AbstractoLa inteligenteización de la agricultura de instalaciones moderna depende principalmente del sistema de operación y mantenimiento. Esta inteligenteización está directamente relacionada con la eficiencia integral de la operación del invernadero y representa la modernización de la agricultura de instalaciones, lo que conlleva el valor de su popularización y desarrollo a fondo. Este artículo presenta la aplicación del sistema inteligente de operación y mantenimiento en una base de agricultura de instalaciones en Qingdao, analiza su impacto y evalúa su potencial de popularización. Con el fin de proporcionar información de referencia a los profesionales pertinentes y profundizar en el estudio de los sistemas relacionados, mejorando así el nivel técnico e inteligente de la agricultura de instalaciones.

Palabras clave:Sistema Inteligente de Operación y Mantenimiento; Agricultura de Instalaciones; Aplicación

Con el rápido desarrollo de China, los métodos tradicionales de producción agrícola no han podido satisfacer las demandas sociales en cuanto a calidad y cantidad de productos agrícolas. La agricultura moderna, caracterizada por su alto rendimiento, eficiencia y calidad superior, se ha desarrollado rápidamente en los últimos años, presentando un inmenso potencial de mercado. Sin embargo, en comparación con los países o regiones agrícolas desarrollados del mundo, el nivel tecnológico de la agricultura de instalaciones en China aún presenta un rezago significativo, especialmente en la aplicación de sistemas inteligentes de operación y mantenimiento basados ​​en el IoT agrícola, como sensores agrícolas y cerebros de máquinas en la nube, donde la digitalización requiere mejoras urgentes.

1. Sistema Inteligente de Operación y Mantenimiento para la Agricultura

1.1 Definición del sistema

El sistema inteligente de operación y mantenimiento agrícola (SOM) es una tecnología emergente que integra profundamente la tecnología del IoT, la tecnología de gestión inteligente y diversos procesos agrícolas como la siembra, el almacenamiento, el procesamiento, el transporte, la trazabilidad y el consumo. Mediante la integración de "sistema+hardware", el SOM agrícola utiliza las tecnologías clave del Internet de las Cosas (IoT), como la tecnología de detección, la tecnología de transmisión, la tecnología de procesamiento y la tecnología común, para resolver integralmente problemas multiinteractivos como la identificación de individuos agrícolas, el conocimiento situacional, la interconexión de equipos heterogéneos, el procesamiento de datos heterogéneos de múltiples fuentes, el descubrimiento de conocimiento y el apoyo a la toma de decisiones.

1.2 Ruta Técnica

Generalmente, la estructura de un sistema de gestión agrícola se compone principalmente de percepción, red y plataforma. Sobre esta base, las empresas pueden expandir más capas lógicas según los tipos de agricultura y las necesidades del negocio. La arquitectura del sistema inteligente de operación y mantenimiento agrícola se muestra en la Figura 1.

Para satisfacer las necesidades de operación y mantenimiento inteligente de las instalaciones agrícolas, sensores como el sensor de temperatura y humedad, el sensor de dióxido de carbono, el sensor de iluminación, el sensor de corriente, el sensor de flujo de agua, el sensor de flujo de dióxido de carbono, el sensor de flujo de gas natural, el sensor de presión de peso, el sensor CE y el sensor de pH se pueden personalizar, y las empresas con una gran demanda pueden investigar y desarrollar sensores, y obtener el protocolo de transmisión de datos subyacente para garantizar la transmisión y captura estables de datos.

