AbstrakPenerapan sistem cerdas pada pertanian fasilitas modern terutama bergantung pada sistem operasi dan pemeliharaan. Penerapan sistem cerdas pada sistem operasi dan pemeliharaan secara langsung berkaitan dengan efisiensi komprehensif pengoperasian rumah kaca, dan juga mewakili modernisasi pertanian fasilitas, yang memiliki nilai popularisasi dan pengembangan mendalam. Makalah ini memperkenalkan penerapan sistem operasi dan pemeliharaan cerdas di sebuah basis pertanian fasilitas di Qingdao, menganalisis efek penerapannya, dan mengevaluasi nilai popularisasi sistem tersebut, sehingga dapat memberikan referensi informasi bagi praktisi terkait dan memperluas studi mendalam lebih lanjut tentang sistem terkait, sehingga meningkatkan tingkat teknologi dan kecerdasan pertanian fasilitas.

Kata kunciSistem Operasi dan Pemeliharaan Cerdas; Pertanian Fasilitas; Aplikasi

Seiring dengan perkembangan pesat Tiongkok, metode produksi pertanian tradisional tidak lagi mampu memenuhi tuntutan masyarakat akan kualitas dan kuantitas produk pertanian. Pertanian fasilitas modern, yang dicirikan oleh hasil panen tinggi, efisiensi, dan kualitas unggul, telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, menghadirkan potensi pasar yang sangat besar. Namun, dibandingkan dengan negara atau wilayah pertanian maju di dunia, tingkat teknologi pertanian fasilitas Tiongkok masih tertinggal jauh, terutama dalam penerapan sistem operasi dan pemeliharaan cerdas berbasis IoT pertanian seperti sensor pertanian dan mesin pengendali berbasis cloud, di mana digitalisasi perlu ditingkatkan secara mendesak.

1. Sistem Operasi dan Pemeliharaan Cerdas untuk Pertanian

1.1 Definisi Sistem

Sistem operasi dan pemeliharaan cerdas untuk pertanian adalah teknologi sistem yang sedang berkembang yang secara mendalam mengintegrasikan teknologi IoT, teknologi manajemen cerdas, dan berbagai proses pertanian seperti penanaman, penyimpanan, pengolahan, transportasi, ketelusuran, dan konsumsi. Melalui integrasi "sistem+perangkat keras", sistem operasi dan pemeliharaan cerdas pertanian menggunakan teknologi kunci Internet of Things, seperti teknologi penginderaan, teknologi transmisi, teknologi pengolahan, dan teknologi umum, untuk secara komprehensif memecahkan berbagai masalah interaktif seperti identifikasi individu pertanian, kesadaran situasional, jaringan peralatan heterogen, pengolahan data heterogen multi-sumber, penemuan pengetahuan, dan dukungan pengambilan keputusan.

1.2 Rute Teknis

Biasanya, struktur sistem manajemen pertanian terutama terdiri dari persepsi, jaringan, dan platform. Atas dasar ini, perusahaan dapat memperluas lapisan logika yang lebih banyak sesuai dengan jenis pertanian dan kebutuhan bisnis. Arsitektur sistem operasi dan pemeliharaan pertanian cerdas ditunjukkan pada Gambar 1.

Untuk memenuhi kebutuhan pengoperasian dan pemeliharaan pertanian fasilitas yang cerdas, sensor seperti sensor suhu dan kelembaban, sensor karbon dioksida, sensor pencahayaan, sensor arus, sensor aliran air, sensor aliran karbon dioksida, sensor aliran gas alam, sensor tekanan berat, sensor EC, dan sensor pH dapat disesuaikan, dan perusahaan dengan permintaan besar dapat meneliti dan mengembangkan sensor, serta mendapatkan protokol transmisi data yang mendasarinya untuk memastikan transmisi dan pengambilan data yang stabil.

1.3 Signifikansi Pembangunan

Sistem operasi dan pemeliharaan cerdas menggunakan teknologi penginderaan cerdas, teknologi transmisi informasi, dan teknologi pengolahan cerdas melalui Internet of Things (IoT) pertanian untuk melakukan pemantauan waktu nyata dan pengendalian jarak jauh semua mata rantai dalam aktivitas pertanian, mendorong informasiisasi cerdas dalam produksi, manajemen, dan pengambilan keputusan strategis pertanian, serta mewujudkan efisiensi tinggi, intensifikasi, skala, dan standardisasi produksi pertanian. Pada akhirnya, koneksi vertikal semua mata rantai dalam produksi tanaman dan koneksi horizontal semua mata rantai dalam seluruh rantai industri pertanian akan terwujud. Menciptakan ekologi ekonomi sirkular dengan sistem teknologi penanaman, platform kecerdasan pertanian, keamanan pangan pertanian, platform perdagangan produk pertanian, sistem keuangan rantai pasokan pertanian baru, pariwisata pertanian yang khas, dan penanaman serta pembibitan yang saling melengkapi (Gambar 2).

