Информационная система поддержки биотехнологии "умная теплица"

Smart Greenhouse Information System

 

Автор: Черепенин Валентин Анатольевич

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия

e-mail: cherept2@gmail.com

Cherepenin Valentin Anatolyevich

M.I. Platov South Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia

e-mail: cherept2@gmail.com

 

Аннотация: В данной статье представлен пример информационной системы поддержки биотехнологии «умной теплицы». Основное назначение данной системы - автоматизация процессов, протекающих в ходе применения биотехнологий в сельском хозяйстве. Биотехнология — это наука о практическом использование различных биологических объектов с целью получения антибиотиков, ферментов, кормовых белков, удобрений. Основная цель биотехнологии – промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами. Актуальность данной работы обусловлена тем, что внедрение информационных технологий в сфере биотехнологий находится в зачаточном состоянии, однако использование последних разработок в области программной инженерии и IoT, позволяет осуществлять быстрые и обоснованные изменения в управлении, способствуя улучшению благосостояния.

Abstract: In this work, the project presented information system. The main purpose of this system is to automate the processes taking place during the application of biotechnology in agriculture. Biotechnology is the science of the practical use of various biological objects in order to obtain antibiotics, enzymes, fodder proteins, and fertilizers. The main goal of biotechnology is the industrial use of biological methods and agents based on the achievement of high forms of microorganisms, cultured cells and tissues, plants and animals with desired properties.

Ключевые слова: Информационные системы, умная теплица, биотехнологии.

Keywords: Information systems, smart greenhouse, biotechnologies.

Тематическая рубрика: IT-технологии и цифровые процессы. 

 

Smart greenhouse - это основанный на IoT подход к производству продуктов питания. Целью smart greenhouse является обеспечение и поддержание оптимальных условий для выращивания сельскохозяйственных культур в тепличной среде, оптимальные условия роста могут быть автоматически скорректированы с помощью ряда датчиков и исполнительных механизмов.

Наиболее популярными контролируемыми переменными для оптимальных условий роста являются температура (воздух, питательный раствор, корневая зона), влажность, углекислый газ (CO2), свет (интенсивность, спектр, интервал), концентрация питательных веществ (PPM, EC) и pH питательных веществ (кислотность).

Применение – благодаря использованию возможностей идентификации, сбора данных, обработки и связи, IoT в полной мере использует возможности предоставления услуг для всех видов приложений, обеспечивая при этом соблюдение требований безопасности и конфиденциальности. С более широкой точки зрения IoT может восприниматься как видение с технологическими и социальными последствиями.

Концепция:

Контролируемыми средами в теплице могут быть температура, свет и тень, орошение, внесение удобрений и атмосферная влажность. Экологический контроль этих культур может быть использован для преодоления недостатков возделываемых земель, что оказывает существенное влияние на качество и сроки уборки сельскохозяйственной продукции.

Для преодоления проблем smart greenhouse использует IoT-устройства, затем собирает ряд данных зондирования и корректирует окружающую среду теплицы в соответствии с оптимальными условиями.

Датчики различные обеспечивают статус информации окружающей среды (как температура, влажность, интенсивность света)

Датчики различные обеспечивают данные о состояния роста (или хлебоуборки) (как толщина стержня, числа и размера листьев урожая)

Обеспечивает обслуживание, которое помогает фермерам точным путем обеспечивать оптимальные условия роста для каждого урожая.

Требования для обеспечения услуг «Умная теплица»:

1. Общие требования к услугам SG:

- Необходимо иметь возможность мониторинга состояния окружающей среды как внутри, так и снаружи умной теплицы.

- Необходимо, что имеет возможность регулировать умное состояние окружающей среды парника.

- Рекомендуется иметь возможность сохранения исторических данных о состоянии конкретного растениеводства.

- Он должен быть устойчив к ошибкам.