1.3 Importancia del desarrollo

El sistema inteligente de operación y mantenimiento utiliza tecnología de detección inteligente, tecnología de transmisión de información y tecnología de procesamiento inteligente a través del Internet de las Cosas agrícola para realizar monitoreo en tiempo real y control remoto de todos los eslabones de las actividades agrícolas, promover la informatización inteligente de la producción agrícola, la gestión y la toma de decisiones estratégicas, y lograr una alta eficiencia, intensificación, escala y estandarización de la producción agrícola. Finalmente, se logrará la conexión vertical de todos los eslabones de la producción agrícola y la conexión horizontal de todos los eslabones de toda la cadena de la industria agrícola. Crear una ecología de economía circular con un sistema de tecnología de siembra, una plataforma de cerebro agrícola, seguridad alimentaria agrícola, una plataforma de comercialización de productos agrícolas, un nuevo sistema financiero para la cadena de suministro agrícola, turismo agrícola característico y siembra y mejoramiento complementarios (Figura 2).

 

2.Monitoreo de información sobre la integración de agua y fertilizantes

2.1 Principio del sistema

El sistema realiza retroalimentación negativa al sistema de agua y fertilizantes detectando el contenido de agua, la CE, el pH y otros valores de la matriz de salvado de coco, lo cual es fundamental para guiar el riego con precisión. Según las características de los diferentes escenarios de plantación, mediante el análisis e investigación de las características y la estructura de la matriz, se desarrolla un modelo empírico de riego programado y se establecen los límites superior e inferior del agua de la matriz. El sistema integrado de adquisición de información de agua y fertilizantes permite controlar el modelo de riego, y la optimización e iteración se realizan continuamente durante el proceso de producción, operación y mantenimiento.

2.2 Composición del sistema

El sistema consta de un dispositivo colector de entrada de líquido, un dispositivo colector de retorno de líquido, un dispositivo de monitorización en tiempo real del sustrato y un componente de comunicación. El dispositivo colector de entrada de líquido consta de un sensor de pH, un sensor de CE, una bomba de agua, un caudalímetro y otros componentes; el dispositivo colector de retorno de líquido consta de un sensor de presión, un sensor de pH, un sensor de CE y otros componentes. El dispositivo de monitorización en tiempo real del sustrato consta de una bandeja colectora de retorno de líquido, una pantalla de filtro de retorno de líquido, un sensor de presión, un sensor de pH, un sensor de CE, un sensor de temperatura y humedad, entre otros componentes. El módulo de comunicación incluye dos módulos LoRa, uno en la sala de control central y otro en el invernadero (Figura 3). Existe una conexión por cable entre la computadora y el componente de comunicación ubicado en la sala de control central, una conexión inalámbrica entre el componente de comunicación ubicado en la sala de control central y el componente de comunicación ubicado en el invernadero, y una conexión por cable entre el componente de comunicación en el invernadero y el relé, el componente de detección de sustrato y el componente de detección de retorno de líquido (Figura 4).

2.3 Efectos de la aplicación

El efecto del sistema de riego con agua y fertilizantes retroalimentado por este sistema de monitoreo se compara con el del sistema de riego proporcionado únicamente por proveedores. En comparación con este último, el riego promedio por planta de tomate con este sistema de monitoreo se reduce en un 8,7% por día, y el volumen de líquido de retorno se reduce en un 18%, y el valor de CE del líquido de retorno es básicamente el mismo, lo que demuestra que los cultivos utilizan más solución nutritiva cuando este sistema de monitoreo se utiliza para el riego de acuerdo con la ley de absorción de solución nutritiva por los cultivos. El uso de este sistema de riego inteligente puede reducir la cantidad de riego en un 29% y el retorno de líquido en un 53% en promedio en comparación con el riego programado empírico (Figuras 5 ~ 6).

