温室环境控制技术的现状及发展趋势

温室环境控制技术的现状及发展趋势

摘要：温室环境控制技术在世界得到广泛的应用，现代温室及配套设施已采用专业化、集约化和规模化生产，规范有序的市场经营和国际化的市场体系运作，成为当今世界最具活力的新兴产业之一。本文介绍了国内外温室环境控制技术的发展现状以及今后的发展趋势。

关键词：温室；温室环境控制技术；发展现状；发展趋势

一、温室环境控制技术的应用现状

1.国外发展状况

荷兰是土地资源非常紧缺的国家，靠围海、围湖造田等手段扩大耕地，其依靠现代农业，成为仅次于美国、法国的世界第三大农业出口大国。荷兰是设施农业最发达的国家，目前有现代温室 1.1 万hm?，全部为玻璃温室，占世界玻璃温室的1/4，主要用于种植蔬菜和花卉。温室及配套设施的生产完全靠一种高度社会化专业化和国际化的市场体系。日本于20 世纪60年代快速发展现代设施园艺业，温室由单栋向连栋大型化结构金属化发展，到70年代为高速发展期。美国总的指导思想是搞适地栽培，温室面积约1.9万hm?，多数玻璃温室，少数是双层充气塑料薄膜温室，近几年也建造了少量聚碳酸脂板温室。以色列的现代设施园艺更具鲜明的特点，其采用大型塑料薄膜连栋温室，充分利用光热资源的优势和先进的节水灌溉技术，主要生产花卉和高档蔬菜。

现代温室及配套设施已采用专业化、集约化和规模化生产，规范有序的市场经营和国际化的市场体系运作，成为当今世界最具活力的新兴产业之一和现代农业的亮点。在今后一个时期，随着科学技术的发展、全球经济的一体化和社会的进步，现代温室及配套设施，将以节能、环保和改善工作条件为核心，深入广泛采用高新技术，向实质意义上的“ 工厂化”方向稳步持续快速地发展，前景十分广阔。

2.国内应用状况

我国的近代温室开始于本世纪30年代，大规模的温室生产在20世纪70 年代末和80 年代初开始。通过第一次大规模的温室引进，揭开了我国现代化温室生产、研究和普及的序幕。经过20年的发展，我国温室的建造面积（包括大棚）已达120万hm?，跃居世界第一。在温室及配套设施的生产、科研和普及方面得

到了长足的发展，形成了现在高、中、低不同档次、系列化的温室产品。我国现有温室及配套设施的专业生产厂家超过50 家，生产设备基本国产化，初步形成了一定的产业规模。然而，我国商品化温室普及率很低，高、中档次的商品化温室主要被一些机关团体、军队、农场和科研等单位采用，很少被个体及一般农民采用，即使低档次的温室(20~100元/m?)也很少被普通农户所采用。普通农户采用最多的是自建的简易拱棚，约占我国温室总量的60%以上。

20世纪90年代中后期，江苏理工大学毛平教授等研究开发了温室环境自动控制系统，能实现对营养液系统、温度、光照、CO2施肥的综合控制，是目前国产化温室环境控制系统较为典型的研究成果。在此期间，中国科学院石家庄现代化研究所、中国农业大学、中国科学院上海植物生理研究所等单位也都侧重不同领域开展了温室设施计算机控制与管理技术方而的研究。总的来说，我国温室环境控制技术在总体上，正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展，但所研制出的控制系统，很大一部分只能实现对部分环境因子的控制或还需要人工手动控制辅助，控制效果、自动化程度、可靠性和可操作性与国外同类产品相比尚有较大差距。

中国农业大学研制的日光温室环境数字式监控系统是代表现阶段国内温室环境控制技术先进水平的典型产品。系统具体特点包括：

（1）系统采用两层结构，由智能传感器、控制设备、前台机组成底层基本结钩：多个底层结构与主计算机星形连接：

（2）主计算机是监控系统的头脑和心脏，具有发布监控命令、显示运行状态、数据检索和报表打印等主要功能：

（3）前台机的核心是单片机，完成数据的检测和控制：全部测量参数可自动存储，并可传送到主计算机中，在主计算机中进行处理：

（4）可实现对温室内外空气温湿度、CO2 浓度、土壤温湿度、叶片温度、室内光照度、覆盖物表面温度等参数的测量；

（5）能输出各种控制信号，可对排风扇、喷灌、滴灌等设备进行控制。

二、温室环境控制技术的发展趋势

随着计算机技术和农业技术的进步以及市场对高质量产品需求的速度增强，温室环境控制技术将会在高智能型、高可靠性、操作的方便性等方向得到进一步发展，具体包括以下几个方面。

1.智能化技术

温室生产周期长、过程复杂，温室系统是多变量、强耦合、非线性、大惯性、强干扰的复杂大系统。温室的外部环境(自然气候)以及温室内部种植作物随市场和季节的变化都具有不确定性，温室作物蒸腾作用和光合作用的数学模型具有不精确性,温室的动态模型也不精确，而且只有一部分参数可以确定，而其他参数需要动态辨识。因此，温室的控制难以建模、处理和控制。而且，温室内培育的对象是具有生命的植物，其安全是首要的，温室的管理涉及市场、设备、技术、员工等诸多因素，因此，温室的管理还不能完全脱离人的干预。

模糊理论是在美国柏克莱加州大学电气工程系L.A-Zadah 教授1965 年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的，主要包括模糊集合理论、模糊逻辑、模糊推理和模糊控制等方而的内容；其中模糊控制是模糊理论在工业控制领域应用的成功范例。它把人的经验形式化并引入控制过程，再运用比较严密的数学处理过程，实现模糊推理，进行判断决策，以达到令人满意的控制效果。九十年代初，应用模糊控制技术的各类家电产品在日本大量上市，在世界上引起巨大的反响；随之而来，工业界掀起了模糊控制的应川热潮。模糊控制方法的应用优势，适应于温室环境控制的特点，是现阶段温室环境控制技术发展的主要趋势之一。

温室环境控制技术中的智能化技术，不仅指智能控制算法，还有包括其它方面的应用内容，如实现系统的自诊断功能等。

2.分布式系统结构

过去温室环境控制系统基本上采用了主机---终端模式（Host—Terminal Mode )，该模式通过一个主机作为控制中心，负责对其它各子系统进行控制管理；该种模式使用不灵活，且投入较大，可靠性较差，如果主机出现故障，将造成整个系统的崩溃。目前分布式系统是计算机控制系统的主要发展方向，该控制系统采用了所谓服务器—客户模式（Server -Client Mode ) ，即系统中不存在一个控制中心，主要控制功能由各分布的子处理器完成：一般系统中，以可编程控制器（PLC ）或单片机作为子处理器。考虑到国内经济承受能力、对可靠性的要求以及具体的使用环境（温室环境电气干扰较小），在温室环境控制系统中，各个温室的控制功能一般由单片机（子处理器）完成，PC 机作为主处理器，仅实现辅助功能，脱离．主处理器，整个控制系统仍可工作。分布式控制方式具有价格低、控制灵活、可靠性高等优点，因此它将在现在和以后很长一个时期广泛应用于温室环境控制系统中。

3.多因子控制方式