中心的技術(shu)支(zhi)持下,完(wan)成了單體(ti) 8 萬平方米外保溫連棟溫室(shi)及配套智(zhi)能(neng)(neng)生(sheng)產(chan)管控系(xi)統裝(zhuang)備設(she)計建造(zao)。生(sheng)產(chan)實(shi)踐證明,該國產(chan)化(hua)(hua)連棟智(zhi)能(neng)(neng)溫室(shi)系(xi)統同(tong)比(bi)有效降低運(yun)行(xing)能(neng)(neng)耗 30% 以上、關鍵(jian)水肥環控模型及核心部件實(shi)現(xian) 100% 國產(chan)化(hua)(hua)替代。

二、信息(xi)技術裝備(bei)應用(yong)情況(kuang)

(一(yi))生產實(shi)際問題

通(tong)過將我國日光溫(wen)室(shi)較好的蓄(xu)熱保溫(wen)性能(neng)(neng)與荷蘭文洛型(xing)溫(wen)室(shi)空間利用率高(gao)、宜機化(hua)智能(neng)(neng)化(hua)程(cheng)度高(gao)等(deng)優(you)勢(shi)進行有(you)機結合,形(xing)成(cheng)國產化(hua)新型(xing)大型(xing)玻(bo)璃溫(wen)室(shi)結構及其配套裝(zhuang)備(bei)(bei)。 為解決我國北方(fang)地區大型(xing)溫(wen)室(shi)技術裝(zhuang)備(bei)(bei)依(yi)賴進口、運行成(cheng)本居高(gao)不下等(deng)問題,探索出一條本土化(hua)創新發(fa)展道路。

(二)做法(fa)模式(shi)

一是創新(xin)大(da)(da)型連棟(dong)玻(bo)(bo)璃溫(wen)(wen)室(shi)外保(bao)溫(wen)(wen)結構設計(ji)。 以(yi)“下沉(chen)式、大(da)(da)斜面(mian)(mian)、外保(bao)溫(wen)(wen)”為創新(xin)設計(ji)特色,融合了日(ri)光(guang)(guang)溫(wen)(wen)室(shi)和(he)文洛型連棟(dong)溫(wen)(wen)室(shi)的優(you)勢。 溫(wen)(wen)室(shi)采(cai)用(yong)大(da)(da)屋面(mian)(mian)設計(ji),在(zai)降(jiang)溫(wen)(wen)的同時(shi)(shi)保(bao)證充(chong)足光(guang)(guang)照(zhao);采(cai)用(yong)地(di)面(mian)(mian)下沉(chen)式設計(ji)(低于(yu)地(di)平面(mian)(mian) 80—100 cm)提高(gao)(gao)溫(wen)(wen)室(shi)保(bao)溫(wen)(wen)、蓄熱(re)能(neng)(neng)力;四周立面(mian)(mian)采(cai)用(yong)三玻(bo)(bo)兩腔(qiang)玻(bo)(bo)璃構筑,大(da)(da)幅提升熱(re)阻值和(he)保(bao)溫(wen)(wen)能(neng)(neng)力。 溫(wen)(wen)室(shi)南北走向(xiang)天溝處(chu)安裝滑動平鋪式外保(bao)溫(wen)(wen)被,使(shi)屋面(mian)(mian)熱(re)損(sun)失降(jiang)低 36% ,大(da)(da)幅降(jiang)低冬(dong)季(ji)采(cai)暖熱(re)負荷;同時(shi)(shi),通(tong)過配置智能(neng)(neng)控(kong)制系統,可(ke)根(gen)據(ju)太陽方位角變化對東西屋面(mian)(mian)外保(bao)溫(wen)(wen)進(jin)行分時(shi)(shi)控(kong)制,高(gao)(gao)效(xiao)利用(yong)太陽能(neng)(neng)光(guang)(guang)熱(re)資源(yuan)。

二是正(zheng)壓(ya)(ya)通風溫室環(huan)(huan)境(jing)綜(zong)合智能(neng)調控(kong)。集成應用空(kong)(kong)氣(qi)源熱泵、正(zheng)壓(ya)(ya)濕(shi)簾冷暖風機組、通風管道、循環(huan)(huan)水管道及控(kong)制(zhi)系統等,具有加溫、降溫、增濕(shi)、除濕(shi)及空(kong)(kong)氣(qi)過濾功能(neng),兼容 CO2 補施及臭氧消毒(du)功能(neng),從源頭控(kong)制(zhi)空(kong)(kong)氣(qi)質量,提高溫室環(huan)(huan)境(jing)調控(kong)能(neng)力(li)。 溫室安裝 22 臺(tai)風機,每小時通風量 280 萬立方米(mi),夏季可創造低(di)于室外10℃的(de)環(huan)(huan)境(jing)溫度,正(zheng)壓(ya)(ya)環(huan)(huan)境(jing)大幅降低(di)病蟲害發生幾率。

