《水稻立體育秧智慧工廠智能環(huán)境控制技術規(guī)范》

ICS65.020.30

B43DBXX

備案號：

黑龍江省地方標準

DBXX/TXXXX—2024

水稻立體育秧智慧工廠智能環(huán)境控

制技術規(guī)范

（征求意見稿）

主要起草單位：東北農業(yè)大學

聯(lián)系人：蘇中濱

聯(lián)系電話/p>

聯(lián)系郵箱：suzb001@163.com

2024-XX-XX發(fā)布2024-XX-XX實施

黑龍江省市場監(jiān)督管理局發(fā)布

DB24/TXXXX—XXXX

水稻立體育秧智慧工廠智能環(huán)境控制技術規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了水稻立體式育秧智慧植物工廠智能環(huán)境控制的術語和定義、智能環(huán)境監(jiān)測

指標、環(huán)境智能控制系統(tǒng)及運行維護等技術規(guī)范要求。

本文件適用于水稻立體式育秧智慧植物工廠的智能環(huán)境控制技術系統(tǒng)建設。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改單）適用于本文件。

NY/T1534-2007水稻工廠化育秧技術要求

NY/T1635-2008水稻工廠化（標準化）育秧設備試驗方法

JB/T10288－2013連棟溫室技術條件

NY/T1451－2007溫室通風設計規(guī)范

NY/T2133-2012溫室濕簾-風機降溫系統(tǒng)設計規(guī)范

NY/T2132-2012溫室灌溉系統(tǒng)設計規(guī)范

JB/T10297－2014溫室加熱系統(tǒng)設計規(guī)范

JB/T10296－2013溫室電氣布線設計規(guī)范

JB/T10306－2013溫室控制系統(tǒng)設計規(guī)范

QX-T98-2008早稻播種育秧期低溫陰雨等級

GB/T18209.2機械電氣安全指示、標志和操作第2部分：標志要求

GB/T33905.1~5智能傳感器

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1理論模型和標準化體系

理論模型和標準化體系是指用于解釋現(xiàn)象、指導實踐的抽象框架及其規(guī)范化的操作和評

估標準集合。

3.2水稻立體式育秧技術

立體式育秧技術是一種在環(huán)境可控溫室內利用輕量化、少動力、高空間利用率的垂直循

環(huán)結構，為秧苗提供穩(wěn)定、高效培育環(huán)境的農業(yè)工程技術。

3.3水稻立體式育秧智慧植物工廠

水稻立體式育秧智慧植物工廠采用玻璃溫室或超級大棚，結合立體式育秧臺架，通過智

能調控工廠內部溫度、濕度、光照和風速等環(huán)境因子，為水稻秧苗創(chuàng)造最佳生長環(huán)境。該類

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植物工廠顯著提高了空間利用率，并可應用于水培牧草和葉菜工廠化生產。

3.4環(huán)境智能控制系統(tǒng)