 

2.Pemantauan informasi tentang integrasi air dan pupuk.

2.1 Prinsip Sistem

Sistem ini melakukan umpan balik negatif terhadap sistem air dan pupuk dengan mendeteksi kadar air, EC, pH, dan nilai-nilai lain dari matriks dedak kelapa, yang berperan penting dalam memandu irigasi secara akurat. Sesuai dengan karakteristik berbagai skenario penanaman, melalui analisis dan penelitian karakteristik dan struktur matriks, dikembangkan model irigasi waktu empiris, model irigasi batas atas dan bawah pengaturan air matriks; sistem akuisisi informasi terintegrasi air dan pupuk dapat mengontrol model irigasi, optimasi dan iterasi dapat dilakukan secara terus menerus dalam proses operasi dan pemeliharaan produksi.

2.2 Komposisi Sistem

Sistem ini terdiri dari perangkat pengumpul cairan masuk, perangkat pengumpul cairan balik, perangkat pemantauan substrat secara real-time, dan komponen komunikasi, di mana perangkat pengumpul cairan masuk terdiri dari sensor pH, sensor EC, pompa air, flowmeter, dan bagian lainnya; dan perangkat pengumpul cairan balik terdiri dari sensor tekanan, sensor pH, sensor EC, dan bagian lainnya; perangkat pemantauan substrat secara real-time terdiri dari baki pengumpul cairan balik, saringan filter cairan balik, sensor tekanan, sensor pH, sensor EC, sensor suhu dan kelembaban, dan bagian lainnya. Modul komunikasi mencakup dua modul LoRa, satu di ruang kontrol pusat dan yang lainnya di rumah kaca (Gambar 3). Koneksi kabel ada antara komputer dan komponen komunikasi yang ditempatkan di ruang kontrol pusat, koneksi nirkabel ada antara komponen komunikasi yang ditempatkan di ruang kontrol pusat dan komponen komunikasi yang ditempatkan di rumah kaca, dan koneksi kabel ada antara komponen komunikasi di rumah kaca dan relai, komponen deteksi substrat, dan komponen deteksi cairan balik (Gambar 4).

2.3 Efek Aplikasi

Pengaruh irigasi dengan sistem irigasi air dan pupuk yang diumpan balik oleh sistem pemantauan ini dibandingkan dengan sistem irigasi yang disediakan oleh pemasok saja. Dibandingkan dengan yang terakhir, rata-rata irigasi per tanaman tomat dengan sistem pemantauan ini berkurang sebesar 8,7% per hari, dan volume cairan yang dikembalikan berkurang sebesar 18%, dan nilai EC cairan yang dikembalikan pada dasarnya sama, yang menunjukkan bahwa lebih banyak larutan nutrisi digunakan oleh tanaman ketika sistem pemantauan ini digunakan untuk irigasi sesuai dengan hukum penyerapan larutan nutrisi oleh tanaman. Penggunaan sistem irigasi cerdas ini dapat mengurangi jumlah irigasi sebesar 29% dan pengembalian cairan sebesar 53% secara rata-rata dibandingkan dengan irigasi terjadwal empiris (Gambar 5 ~ 6).

 

3. Sistem Kontrol Lingkungan Berbasis IoT

Menghadapi tuntutan kontrol akurat terhadap node spektral dinamis skala besar di pabrik tanaman, teknologi Internet of Things (IoT) fusi diperkenalkan untuk memecahkan masalah akuisisi node skala besar dan heterogen serta kontrol akurat lingkungan pencahayaan tanaman. Sistem kontrol pencahayaan cerdas di pabrik tanaman menggunakan perlengkapan pencahayaan LED cerdas sebagai pembawa, dan mengadopsi teknologi Internet of Things (IoT) fusi big data WF-IoT untuk membangun jaringan terminal terdesentralisasi skala besar yang mendukung akuisisi, transmisi, dan kontrol data. Sistem ini dapat dikelompokkan secara bebas sesuai dengan kebutuhan produksi, dan intensitas cahaya perlengkapan pencahayaan tanaman dapat disesuaikan secara terus menerus secara real-time sesuai dengan kondisi pencahayaan yang berbeda dan kebutuhan pertumbuhan tanaman, sehingga mewujudkan kontrol akurat intensitas cahaya tambahan dan jumlah cahaya tambahan (Gambar 7). Melalui jaringan periferal, pengumpulan dan transmisi data sensor dinamis seperti lingkungan dan iluminasi dapat direalisasikan, dan pada saat yang sama, pemantauan konsumsi energi secara online dapat direalisasikan, dan konsumsi energi cahaya tambahan di setiap area pertumbuhan dapat dipahami secara real-time.

