农业光电子工程的发展规划

农业光电子工程的发展规划前言随着科学技术的进步，特别是光伏发电和 LED照明技术的进步、成本降低和学科交叉及互相渗透，农业光电子工程应运而生，即以农业应用为研究对象的光电子工程诞生了。农业光电子工程是科学进步、现代设施农业发展的必然要求。目前有两个发展方向： PV-LED 智能温室和植物工厂， PV-LED 智能温室以农村设施农业为主，植物工厂以都市农业为主。都可以实现立体栽培，代表了未来农业设施的发展方向1 、 PV-LED 智能温室简介集光伏发电与植物特征光谱 LED 照明一体的智能温室简称为 PV-LED 智能温室， 其特点是：以植物特征光谱发明专利为核心，集光伏发电、 LED 照明、物联网和最新园艺栽培等先进技术为一体的智慧农业设施。PV-LED 智能温室既是一座小型光伏发电站，又是一座高效的农业设施，通过物联网技术实现温室的技术数据远程传输和智能化控制与管理。它不仅节约土地资源，而且可以节约投资，可利用互联网实现智能管理，是现代农业设施发展的重要方向之一。功能与特色：* 采用植物特征光谱 LED 光源照明的多功能育苗床（专利号： ZL201410651140.5） ，给植图 1 南平光电农业基地 PV-LED 智能温室物照明或补光；* 采用“集成视觉感知植物特征光谱的物联网技术”实现光谱和光强的远程调控；* 实现温室的温湿度远程调控；* 实现温室的气体成分的远程测控；* 实现 PV-LED温室视频信息数据的远程传输和智能控制及管理。*实现营养液配比、流速等因素的远程调控。植物特征光谱 LED 光源照明的多功能育苗床能够实现按所种植对象的植物特征光谱的发光，使植物按其生长最佳状态获得所需的光谱照明，从而达到节能减排、降低成本提高效益的目的。该产品通过物联网技术实现温湿度、多种光谱及其强度、照射周期智能远程控制，可广泛应用于农业生产，特别适合于 PV-LED 智能温室的集约化育苗。1.1 PV-LED 智能温室育苗中的应用南平市光电农业示范园即将投入使用的 PV-LED 智能温室，设计为 8 层的育苗床，相当于 8 座同等规模的温室，提高了土地的利用率，节约了投资成本，为集约化育苗提供了保证。PV-LED 智能温室创造了良好的工作环境，为年轻人提供理想的就业岗位，由于实现了图 3 植物特征光谱发明专利证书图 2 LED 植物特征光谱育苗床智能化管理，降低人力成本，提高产品的品质，从而 提高了经济效益 。1.2 PV-LED 智能温室可用于食用菌生产根据食用菌生产的需要设计 PV-LED 智能温室，按食用菌需要的特征光谱照明，不仅可提高产量和品质，而且可以节约能源，减少二氧化碳排放，提高经济效益，成为环境友好型的工厂化生态农业。1.3 PV-LED 智能温室可在都市农业利用屋顶建设 PV-LED 智能温室加上储水的设施形成 光伏生态屋顶 ，这是都市农业的重要基础，可以就近为市民提供最新鲜、无任何污染的蔬菜， 可为市民提供一个休闲娱乐和科普教育的场所（如天空农场） 。还可以成为海绵城市建设的一部分。1.4 PV-LED 智能温室与节能减排PV-LED 智能温室采用了光伏发电技术是清洁可再生能源，同时使用了目前发光效率最高 LED光源，能够为节能减排做出更大的贡献。2 植物工厂植物工厂建设在洁净室里采用人工光源（目前主要采用 LED 光源）取代自然光源，并实现自动化大规模立体栽培食用植物（如蔬菜）的工厂。它改变了传统农业的生产方式为主，克服了由于严重的水污染和土壤污染， 特别是蔬菜的农药残留问题严重威胁人民的健康的难题， 也解决了随着人口的不断增长和土地不断减少， 城市的蔬菜供应也因城市的扩张，运输距离拉长，损耗加大，成本上升，新鲜度降低，价格受天气的影响会产生巨大的波动等问题，代表了都市农业的发展方向。植物工厂的规模化运营，牵涉到十几个专业，属知识密集型产业，成为现代农业的发展方向之一。国内外的研究都处于起步阶段，需要进行大量的应用研究。由于采用人工光源耗电占植物工厂产品成本的比重较大。由于各种植物对光的需求不一图 5 2016 年 6.18 展示的 PV-LED 智能温室样，即各种植物都有自己需要的光谱，而且各个阶段的光谱、光强和光周期也不同，这就是植物的特征光谱。研究植物的特征光谱，对于植物工厂而言至关重要，成为提高经济效益和植物品质的关键。植物工厂的生产条件进行建设就能够作为植物工厂使用，而且增加的光伏发电的功能，从而提高了企业的经济效益。3、闽江学院电子系发展农业光电子工程的优势从 PV-LED 智能温室的特点 （以植物特征光谱发明专利为核心，集光伏发电、 LED 照明、物联网和最新园艺栽培等先进技术为一体的智慧农业设施） ， 可以看出， 农业光电子工程涉及的植物特征光谱、光伏发电、 LED 照明和物联网技术都与电子系的学科直接相关，可以作为电子系今后的发展方向。3.1 我系现有的专业和师资队伍3.2 我系现有的实验室及设备3.3 拟建设的实验室3.3.1 建设激光植物特征光谱测试实验室建设一流的激光植物特征光谱测试实验室， 成为我系实验室建设的重点之一， 以掌握农业光电子工程的关键技术，一方面可以发表高水平的学术论文，另一方面可以为现代设施农业提供技术支撑。形成我校应用型大学的重点之一。3.3.2 建设植物工厂实验室3. 3.3 建设 PV-LED 智能温室实验室3.3.4 建设物联网应用实验室4、建议：成立校级的研究院，即“海峡农业光电子工程研究院”5、近期的工作：5.1 2017 年 5 月至 2017 年 12 月（ 1）建设激光植物特征光谱实验室； （ 2）建设 300~500平方米的植物工厂； （ 3）申报福建省发改委产业技术联合创新专项 “按植物特征光谱发光的 LED集成芯片” ； （ 4）进行 3 个蔬菜品种的植物特征光谱的实验研究； （ 5）申报省级“农业光电子工程”中心，并进行建设。5.2 2018 年 1 月至 2018 年 12 月（ 1） 进行 PV-LED智能温室能源效率研究； （ 2） PV-LED智能温室的物联网技术开发； （ 3）3 种珍贵重要材的植物特征光谱研究； （ 4）植物特征光谱数据化软件开发； （ 5）建设省级“农业光电子工程”中心，并取得初步成果。5.3 2019 年 1 月至 2019 年 12 月（ 1）申报国家发改委项目“ PV-LED 智能温室的推广应用” ； （ 2）建立植物特征光谱数据库； （ 3）开发基于植物特征光谱 LED集成芯片育苗床以及其他应用系统； （ 4）研究植物特征光谱的机理； （ 5）建成省级“农业光电子工程”中心，并通过验收。6、发展目标（ 1）建立一流的激光植物特征光谱测试实验室； （ 2）建设具有农业光电子工程特色的高水平的师资队伍及学科体系； （ 3） 建设以植物特征光谱测试为特色的光谱检测国家重点实验室；（ 4）建设有 100 种以上的植物特征光谱数据库； （ 5）出一批高水平的学术论文和推广具有实用价值的高水平研究成果，形成农业光电子工程的独特优势。2011 年刘银春教授首先提出了农业光电子工程的概念，并在福建农林大学付诸实施。