AbstraitL'automatisation de l'agriculture moderne sous serre repose principalement sur le système d'exploitation et de maintenance. Ce système, directement lié à l'efficacité globale de l'exploitation, représente également une étape essentielle de la modernisation de l'agriculture sous serre et présente un intérêt majeur pour sa diffusion et son développement. Cet article présente l'application d'un système intelligent d'exploitation et de maintenance dans une base agricole sous serre de Qingdao, analyse son efficacité et évalue son potentiel de diffusion. L'objectif est de fournir des informations utiles aux praticiens et d'approfondir l'étude des systèmes connexes, contribuant ainsi à l'amélioration du niveau technique et intelligent de l'agriculture sous serre.

Mots clésSystème intelligent d'exploitation et de maintenance ; agriculture de production ; application

Avec le développement rapide de la Chine, les méthodes de production agricole traditionnelles ne permettent plus de satisfaire la demande sociétale en produits agricoles, tant en qualité qu'en quantité. L'agriculture moderne sous serre, caractérisée par des rendements élevés, une grande efficacité et une qualité supérieure, a connu un essor fulgurant ces dernières années, offrant un immense potentiel de marché. Toutefois, comparée aux pays et régions agricoles développés, la Chine accuse encore un retard technologique important en matière d'agriculture sous serre, notamment dans l'application de systèmes intelligents d'exploitation et de maintenance basés sur l'Internet des objets (IoT), tels que les capteurs agricoles et les plateformes de contrôle centralisées pour les machines. La numérisation de ces systèmes nécessite des améliorations urgentes.

1. Système intelligent d'exploitation et de maintenance pour l'agriculture

1.1 Définition du système

Le système intelligent d'exploitation et de maintenance agricole est une technologie émergente qui intègre étroitement l'Internet des objets (IoT), la gestion intelligente et divers processus agricoles tels que la plantation, le stockage, la transformation, le transport, la traçabilité et la consommation. Grâce à l'intégration du système et du matériel, ce système utilise les technologies clés de l'IoT, comme la détection, la transmission, le traitement des données et les technologies communes, pour résoudre de manière globale les problèmes multi-interactifs tels que l'identification individuelle des exploitations agricoles, la connaissance de la situation, la mise en réseau d'équipements hétérogènes, le traitement de données hétérogènes provenant de sources multiples, l'extraction de connaissances et l'aide à la décision.

1.2 Itinéraire technique

Généralement, la structure d'un système de gestion agricole se compose principalement de trois éléments : perception, réseau et plateforme. Sur cette base, les entreprises peuvent ajouter des couches logiques supplémentaires en fonction des types d'exploitation et de leurs besoins. L'architecture du système intelligent d'exploitation et de maintenance agricole est illustrée à la figure 1.

Afin de répondre aux besoins d'exploitation et de maintenance intelligentes des installations agricoles, des capteurs tels que des capteurs de température et d'humidité, de dioxyde de carbone, d'éclairage, de courant, de débit d'eau, de débit de dioxyde de carbone, de débit de gaz naturel, de pression pondérale, de conductivité électrique et de pH peuvent être personnalisés. Les entreprises ayant une forte demande peuvent rechercher et développer des capteurs, et mettre en œuvre le protocole de transmission de données sous-jacent afin de garantir la transmission et la capture stables des données.

1.3 Importance du développement

Le système intelligent d'exploitation et de maintenance utilise des technologies de détection, de transmission et de traitement de l'information intelligentes, via l'Internet des objets agricoles, pour assurer la surveillance en temps réel et le contrôle à distance de toutes les étapes des activités agricoles. Il favorise l'informatisation intelligente de la production, de la gestion et des décisions stratégiques agricoles, et permet d'atteindre une production agricole hautement efficace, intensive, à grande échelle et standardisée. À terme, il assure la connexion verticale de tous les maillons de la production végétale et la connexion horizontale de tous les maillons de la chaîne agro-industrielle. Il contribue à la création d'un écosystème d'économie circulaire intégrant un système de technologies de plantation, une plateforme d'intelligence agricole, la sécurité alimentaire agricole, une plateforme de commerce des produits agricoles, un nouveau système financier pour la chaîne d'approvisionnement agricole, un agritourisme spécifique et des pratiques de culture et d'élevage complémentaires (Figure 2).