2. Требования к поставщику услуг SG:

- Он может дополнительно взаимодействовать с другими поставщиками услуг SG. (экземпляры сторонних поставщиков услуг SG могут включать поставщика услуг IT-портала)

- Рекомендуется иметь возможность обмена сохраняемыми данными с другими пользователями.

3. Требования к контроллеру SG:

- Необходимо иметь возможность сбора экологической информации умной теплицы.

- Рекомендуется иметь возможность сбора растениеводческого статуса.

- Необходимо иметь возможность эксплуатации устройств ПГ в соответствии с инструкцией поставщика услуг ПГ.

- Рекомендуется иметь возможность автоматического управления устройствами SG.

- Необходимо иметь надежные средства связи и быть отказоустойчивым.

4. Требования к устройству SG:

- Иметь возможность воспринимать состояние окружающей среды внутри и снаружи умного парника.

- Иметь возможность зондирования состояния растениеводства.

- Необходимо, иметь возможность регулировать условия окружающей среды согласно командам регулятора SG.

- Он может выборочно связывать с другими приборами SG.

- Необходимо иметь надежные средства связи и быть отказоустойчивым.

Архитектурная модель.

В рамках SG включает функцию зондирования. С исполнительные функции, функции управления, функция работы и интегрированные функции управления. Каждый компонент системы "SG" отражает технические соображения.

Функция восприятия контролирует и измеряет информацию на состоянии окружающей среды и состоянии роста (хлебоуборке) парника и поставляет ее к функции управления SG.

Функция срабатывания контролирует состояние деятельности приводов и поставляет его к функции управления SG.

Функция управления генерирует команды управления приводом для соответствующих приводов в соответствии с конечными условиями управления окружающей средой.

Функция SG операций генерирует окончательные условия контроля окружающей среды для конкретных культур в теплице, которые отражают фермерский опыт в выбранной оптимальной модели роста.

Интегрированная функция управления ПГ аккумулирует информацию об окружающей среде и росте каждой культуры.

Пример использования Smart Greenhouse.

Умные теплицы используются в основном в северных широтах. В условиях экстремального земледелия невозможно эффективно выращивать даже овощи, не говоря уже об экзотических фруктах. К примеру, население Ямало-Ненецкого автономного округ (ЯНАО; 540 тыс. человек) потребляет в год 11 тыс. тонн огурцов и томатов. Однако только 18 тонн этих овощей выращивается в теплицах региона.

Если производство находится далеко, то доставка агропродукции в ЯНАО серьезно отразится на итоговой стоимости. Обычно жители региона потребляют овощи и фрукты из других регионов России и стран ближнего зарубежья. Поэтому в столице региона – Салехарде, к 2020 году планируется построить тепличный комплекс площадью 1 га. Этот комплекс рассчитан на производство 1 тыс. тонн овощей ежегодно.

В Китае создали приложение для смартфонов, которое управляет многими процессами (полив, внесение удобрений, контроль температуры и влажности воздуха) в умной теплице. Площадь комплекса – 0,5 га. Разработчики отметили, что воду и питательные вещества система доставляет прямо к корням растений. Каждые полчаса система оповещает о микроклимате в тепличном комплексе и выявленных вредителях агрокультур.

 

Список литературы:

1. Бодров О.А. Предметно-ориентированные экономические информационные системы [Текст] / О.А. Бодров, Р.Е. Медведев. — Москва: Горячая линия - Телеком, 2013. — 244 с.

2. Калянов Г.Н. Консалтинг при автоматизации предприятий: подходы, методы, средства [Текст] / Г.Н. Калянов. – Москва: НПО "СИНТЕГ", 1997. - 316 с. 

3. Курдюмов Н., Малышевский К., Умная теплица, Издательство: Владис, 2017.-19 с

4. Кудинов В.А. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебник для бакалавров / В.А. Кудинов, Э.М. Карташов, Е.В. Стефанюк.. - Москва: Юрайт, 2018. - 566 c.