园艺作物种植人工智能平台的构建

　　摘     要:随着我国国民经济的快速发展、城镇化进程的加速和人们生活水平的提高，园艺栽培生产在日常生活中扮演着非常重要的角色，满足了人们对生活质量的全新要求。充足的光照、适宜的温度和湿度等自然环境是影响蔬菜、观赏植物和果树的生长的重要条件，为了改变园艺植物受自然条件严重制约的现状，人们逐渐将计算机、物联网技术等应用到一定的人工模拟智能化温室中，模拟出适宜植物生长的环境条件。人工智能模拟化系统作为人工模拟智能化温室的核心部分，在园艺栽培和作物的生产管理中的作用日益显着，但由于其造价太高，人工模拟智能化温室在使用过程也需要大量的资金投入，严重制约了智能化控制系统的使用。为此，从硬件和软件两个角度分别对人工智能控制系统进行研究和讨论，寻找市场价格低廉、品质过硬、性价比高的人工智能控制系统，搭建适应园艺作物生长的智能化系统平台。

　　关键词:人工智能系统;园艺栽培;硬件;软件

　　0 引言

　　园艺栽培技术主要是指蔬菜、观赏植物和果树等的培育及繁育技术。随着我国国民经济的快速发展和城镇化进程的推进，园艺栽培已成为农业种植中不可缺少的一部分，对人类生存环境的美化和改善具有极其重要的作用。

　　蔬菜、观赏植物和果树等的栽培不仅需要充足的光照、适宜的温度和湿度等自然环境，还需要灌溉、通风、施肥等诸多条件的配合。为了改变水果等园艺植物受自然条件严重制约的现状，人们试图寻找将计算机、物联网技术等应用到一定的人工模拟智能化温室中，将园艺栽培技术和计算机技术进行有机结合，利用人工智能技术，模拟植物生长适宜的环境条件，逐步出现了如玻璃温室模拟园艺植物成长环境等生产新模式，加速了园艺栽培产业生产、流通的现代化和国际化。

　　温室气候人工控制的智能控制系统作为最能体现智能化温室优劣的核心部分，是一种特殊的应用软件，是达到工业化生产水平的关键环节。整个智能系统涉及到多种技术(如先进传感器技术、计算机应用技术和智能控制技术等)和学科(如生物科学等)。综合考虑因作物品种的不同施肥、灌溉等园艺作物生产过程中关键的技术问题，以及其影响作为生长的产前、产中、产后各要素的效应和相互关系，不仅体现了园艺栽培技术，还体现了与计算机技术和物联网技术的有机结合。人工智能控制系统在实时检测温度、湿度、光照、降雨量等环境条件的同时，还可以检测土壤的重金属含量、pH值等重要信息。实时传感数据采集能实现实时数据采集和历史数据存储，能够实现园艺作物生产的科学决策，对于科学施肥、灌溉作业来说都具有非常重要的意义。园艺智能化应用系统集各种综合信息于一体，实时并及时传递影响园艺作物生长与生产的信息，对园艺作物的生长和生产进行在线指导，对生产过程中产生的问题进行定性诊断和定量决策，为提高园艺作物的产量和质量提供科学决策，具有重大的现实意义。

　　1、人工智能系统的设计

　　1．1设计理念的由来

　　随着计算机、互联网和数字控制技术的逐步普及，美国成为最早将计算机应用到大型智能温室生产的控制和管理的国家，并且运行取得了一定的成绩。素以园艺业着称的荷兰开发的人工智能温室控制系统，对控制系统设置参数的同时，还可以通过界面给智能温室设备以相应操作提示，同时完成远程参数的设置、信息的报警、控制和管理等功能。以色列针对如何测量作物的高度、植物叶子的厚度、表面的温度和湿度，研究开发了作物生态监测仪，不仅数据准确，还能21h不间断工作，定时对数据进行收集和传送。英国将计算机远程遥控技术运用到智能温室里的各项环境数值予以远程遥控调节的智能控制系统，可以将计算机数据进行传送。日本则利用网络技术来对异地进行监控和管理，实现大型农场的种植;日本政府对智能化系统比较重视，对农业专家系统重视较早，设施园艺植物的栽培管理及病虫害诊断系统，均取得了良好效果［1］。此外，埃及、英国、加拿大、韩国等都在积极开展智能化系统的设计和研究。

　　我国是农业生产大国，重点是发展智慧农业生产。所谓的“智慧农业”生产，主要体现在实时传感器对于数据的采集、智能分析、联动控制、质量监控等4个方面。20世纪七八十年代，我国通过引进国外先进的智能化温室技术，农业技术人员经过自己的理解，并经过加工和创新后，形成了适合我国农业生产、符合我国国情的国产智能化温室设施。虽然智能化温室对园艺植物的生长具有积极的影响，但是国内外的智能化温室发展仍然很缓慢，主要原因便是造价太高，而且在使用过程中需要大量的资金予以支持。到目前为止，我国只有一些企业和单位在使用智能化温室［2］，因资金方面的原因，个人很难使用智能化温室，难以真正走进普通百姓的日常生活。

　　虽然我国的智能化系统的研究和应用是国际上比较早的国家之一，取得了一定的成果，但同国外智能化温室先进化的水平相比，我国在最近几十年才开始逐渐接触人工智能化温室控制系统，在近几年才开始对环境监测技术进行全面的研发。针对智能化温室价格昂贵、难以普及的特点，本文对于智能化温室的核心部分核心部分人工智能控制系统进行了研究，分别从硬件和软件两个方面进行讨论，试图寻找一种生产市场价格低廉、生产品质过硬、性价比较高、能与国外系统相媲美的人工智能控制系统，用于我国普通智能化温室，更好地提供园林植物生长的环境条件。

　　1．2人工智能控制系统总体的构建

　　人工智能控制系统集园艺作物养护技术、通信技术和传感技术于一体，具有便捷操作和易于管理的特点。人工智能控制系统开发者只需要将本领域和本系统的知识经调试和研究后装入系统中，形成所谓的专家知识库，使用者和操作者无需懂得计算机专业知识便可对控制系统进行操作。

　　植物的健康生长离不开光合作用和呼吸作用，更离不开蒸腾作用及其体内有机物质代谢、运输的有机结合［3］。因此，作为影响植物生长的温度、相对湿度、光照强度和二氧化碳浓度等环境因素便成了影响适合作物在智能化温室生长的主要条件［4－5］。作物生长需光量曲线如图1所示。