 

2.Suivi des informations sur l'intégration de l'eau et des engrais

2.1 Principe du système

Le système effectue une rétroaction négative sur le système d'irrigation et de fertilisation en détectant la teneur en eau, la conductivité électrique (CE), le pH et d'autres paramètres de la matrice de son de noix de coco, ce qui joue un rôle crucial dans le pilotage précis de l'irrigation. En fonction des spécificités des différentes cultures, et grâce à l'analyse des caractéristiques et de la structure de la matrice, un modèle empirique de temporisation de l'irrigation, ainsi qu'un modèle de seuils d'irrigation (haut et bas) pour le réglage de l'humidité de la matrice, sont développés. Le système intégré d'acquisition d'informations sur l'eau et la fertilisation permet de contrôler le modèle d'irrigation, et son optimisation et son itération peuvent être réalisées en continu lors des opérations de production et de maintenance.

2.2 Composition du système

Le système se compose d'un dispositif de collecte de liquide à l'entrée, d'un dispositif de collecte de liquide à la sortie, d'un dispositif de surveillance en temps réel du substrat et d'un module de communication. Le dispositif de collecte de liquide à l'entrée comprend un capteur de pH, un capteur de conductivité électrique (CE), une pompe à eau, un débitmètre et d'autres composants. Le dispositif de collecte de liquide à la sortie comprend un capteur de pression, un capteur de pH, un capteur de CE et d'autres composants. Le dispositif de surveillance en temps réel du substrat comprend un bac de récupération du liquide à la sortie, un filtre de retour de liquide, un capteur de pression, un capteur de pH, un capteur de CE, un capteur de température et d'humidité et d'autres composants. Le module de communication comprend deux modules LoRa, l'un dans la salle de contrôle centrale et l'autre dans la serre (Figure 3). Une connexion filaire relie l'ordinateur au module de communication situé dans la salle de contrôle centrale, une connexion sans fil relie ce module à celui situé dans la serre, et une connexion filaire relie ce dernier au relais, au détecteur de substrat et au détecteur de retour de liquide (Figure 4).

2.3 Effets de l'application

L'effet d'un système d'irrigation combinant eau et fertilisation, piloté par ce système de surveillance, est comparé à celui d'un système d'irrigation classique. Comparé à ce dernier, le système de surveillance réduit la quantité d'eau par plant de tomate de 8,7 % par jour en moyenne, et le volume de solution de retour de 18 %. La conductivité électrique (CE) de la solution de retour reste sensiblement la même, ce qui indique une meilleure absorption des nutriments par les cultures grâce à ce système. L'utilisation de ce système d'irrigation intelligent permet de réduire la quantité d'eau d'irrigation de 29 % et le volume de solution de retour de 53 % en moyenne par rapport à une irrigation programmée classique (figures 5 et 6).

 

3. Système de contrôle environnemental basé sur l'IoT

Face à la nécessité d'un contrôle précis des nœuds spectraux dynamiques à grande échelle dans les usines de production végétale, la technologie de fusion de l'Internet des objets (IoT) est introduite pour résoudre les problèmes d'acquisition de données à grande échelle et hétérogènes, ainsi que le contrôle précis de l'environnement lumineux des plantes. Le système de contrôle intelligent de l'éclairage dans une usine de production végétale utilise des luminaires LED intelligents comme support et adopte la technologie de fusion de données massives WF-IOT pour construire un réseau terminal décentralisé à grande échelle prenant en charge l'acquisition, la transmission et le contrôle des données. Le système peut être librement configuré en fonction des exigences de production, et l'intensité lumineuse des luminaires peut être ajustée en continu et en temps réel selon les différentes conditions d'éclairage et les besoins de croissance des plantes, permettant ainsi un contrôle précis de l'intensité et de la quantité de lumière d'appoint (Figure 7). Grâce au réseau périphérique, la collecte et la transmission dynamiques de données de capteurs telles que l'environnement et l'éclairage sont possibles, ainsi que la surveillance en ligne de la consommation d'énergie, permettant de connaître en temps réel la consommation d'énergie de la lumière d'appoint dans chaque zone de culture.