Sistem ini mewujudkan pengelolaan tanaman yang presisi dengan mengumpulkan data kontrol internal dan eksternal rumah kaca, dan menyelesaikan pengembangan produk "model manajemen tanaman". Melalui sensor arus, CO2, gas alam, dan air, pengumpulan data pemantauan "sistem energi" diwujudkan. Dengan menggunakan teknologi visi robot, melalui data warna buah, jumlah buah, ukuran tangkai buah, daun, batang, dan sebagainya, seluruh proses data pertumbuhan tanaman dipantau dan dikenali (Gambar 8).

4.Nilai Promosi

Sistem operasi dan pemeliharaan pertanian cerdas, memanfaatkan keunggulan platform Internet industri, satu investasi, banyak kali penggunaan layanan, menggunakan konsep berbagi Internet industri, mendorong pembangunan Internet of Things (IoT) di pertanian fasilitas dengan biaya rendah dan efisiensi tinggi, serta meningkatkan tingkat kecerdasan dan ramah lingkungan pertanian fasilitas. Mengambil contoh proyek yang menerapkan sistem ini di Kota Laixi, Qingdao, tingkat pemanfaatan pupuk secara komprehensif dapat mencapai lebih dari 90%, yang tiga kali lipat dari budidaya tanah tradisional. Tidak ada pembuangan limbah produksi selama seluruh proses, yang menghemat 95% air dibandingkan dengan budidaya lahan terbuka dan mengurangi polusi pupuk terhadap tanah. Melalui deteksi CO2 di rumah kaca oleh sistem ini, faktor lingkungan seperti suhu dan pencahayaan di dalam dan di luar rumah kaca dianalisis secara komprehensif, dan pasokan CO2 diatur secara real-time, yang tidak hanya memenuhi kebutuhan tanaman, tetapi juga menghindari pemborosan, secara efektif memperkuat fotosintesis tanaman, mempercepat akumulasi karbohidrat, meningkatkan hasil per unit area, dan meningkatkan kualitas sayuran. Seluruh rangkaian sistem manajemen operasi dan pemeliharaan telah mewujudkan pengoperasian otomatis fasilitas pengendalian lingkungan rumah kaca, pengoperasian otomatis dan akurat peralatan segala cuaca, mengurangi biaya energi sebesar 10% dan biaya pengoperasian manual sebesar 60%, dan pada saat yang sama, dapat melakukan respons perlindungan seperti menutup jendela pada saat pertama kali menghadapi cuaca buruk seperti angin kencang, hujan, dan salju, secara efektif menghindari kerugian rumah kaca itu sendiri dan tanaman di dalamnya akibat cuaca buruk yang tiba-tiba.

5.Kesimpulan

Perkembangan pertanian fasilitas modern tidak dapat dipisahkan dari berkah sistem manajemen pertanian cerdas. Hanya sistem manajemen yang memiliki persepsi, analisis, dan kemampuan pengambilan keputusan yang lebih kuat yang dapat terus bergerak maju di jalan modernisasi. Sistem manajemen pertanian cerdas sangat mengurangi kekurangan manajemen manual dan mendorong informasi cerdas dalam produksi, manajemen, dan pengambilan keputusan strategis pertanian. Dengan meningkatnya masukan dan pengayaan skenario penggunaan sistem yang berkelanjutan, model datanya perlu diperbarui dan diiterasi secara terus-menerus berdasarkan lebih banyak data, menjadi lebih cerdas, dan secara komprehensif meningkatkan tingkat kecerdasan pertanian fasilitas modern.

AKHIR

[informasi kutipan]

Penulis asli: Sha Bifeng, Zhang Zheng, dkk. Teknologi Rekayasa Pertanian Hortikultura Rumah Kaca, 19 April 2024, 10:47 Beijing