環(huán)境智能控制系統(tǒng)是由環(huán)境傳感器、環(huán)境調控設備、網(wǎng)絡設備、監(jiān)測設備、控制器、遠

程控制終端及通訊線路組成的系統(tǒng)，可實現(xiàn)立體式育秧空間的環(huán)境數(shù)據(jù)采集及設備調控，為

水稻秧苗提供適宜生長環(huán)境。

3.5水稻秧苗生長模型

3.6秧苗生長監(jiān)測與智能診斷技術

利用機器視覺等技術進行水稻秧苗生長狀態(tài)（葉齡、株高、莖基寬、顏色等）的無人化

監(jiān)測，并結合人工智能技術和水稻秧苗生長模型，判別秧苗生長質量，作為秧苗生長環(huán)境智

能監(jiān)測與調控的依據(jù)。

3.7水稻秧苗生長調控模型

應用秧苗生長監(jiān)測與智能診斷技術，依據(jù)秧苗生長質量判別結果，針對育秧過程中所診

斷出的生長問題，水稻秧苗生長調控模型利用人工智能技術對秧苗生長環(huán)境進行智能調控，

確保秧苗全生育期內生長環(huán)境適宜。

3.8多角度立體空間監(jiān)測裝備

多角度立體空間監(jiān)測裝備是一種能夠從多個角度對三維空間進行全面監(jiān)控和分析，可上

傳數(shù)據(jù)并結合機器視覺技術返回監(jiān)測、診斷結果的設備。

4水稻立體式育秧智慧工廠環(huán)境監(jiān)測

4.1環(huán)境參數(shù)監(jiān)測種類

水稻立體式育秧智慧工廠需要監(jiān)測的環(huán)境因素包括：溫濕度、光照、風速、CO2濃度、

O2濃度。具體監(jiān)測指標如下。

4.1.1溫濕度

溫度：監(jiān)測空氣溫度（單位為°C），一般水稻苗期生長的適宜溫度范圍在20°C到30°C之

間。一般來說，水稻苗期能耐受的最低溫度原則上不低于15℃，不高于35°C。

濕度：監(jiān)測空氣相對濕度（單位為%），一般水稻苗期生長的適宜相對濕度范圍在70%

到80%之間，以避免病害和促進健康生長。一般來說，水稻能耐受的最低相對濕度原則上不

低于60%，不高于85%。

4.1.2光照

監(jiān)測指標包括光照強度（光量子流密度，單位為μmol/m2/s）和光照周期（即24小時內的

有效光照總時間量），以確保光合作用進行所需的光合光量子通量密度。

4.1.3風速

監(jiān)測空氣流動速度（單位為m/s）和方向，確?？諝庠诹Ⅲw式育秧空間內均勻流通，避

免局部高濕度和病害發(fā)生，同時促進氣體交換。

4.1.4CO2濃度

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監(jiān)測二氧化碳濃度（單位為ppm，即每百萬分量），以優(yōu)化光合作用效率，通常控制在

300ppm到1000ppm之間，具體值依據(jù)生長階段調整。

4.1.5O2濃度

監(jiān)測氧氣濃度（單位為百分比%Vol或毫升每升ml/L，即體積百分比），氧氣濃度對水稻

的干物質積累有直接影響。適宜的氧氣濃度能夠促進根系呼吸作用，有助于植物更有效地吸

收水分和養(yǎng)分，從而促進干物質的合成和積累。一般而言，O2濃度應控制在19%Vol至

22%Vol之間，以保證良好的植物生長條件。

4.2環(huán)境傳感器

4.2.1基本要求

應選用低功耗、數(shù)據(jù)傳輸效率高、響應速度快、密封級別高、耐腐蝕等使用壽命

長的環(huán)境傳感器，一般使用壽命不低于2年。

傳感器的響應速度、數(shù)據(jù)傳輸效率等應符合GB/T33905.1~5智能傳感器的規(guī)

定。

根據(jù)植物工廠空間大小和網(wǎng)絡條件，應選用模擬量型、串口型有線傳感器，或

Wi-Fi、4G、GPRS、ZigBee、藍牙等無線傳感器。

應對傳感器做防潮、防銹、防凍等保護措施，應做固定安裝處理。

4.2.2傳感器參數(shù)

水稻立體式育秧智慧工廠配備的環(huán)境傳感器參數(shù)應符合表1的規(guī)定。

表1環(huán)境傳感器參數(shù)

傳感器類型監(jiān)測參數(shù)測量范圍靈敏度精度傳輸方式工作環(huán)境

溫度傳感器溫度(-40~＋60)℃0.1℃±0.5℃有線/無線

濕度傳感器濕度(0~100)%RH1%RH±3%RH有線/無線

光照度傳感器光照度(0~200000)Lx1%Lx±4%Lx有線/無線

光合光量溫度-40℃~

光合有效輻射1μmol/

子通量密(0~2500)μmol/m2/s±5%μmol/m2/s有線/無線＋60℃，濕

傳感器m2/s

度度

風速傳感器風速(0~5)m/s0.1m/s±(0.2+2%FS)m/s有線/無線0%~90%，

CO2傳感器CO2(0~10000)ppm1ppm±5ppm有線/無線抗低溫，耐

O2傳感器O2(0~30)%Vol0.1%Vol±2%Vol有線/無線腐蝕，抗粉

株高：2塵，抗潮濕

株高：±2mm

株高、莖株高：(0~20)cmmm

視覺傳感器莖基寬：±0.1有線

基寬莖基寬：(0~3)mm莖基寬：

mm

1mm

4.3傳感器布設位置

水稻立體式育秧智慧工廠環(huán)境監(jiān)測點布設應考慮多個因素，根據(jù)工廠的整體設計、空間

布局、環(huán)境控制的需求和傳感器的監(jiān)測范圍而定，每個傳感器的有效監(jiān)測范圍不同。

4.3.1溫濕度傳感器位置布置要求

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在水稻立體式育秧大棚中，溫濕度傳感器應均勻分布，避免直射陽光和干擾源，如通風