Le système assure une gestion précise des plantes en collectant les données de contrôle interne et externe de la serre et finalise le développement du « modèle de gestion des plantes ». Grâce à des capteurs de courant, de CO₂, de gaz naturel et d'eau, la collecte des données de surveillance du « système énergétique » est réalisée. L'utilisation de la vision robotisée permet de suivre et d'identifier l'ensemble du processus de croissance des cultures à partir de données relatives à la couleur, au nombre et à la taille des pédoncules des fruits, ainsi qu'à l'état des feuilles et des tiges (Figure 8).

4.Valeur promotionnelle

Ce système intelligent d'exploitation et de maintenance agricole, tirant parti des avantages de l'Internet industriel, permet un investissement unique pour de multiples utilisations. S'appuyant sur le principe de partage de l'Internet industriel, il favorise la mise en place de l'Internet des objets dans l'agriculture sous serre à moindre coût et avec une grande efficacité, améliorant ainsi l'intelligence et l'impact environnemental de cette agriculture. À titre d'exemple, un projet mené à Laixi, dans la province de Qingdao, a permis d'atteindre un taux d'utilisation des engrais supérieur à 90 %, soit trois fois plus qu'en culture traditionnelle en pleine terre. L'absence totale de rejets d'eaux usées durant le processus permet d'économiser 95 % d'eau par rapport à la culture en plein champ et de réduire la pollution des sols par les engrais. Grâce à la détection du CO₂ dans les serres, ce système analyse en détail les facteurs environnementaux tels que la température et la luminosité, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur, et régule l'apport de CO₂ en temps réel. Ceci permet de répondre aux besoins des plantes, d'éviter le gaspillage, de renforcer la photosynthèse, d'accélérer l'accumulation de glucides, d'accroître le rendement par unité de surface et d'améliorer la qualité des légumes. L'ensemble du système de gestion des opérations et de la maintenance a permis le fonctionnement automatique des installations de contrôle de l'environnement de la serre, le fonctionnement automatique et précis des équipements tous temps, réduisant ainsi les coûts énergétiques de 10 % et les coûts d'exploitation manuelle de 60 %. Parallèlement, il peut prendre des mesures de protection telles que la fermeture immédiate des fenêtres en cas d'intempéries comme des vents violents, la pluie et la neige, évitant ainsi efficacement la perte de la serre elle-même et des cultures qu'elle contient face à une averse soudaine.

5.Conclusion

Le développement moderne de l'agriculture sous serre est indissociable des bienfaits des systèmes de gestion agricole intelligents. Seul un système de gestion performant, doté de capacités accrues de perception, d'analyse et de prise de décision, peut permettre de poursuivre la modernisation. Les systèmes de gestion agricole intelligents réduisent considérablement les lacunes de la gestion manuelle et favorisent l'informatisation intelligente de la production, de la gestion et des décisions stratégiques agricoles. Face à l'augmentation des données d'entrée et à l'enrichissement constant des cas d'utilisation, le modèle de données du système doit être mis à jour et amélioré en permanence, intégrant toujours plus de données, afin de gagner en intelligence et d'accroître globalement le niveau d'intelligence de l'agriculture sous serre moderne.

FIN

[informations de citation]

Auteurs originaux : Sha Bifeng, Zhang Zheng, et al. Technologie du génie agricole et horticole en serre, 19 avril 2024, 10h47, Pékin