 

3. Sistema de control ambiental basado en IoT

Ante la demanda de un control preciso de nodos espectrales dinámicos a gran escala en plantas de fabricación, se introduce la tecnología de Internet de las Cosas (IoT) de fusión para resolver los problemas de adquisición de nodos heterogéneos a gran escala y el control preciso del entorno lumínico de la planta. El sistema de control de iluminación inteligente en plantas de fabricación utiliza luminarias LED inteligentes como portadora y adopta la tecnología de Internet de las Cosas de fusión de big data WF-IOT para construir una red de terminales descentralizada a gran escala que facilita la adquisición, transmisión y control de datos. El sistema se puede agrupar libremente según los requisitos de producción, y la intensidad lumínica de las luminarias de la planta se puede ajustar continuamente en tiempo real según las diferentes condiciones de iluminación y las necesidades de crecimiento de la planta, para lograr un control preciso de la intensidad y la cantidad de luz suplementaria (Figura 7). A través de la red periférica, se puede recopilar y transmitir dinámicamente datos de detección, como el entorno y la iluminación, y al mismo tiempo, se puede monitorizar en línea el consumo energético y conocer en tiempo real el consumo de luz suplementaria en cada área de crecimiento.

El sistema realiza una gestión precisa de las plantas mediante la recopilación de datos de control interno y externo del invernadero, y completa el desarrollo del "modelo de gestión de plantas". Mediante sensores de corriente, CO2, gas natural y agua, se realiza la recopilación de datos de monitoreo del "sistema energético". Mediante tecnología de visión robótica, mediante datos como el color, número, tamaño del pedúnculo, hojas, tallos, etc., se monitorea y reconoce todo el proceso de crecimiento del cultivo (Figura 8).

4.Valor promocional

El sistema inteligente de operación y mantenimiento agrícola, que aprovecha las ventajas de la plataforma de internet industrial, ofrece una inversión única y múltiples posibilidades de uso, utilizando el concepto de compartición de internet industrial. Esto promueve la implementación del internet de las cosas en la agricultura industrial a bajo costo y alta eficiencia, mejorando así su inteligencia y sostenibilidad. Un proyecto que implementó el sistema en la ciudad de Laixi, Qingdao, mostró una tasa de utilización integral de fertilizantes superior al 90%, tres veces superior a la del cultivo tradicional en tierra. Durante todo el proceso, no se producen vertidos de aguas residuales, lo que ahorra un 95% de agua en comparación con el cultivo en campo y reduce la contaminación del suelo por fertilizantes. Mediante la detección de CO2 en el invernadero, este sistema analiza exhaustivamente factores ambientales como la temperatura y la iluminación dentro y fuera del invernadero, y regula el suministro de CO2 en tiempo real. Esto no solo satisface las necesidades de las plantas, sino que también evita el desperdicio, mejora eficazmente la fotosíntesis, acelera la acumulación de carbohidratos, aumenta el rendimiento por unidad de superficie y mejora la calidad de las hortalizas. Todo el conjunto del sistema de gestión de operación y mantenimiento ha realizado la operación automática de las instalaciones de control del ambiente del invernadero, la operación automática y precisa de equipos para todo clima, redujo el costo de energía en un 10% y el costo de operación manual en un 60% y al mismo tiempo, puede realizar respuestas protectoras como cerrar la ventana por primera vez contra el clima adverso, como viento fuerte, lluvia y nieve, evitando efectivamente la pérdida del invernadero en sí y de los cultivos en el invernadero frente a un mal tiempo repentino.

5.Conclusión

El desarrollo moderno de la agricultura de instalaciones es inseparable de los beneficios de los sistemas de gestión inteligente agrícola. Solo un sistema de gestión con mayor capacidad de percepción, análisis y toma de decisiones puede impulsar la modernización. Este sistema reduce significativamente las deficiencias de la gestión artificial y promueve la informatización inteligente de la producción, la gestión y la toma de decisiones estratégicas agrícolas. Con el aumento de la información y la mejora continua de los escenarios de uso del sistema, su modelo de datos debe actualizarse e iterarse constantemente con base en más datos, volviéndose más inteligente y mejorando integralmente el grado de inteligencia de la agricultura de instalaciones moderna.

FIN

[información de cita]

Autores originales: Sha Bifeng, Zhang Zheng, et al. Tecnología de ingeniería agrícola y horticultura de invernadero, 19 de abril de 2024, 10:47, Pekín