口與加濕器，確保準確監(jiān)測。最高點（距棚頂50cm處）、最低點（距地面50cm處）、中間

點（棚高二分之一處），分別安裝傳感器。這樣的布置確保了從底層到頂層，大棚內的每一

層秧苗都能處于最佳的溫濕度條件中，促進其健康成長并減少病害風險。定期調整傳感器位

置，以適應植物生長和環(huán)境變化，確保數(shù)據(jù)的準確性和代表性。

4.3.2光照度傳感器位置布置要求

在水稻立體式育秧大棚中，光照傳感器應均勻分布，以確保精準監(jiān)控各層光照條件。光

照傳感器應避免直接對準光源或被植物遮擋，最上、中間、最下這三個位置在光照分布上存

在顯著差異，如果是固定監(jiān)測點，可選擇這三層作為監(jiān)測層；也可使用可移動的光照度傳感

器，根據(jù)植物生長階段和光照需求，定期調整傳感器的位置，從而覆蓋更多的層次，以準確

捕獲更全面的光照數(shù)據(jù)。

4.3.3風速傳感器位置及布置要求

風速監(jiān)測點避開可能干擾空氣流動的設備附近，如大型機械、加熱器等；在主要的空氣

進出口或通風道附近安裝風速傳感器，以監(jiān)測通風系統(tǒng)的實際運作效率和空氣流動情況；在

植物較為密集或高度較高的區(qū)域設置傳感器，因為這些區(qū)域的空氣流通可能不佳，更容易積

累濕度和促進病害；根據(jù)季節(jié)變化和植物生長階段的需要，定期調整風速傳感器的位置和數(shù)

量，例如，在高溫多濕的季節(jié)或生長階段，增加監(jiān)測點以優(yōu)化通風和降低濕度。

4.3.4CO2濃度傳感器位置及布置要求

在不同的垂直層次上選擇關鍵位置進行CO2濃度監(jiān)測，比如頂層、中層和底層，以反映

不同高度上CO2濃度的分布情況；考慮到CO2是比空氣重的氣體，在沒有強制通風的情況下，

CO2濃度可能在底部更高，因此，底層是一個重要的監(jiān)測點；在通風系統(tǒng)的入口和出口處設

置傳感器，監(jiān)測進出空氣的CO2濃度，有助于評估通風效率和確定是否需要調整通風量或CO2

的補充量；植物進行光合作用最活躍的區(qū)域在植物冠層，因此在植物冠層附近布置傳感器。

定期調整傳感器位置，以適應植物生長和環(huán)境變化，確保數(shù)據(jù)的準確性和代表性。

4.3.5O2濃度傳感器位置及布置要求

O2濃度監(jiān)測點距門窗、通風口等不少于2m，遠離環(huán)境調控設備、水管等。傳感器的布置

應考慮到植物生長空間的均勻覆蓋，在不同的垂直層次上選擇關鍵位置進行O2濃度監(jiān)測，比

如頂層、中層和底層，以反映不同高度上O2濃度的分布情況；傳感器應安裝在距離植物頂部

0.5m的高度，避免直接接觸植物以防干擾測量。

4.3.6視覺傳感器位置及布置要求

用于秧苗生長監(jiān)測的視覺傳感器應支持360°旋轉，可自動調焦及變焦控制并采集多機位、

多角度秧盤圖像，覆蓋植物工廠內主要生產區(qū)域。俯視機位的視覺傳感器每像素點的成像精

度應不低于2mm，并至少覆蓋單秧盤；與秧盤等高機位的成像精度應不低于0.1mm。

用于水稻立體育秧智慧工廠監(jiān)控的視覺傳感器應布設于工廠入、出口，及關鍵設備區(qū)。

避免將視覺傳感器直接對準光源，支持遠程監(jiān)控的1080P/3MP的有線或無線攝像頭。

5水稻立體式育秧智慧工廠環(huán)境智能控制

5.1控制系統(tǒng)功能及布置要求

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5.1.1每間育秧室應配置1套環(huán)境智能控制系統(tǒng)。

