郝冬純 北京華風天際氣象服務有限公司

一、背景

溫室、大田智能控制系統(tǒng)，因為21世紀互聯(lián)網(wǎng)和傳感器的快速發(fā)展和普及而逐漸應用到蔬菜大棚上。通過實時監(jiān)測棚內(nèi)的溫度、含濕量、光照強度、二氧化碳含量、土壤的溫度和含濕量等指標，并實時傳遞給計算機系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過分析和推理，發(fā)出指令指揮棚內(nèi)的自動系統(tǒng)進行施肥、升溫、加水等正確操作，保持棚內(nèi)環(huán)境，保證系統(tǒng)正常運行，使植物在最適宜情況下生長。智能控制系統(tǒng)將信息技術與計算機結合起來，在農(nóng)業(yè)上加以應用，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展的變革，也是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的具體方向。

國內(nèi)現(xiàn)階段的溫室、大田控制系統(tǒng)界面和操作普遍較為簡陋，對狀態(tài)數(shù)據(jù)和設備控制過程的展示較為抽象，首先，應用到展覽和科普中，對展覽的參觀者、接受科普的學生缺乏吸引力；其次，應用到實際溫室控制中，對操作者要求較高，不利于初學者或計算機操作不熟練的農(nóng)民掌握。一方面，將三維的溫室映射為二維，需要較強的空間想象能力；另一方面，狀態(tài)和操作均不夠直觀，狀態(tài)常通過數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)與溫室示意圖分離，用戶的操作也通過按鈕執(zhí)行，與實際溫室中的自然交互方式不符。用戶很難建立對溫室狀態(tài)的直觀感受的同時，不自然的交互也不利于用戶實施精確控制。我國的智能溫室控制系統(tǒng)多年停留在簡單的數(shù)據(jù)展示和遠程簡單控制階段，已成為了阻礙智能溫室精細化控制和大規(guī)模推廣的主要問題之一。

二、系統(tǒng)簡介

為了破解上述難題，我們采用虛擬現(xiàn)實（VR）技術，研發(fā)基于虛擬現(xiàn)實的智能溫室、大田控制系統(tǒng)，在虛擬現(xiàn)實中實現(xiàn)對溫室、大田身臨其境的沉浸式漫游和遠程控制。其特色是，VR溫室、大田和真實溫室、大田1：1建設，用戶戴上VR眼鏡，好像身處真實的溫室、大田環(huán)境，通過走動，可以實現(xiàn)、大田對溫室身臨其境的漫游。且通過中間件實時連接真實溫室、大田設施，真實溫室、大田的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)直觀的漂浮在設備之上；用戶操控VR手柄，可以控制真實溫室的風機、頂棚、噴霧、濕簾等設備的同步開關。該系統(tǒng)需要具備如下功能：

（1）溫室、大田整體環(huán)境漫游：戴上VR設備，用戶即感覺身處真實的溫室，各類設施的形態(tài)和位置與真實溫室一模一樣，在遠程即實現(xiàn)了對溫室的走動漫游參觀。

（2）溫室、大田狀態(tài)直觀獲?。赫鎸崪厥业臓顟B(tài)可以在VR場景溫室實時展示。傳感器數(shù)據(jù)將采用漂浮的方式漂浮于VR傳感器上方，設備狀態(tài)如卷簾、風機等，將與真實溫室的相同設備聯(lián)動，真實設備正在作業(yè)，VR溫室同步作業(yè)，溫室狀態(tài)達到完全同步真實反應。數(shù)據(jù)通過中間層交互。

（3）溫室、大田設備遠程實景式操控：VR溫室能夠實現(xiàn)對遠程真實溫室的操控和操控效果的及時反饋。在VR溫室中，通過手柄激光指向操控設施，遠程真實溫室設施也同步運轉，作業(yè)效果及時反饋到VR溫室，實現(xiàn)效果的同步顯示。

三、作用與意義

首先，本產(chǎn)品將在農(nóng)業(yè)科普領域發(fā)揮價值。我國的農(nóng)業(yè)科普手段長期處于相對單一的狀況。對設施農(nóng)業(yè)的科普一般分為兩種方式，其一是建設實際溫室設施；其二是采用微縮模型+視頻的方式展示。前者投入較大，后者不夠直觀。本產(chǎn)品利用最新穎的VR形式，可以將最現(xiàn)代的最先進的農(nóng)業(yè)設施、智慧農(nóng)業(yè)的理念通過直觀可接觸的形式展現(xiàn)出來，能有效地提高中小學生群體的興趣，得到較好的科普效果。

其次，本產(chǎn)品是一種良好的智慧農(nóng)業(yè)展示方式。各地紛紛興建的高端農(nóng)業(yè)展廳，均大同小異，通過沙盤和大屏幕投影進行展示，展示手段單一，效果不夠直觀。本產(chǎn)品能夠直觀的展現(xiàn)實際溫室的狀態(tài)，并可以支持嘉賓感受實際操作。從單純的“看”到“身臨其境的感受”，是展示效果的質(zhì)的提高。

第三，是新型農(nóng)民培訓的有利工具。對于飛行員、駕駛員培訓，往往通過模擬艙進行，農(nóng)民培訓也應引入此思路。但模擬溫室建設耗費巨大。同時，傳統(tǒng)的智能溫室控制系統(tǒng)，通過傳統(tǒng)組態(tài)工具等構建的界面，不夠直觀，學習成本較高，讓不熟悉計算機的農(nóng)民難以接受。本產(chǎn)品有效地解決了這個問題，以所見即所得的自然交互方式，將有效降低使用者學習成本，能讓農(nóng)民以最接近實際的方式，學習溫室操作。

第四，新型溫室大田控制方式。隨著VR設備的普及及智能溫室設施大規(guī)模應用，本系統(tǒng)也將大規(guī)模普及，在溫室實際控制中發(fā)揮巨大作用。