三是智能(neng)二氧(yang)化(hua)碳氣肥(fei)聯(lian)合增施。 集成氣源(yuan)、氣液(ye)轉換器(qi)、CO2 發生器(qi)、控(kong)制器(qi)與(yu)控(kong)制系統、應用終(zhong)端(duan)等。 采用工業(ye)源(yuan) CO2 ,經過分子篩等三級過濾,將清(qing)潔的 CO2 用于溫室蔬(shu)菜生產。 園(yuan)區共(gong)配(pei)備 4 套(tao)(tao)高(gao)通(tong)量(liang)和 2 套(tao)(tao)中通(tong)量(liang) CO2 智能(neng)調控(kong)系統,可根(gen)據種植種類、生育期(qi)及環境(jing)條件實現環境(jing)與(yu)水肥(fei)智能(neng)聯(lian)調及分區控(kong)制,提升栽培區氣肥(fei)濃度且無毒副(fu)產品,提高(gao)果(guo)蔬(shu)品質,增產幅度達30%左右。

四是智(zhi)能(neng)(neng)集(ji)控托管(guan)式閉環水肥一體(ti)化(hua)(hua)綜(zong)合管(guan)理。 包(bao)含水源處(chu)理、智(zhi)能(neng)(neng)水肥一體(ti)化(hua)(hua)系(xi)統(tong)、營(ying)養(yang)液(ye)(ye)消毒(du)再利(li)用系(xi)統(tong)三部分,共(gong)配(pei)有2 套反滲透水處(chu)理系(xi)統(tong)、7 套智(zhi)能(neng)(neng)水肥一體(ti)化(hua)(hua)系(xi)統(tong)、4 套慢(man)砂智(zhi)能(neng)(neng)組合式營(ying)養(yang)液(ye)(ye)消毒(du)系(xi)統(tong),可實現生產水源的(de)過濾凈化(hua)(hua)、營(ying)養(yang)液(ye)(ye)灌溉、回液(ye)(ye)回收再利(li)用。

五是(shi)設施果(guo)菜(cai)全(quan)流(liu)程(cheng)多(duo)方位精準高效(xiao)(xiao)無(wu)土栽(zai)培。 以(yi)資源高效(xiao)(xiao)利用(yong)和全(quan)程(cheng)數(shu)字化高效(xiao)(xiao)管(guan)理(li)(li)為目標設計建設,采用(yong)高架無(wu)土栽(zai)培模式,由內(nei)收幾字形栽(zai)培槽、軌道式吊蔓(man)、水肥藥一體化裝備、營(ying)養液回收消毒裝置、微環(huan)境(jing)調(diao)控與(yu)消毒設備、數(shu)字化智能監(jian)測(ce)與(yu)控制系統、手機 APP 遠程(cheng)管(guan)控系統等組(zu)成(cheng),可實現設施果(guo)菜(cai)栽(zai)培中環(huan)境(jing)與(yu)營(ying)養液的全(quan)程(cheng)數(shu)字化監(jian)測(ce)與(yu)全(quan)自動(dong)管(guan)理(li)(li)和遠程(cheng)控制。 系統內(nei)嵌栽(zai)培管(guan)理(li)(li)專家模塊(kuai),可進(jin)行生產(chan)管(guan)理(li)(li)建議與(yu)記錄。 通過(guo)該(gai)系統可按需(xu)進(jin)行環(huan)境(jing)、營(ying)養液、田間生產(chan)的高效(xiao)(xiao)、便捷化管(guan)理(li)(li),節約(yue)資源、提高勞動(dong)效(xiao)(xiao)率,實現節能、高效(xiao)(xiao)、清潔、零排放生產(chan)。

六(liu)是設施(shi)農(nong)(nong)業機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)作業。 包含智慧管控(kong)服務機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)、農(nong)(nong)業園區巡檢機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)、設施(shi)農(nong)(nong)業路軌兩用(yong)自(zi)主(zhu)導航(hang)運輸機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)、設施(shi)農(nong)(nong)業無人(ren)(ren)(ren)(ren)噴藥機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)、設施(shi)番茄自(zi)適(shi)應授粉機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)和(he)(he)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)調度系統,在運輸、打(da)藥、授粉、搬運和(he)(he)溫室(shi)管控(kong)等環節實現了(le)無人(ren)(ren)(ren)(ren)化(hua)或少人(ren)(ren)(ren)(ren)化(hua)作業,提高了(le)溫室(shi)作物種植全流程高精準(zhun)管控(kong)能力。

