Google+ 生物產業機械: 設施內蔬菜生產遠端監控管理系統

Friday, March 09, 2007

設施內蔬菜生產遠端監控管理系統

.桃園區農業改良場李汪盛.

傳統之農業生產,憑藉的都是農民的經驗,早期的設施栽培亦是如此,一般都是根據農民經驗操作相關之環控設備,但由於人力有限且環境亦因時因地變化,因此有自動化環控溫室的誕生,可依據生產者的經驗,設定環境因子的控制值後,讓溫室環控設備週期式的循環運轉。本研究主要利用各種溫室環控感測器,如溫度、溼度、照度及石膏塊等感測器及結合多光譜影像系統擷取作物影像,透過無線網路,將各個感測器資料傳遞儲存於資料庫電腦。主控電腦分析資料庫電腦資料後,經過綜合研判而得知目前溫室內栽培作物生長情況,透過與資料庫電腦中之作物栽培資料比較,而採取適當栽培管理措施,如施肥或灌溉等,使設施內蔬菜生產方式,由以往經驗式的生產方式進階到知識化的生產,提升產品質與量。

二、機體結構與功能

設施內蔬菜生產遠端監控管理系統架構圖。如圖一所示。葉綠素計讀值(Chlorophyll meter readings;CMR)量測儀器為日本Minota公司SPAD-502 型葉綠素計,實驗材料為蕹菜,別名空心菜、蓊菜。本試驗蕹菜種子為94 年8月購於新社種苗公司。本系統係建構於桃園縣新屋鄉之簡易溫室內,在溫室內靠近屋頂處設置一個U 型軌道,多光譜影像系統可於軌道上移動,進行多光譜影像擷取,擷取之影像利用網路儲存至資料庫電腦。主要零組件包含多光譜影像擷取系統及主控電腦之網路伺服器與系統資料庫,其機體結構與功能說明如下:

多光譜影像擷取系統

本系統必須具備可以接受主控電腦命令定時及定點進行設施蔬菜影像擷取、感測器控制及資料傳送。多光譜影像擷取系統全貌及整合控制介面,如圖二、圖三所示。使用者可以透過網路,針對多光譜影像擷取系統各個感測器進行參數設定。

本系統包括田間伺服器控制電腦、集線器、CCD 攝影機、濾鏡更換模組、空間及色彩校正框、溫室懸掛式軌道、懸吊支架及驅動馬達等、可程式邏輯控制器、施肥、灑水電動閥控制、耐酸鹼材質塑膠桶及攪拌器、資料收集器、照度計、溫溼度計、石膏塊、WLAN 模組等零組件。田間伺服器控制電腦主要用於接受主控電腦控制命令進行影像擷取作業及各個感測器資料收集。懸吊支架係懸掛於U 型鋼製軌道上,其繞行速度為2 公尺/分,主要作用在於固定CCD攝影機、濾鏡更換模組與空間及色彩校正框。空間及色彩校正框中心點固定於CCD鏡頭中心線位置之正下方處,CCD 攝影機鏡頭與空間及色彩校正框校正白板中心點距離為1.6公尺且空間及色彩校正框位置可以上下調整各20 公分,以適用於不同種類蔬菜之影像擷取。

使用者可以透過網路進行遠端監控上下調整空間及色彩校正框與地面之距離。主控電腦可經由田間伺服器控制電腦,直接控制可程式邏輯控制器驅動施肥、灑水電動閥進行施肥及灑水作業。施肥、灑水電動閥為兩位置控制閥,可進行停止、施肥或及停止、灑水控制。本系統可以利用網路,以定時、定點方式擷取栽培作物之多光譜影像,結合人工量測之葉綠素計讀值資料並進行迴歸分析,建立葉綠素計讀值校正線,用於施肥管理。本系統應用於蕹菜葉綠素計讀值量測之迴歸判定係數為0.7。

主控電腦之網路伺服器與系統資料庫為建構主控電腦之網路伺服器與系統資料庫(圖四),首先將預計呈現的網頁建構成實體畫面,並將ASP 程式鑲入網頁畫面中,形成動態ASP 網頁,並將田間伺服器控制電腦所接收的數據資料經過整理後連結至Access 資料庫中(儲存於資料庫電腦),以方便做為歷史資料的查詢及統計分析運用。最後利用SQL 指令,透過ADO 物件,連接ASP 網頁及Access資料庫,構成一個完整的動態網頁資料庫系統。透過任何能支援瀏覽HTML 之工具,透過Internet 連結伺服器電腦端所建立之動態網頁,並下達讀取最新數據之指令,使溫室所紀錄之即時數據,經由資料庫內提取至伺服器動態網頁上,再透過Internet 傳達至遠端使用者。透過主控電腦開放之遠端登入遙控程式的設定,可使用手動或自動方式操作溫室之施肥及灑水系統。

三、結語

本研究以簡易型溫室為實驗對象,主控電腦端可以利用所發展之介面收集及控制多光譜影像擷取系統,利用多光譜影像擷取系統與溫室內部環控設備之結合,透過指令輸出,達到設施蔬菜生產自動化管理目標。本系統由本場自行研發,關鍵技術可以完全掌控。在設施內蔬菜生產遠端監控管理系統主控電腦部分,利用動態網頁及資料庫的建立,可以順利地將多光譜影像擷取系統所接收到的資料,轉換為資料庫的格式儲存,並且在遠端設備透過網路連接主控電腦的伺服網頁時,提供最新的溫室環境現況;另可依照使用者的分級,而給予不同的瀏覽及控制權限。主控電腦端擁有最高管理控制權限,可以隨時中斷遠端電腦的控制。

由於本系統尚在建構階段,目前僅完成空心菜最佳肥管理栽培資料及葉綠素計讀值校正線之建置,其他適合溫室栽培之莧菜、萵苣等蔬菜則有待後續建立,因此在應用上受到限制,建議未來可分別針對台灣重要蔬菜作物分別建立栽培管理資料庫及葉綠素計讀值校正線,擴大本系統應
用範圍。(作者聯絡電話:03-4768216 轉344)

WLAN 基地台
本場網路系統
主控電腦系統
網路伺服器資料庫電腦
WLAN
田間伺服器控制電腦
( 含影像處理電腦)
集線器
C C D
監視攝
影機
施肥及灑水
電動閥控制
可程式邏
輯控制器
濾鏡處理系