七是搭建可(ke)視化溫(wen)室智慧管控云(yun)服務(wu)平臺。 由云(yun)組(zu)態監控、數據采集分析、視覺、人工智能服務(wu)、模(mo)型決(jue)策(ce)、專家(jia)系(xi)統、展示推送和設(she)備巡檢(jian)調度(du)等 8 部分組(zu)成,可(ke)有(you)效解(jie)決(jue)大(da)型園區種(zhong)植(zhi)區域較(jiao)多、分布范圍廣、種(zhong)植(zhi)作物復雜、管理難度(du)大(da)、高度(du)依賴種(zhong)植(zhi)者經驗等問題(ti),建立了(le)設(she)施番茄全產業(ye)鏈智慧化托管生產模(mo)式。

(三)技術創(chuang)新

一是(shi)自主研發溫(wen)室環(huan)境(jing)(jing)調(diao)(diao)控(kong)算(suan)法(fa)。 借鑒荷蘭調(diao)(diao)控(kong)模(mo)式,采用(yong)基(ji)于環(huan)境(jing)(jing)調(diao)(diao)控(kong)模(mo)型的(de)設置點(dian)追蹤最優控(kong)制算(suan)法(fa),尋求溫(wen)室環(huan)境(jing)(jing)最優軌線(xian),使能耗最低,建立(li)了適(shi)用(yong)我國北(bei)方地區氣候類型的(de)本土(tu)化溫(wen)室環(huan)境(jing)(jing)調(diao)(diao)控(kong)算(suan)法(fa)。

二(er)是自(zi)主研發作(zuo)物(wu)(wu)水(shui)(shui)肥(fei)決策(ce)模(mo)型(xing)(xing)。 以(yi)植株(zhu)生長(chang)模(mo)型(xing)(xing)和(he)水(shui)(shui)肥(fei)需求模(mo)型(xing)(xing)為驅動,結合植株(zhu)品種、定植時(shi)間、氣(qi)象環境對(dui)作(zuo)物(wu)(wu)水(shui)(shui)肥(fei)供(gong)給和(he)根區環境進行自(zi)主管(guan)理決策(ce),實現了(le)營養(yang)液精量配(pei)比、精準淋灌,滿足作(zuo)物(wu)(wu)生長(chang)水(shui)(shui)肥(fei)的(de)同(tong)時(shi),避免了(le)作(zuo)物(wu)(wu)根區鹽分和(he)有毒物(wu)(wu)質的(de)累(lei)積(ji),實現了(le)水(shui)(shui)肥(fei)調控(kong)設備和(he)控(kong)制決策(ce)模(mo)型(xing)(xing)的(de) 100% 國(guo)產化替代。

三是自主研發設施作(zuo)業機器人。 圍繞連棟溫室(shi)生產作(zuo)業過(guo)程中關(guan)鍵用(yong)工環節(jie),研發了番茄授粉、植(zhi)保(bao)打藥(yao)、采后運輸、綜(zong)合(he)調(diao)度等國(guo)產化設施作(zuo)業機器人裝備(bei),在(zai)果菜類生產部分環節(jie)實現無人化或少人化作(zuo)業,大大降低了生產用(yong)工成本,提高溫室(shi)作(zuo)物種植(zhi)全流程高精準管(guan)控能力。

三、成本效(xiao)益

外保(bao)溫智能(neng)連棟溫室(shi)(shi),與(yu)(yu)傳(chuan)統文洛型連棟溫室(shi)(shi)相(xiang)比,整個越冬(dong)生產(chan)加溫季(ji)的節能(neng)率在50% 左右;與(yu)(yu)日光溫室(shi)(shi)相(xiang)比,土地利(li)用率從(cong)40% 提升到(dao) 80% 以(yi)上(shang);與(yu)(yu)傳(chuan)統土壤滴(di)灌生產(chan)模(mo)式相(xiang)比,提高水肥利(li)用效(xiao)率 1 倍以(yi)上(shang);與(yu)(yu)傳(chuan)統生產(chan)模(mo)式相(xiang)比,用工減(jian)少 2/3 以(yi)上(shang)。外保(bao)溫智能(neng)連棟溫室(shi)(shi)建設(she)成本 2000—2500 元/ 平方米,使(shi)用期限 20 年(nian)(設(she)備 10 年(nian)),年(nian)運行能(neng)耗低于(yu) 50 元/ 平方米,相(xiang)比常(chang)規(gui)玻璃(li)溫室(shi)(shi)降低 30% 以(yi)上(shang)。