5.1.2智能調控設備應能根據(jù)預先設定的環(huán)境標準參數(shù)運行。

5.1.3應具備遠程移動終端APP或PC端網(wǎng)站等控制終端以及現(xiàn)場觸摸屏。

5.1.4應具備環(huán)境數(shù)據(jù)存儲及下載功能。

5.1.5控制系統(tǒng)的操作安全應符合GB18209.2的規(guī)定。

5.2水稻立體式育秧智慧工廠環(huán)境控制方式

5.2.1環(huán)境控制系統(tǒng)應實現(xiàn)通風降溫、濕簾降溫、霧化降溫、遮陰簾降溫、熱泵供熱等設

備的聯(lián)動調控。根據(jù)秧苗關鍵生長期，可根據(jù)空氣溫、濕度、光照、通風等上下限閾值實

現(xiàn)多目標協(xié)同控制策略，每個關鍵生長期24小時溫度梯度可控。

5.2.2光照控制方式為頂部遮陰幕布及人工補光方式控制，應具備補光周期、補光光譜、

補光強度可調功能。補光周期24小時可調，保證每日補光時長，控制精度±1分鐘；補光

光譜為紅光、藍光、遠紅外等波段可控；補光強度控制精度±1μmol/m2/s，各波段及補光

光合有效輻射值可控。

5.2.3通風控制方式為自然通風和機械通風兩種方式。自然通風通常在日間室外氣溫高于

溫度下限閾值時，手動控制通風執(zhí)行設備；機械通風在門窗閉合情況下，開啟風機等通風

系統(tǒng)，根據(jù)目標風量、風速、通風時間，自動控制機械設備，實現(xiàn)智能通風調控。包括設

備開啟和關停，換氣率應不低于1次/分鐘，水平及垂直溫度梯度應小于3℃。

5.2.4CO2控制方式為手動控制和自動控制方式。手動控制相關執(zhí)行設備，可調節(jié)生長氣

肥環(huán)境即可；自動控制包括控釋器和補氣設備，控釋器采樣頻率應不低于6次/分鐘，設置

各關鍵生長期的控制周期和上下限閾值，控釋器結合通風系統(tǒng)進行通風，根據(jù)閾值結合補

氣設備調節(jié)氣肥環(huán)境。

5.3水稻立體式育秧智慧工廠環(huán)境控制參數(shù)

水稻立體式育秧智慧工廠環(huán)境調控參數(shù)的設置按照NY/T1534-2007《水稻工廠化育秧

技術要求》的規(guī)定執(zhí)行，各項環(huán)境參數(shù)采集間隔應不大于10min。

5.4環(huán)境控制器

5.4.1基本要求

環(huán)境控制器應具備實時采集環(huán)境數(shù)據(jù)、處理及上傳數(shù)據(jù)、以及支持設置環(huán)境參

數(shù)、支持自動或手動控制環(huán)境調控設備的啟停，實現(xiàn)溫濕度和氣體濃度自動調控的功能。

應選用抗低溫、防潮、耐腐蝕的環(huán)境控制器。

環(huán)境控制器應安裝在便于操作的位置，應由操作人員控制管理，建議安裝在單獨

的控制間內。

5.4.2控制器參數(shù)

水稻立體式育秧智慧工廠環(huán)境控制器參數(shù)應符合表2的規(guī)定。

表2環(huán)境控制器參數(shù)

參數(shù)單位說明

工作溫度℃-40℃~+40℃

數(shù)據(jù)接口-支持有線或無線

可支持傳感器-光照、溫度、濕度、二氧化碳等

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可支持設備-風機、濕簾、除濕機、加熱器、保溫燈等

輸入接口數(shù)量通道≥12（模擬量型）

輸出接口數(shù)量通道≥6

風機變速控制-支持

溫控或時控-支持

數(shù)據(jù)顯示精度-符合表1需求即可

5.5環(huán)境調控設備

5.5.1設備種類

溫度控制設備

通過熱風管道均勻出風加熱，使秧苗受熱均勻，解決根部受凍問題，同時避免造成溫室

內部局部區(qū)域溫度過高，影響秧苗整體長勢。包括加熱器，如熱風爐、水暖系統(tǒng)；保溫設備，

如電加熱器、熱泵、地熱加熱系統(tǒng)、保溫燈、保溫材料；風扇、水簾冷卻系統(tǒng)、空調單元等。

濕度控制設備

通過側面噴施水霧解決盤邊干枯問題同時增加環(huán)境濕度及減少澆水過程，使根系發(fā)育良

好。包括灌溉系統(tǒng)、噴淋設備等。

光照控制設備

育秧臺架頂部或底部設計補光燈，可調節(jié)光譜和強度；同時配套遮陽網(wǎng)或遮光系統(tǒng)。

通風設備

育秧工廠的兩端對向安裝風機，實現(xiàn)整體通風。包括風機，支持變速控制；自然通風系

統(tǒng)；機械通風設備，如通風扇。

CO2調節(jié)設備

包括CO2生成器或調節(jié)器；CO2濃度監(jiān)測器。

5.5.2設備選型

溫度控制設備

加熱器：參考GB/T50019-2015《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》等標準選擇。

保溫設備：根據(jù)GB/T4272-92《設備及管道保溫技術通則》等標準選擇。

降溫設備：根據(jù)JB/T10294-2013《濕簾降溫裝置》等標準選擇

濕度控制設備

灌溉設備：參考GB/T19797-2012《農業(yè)灌溉設備中心支軸式和平移式噴灌機水量分

布均勻度的測定》等相關標準。

光照控制設備

補光燈：根據(jù)GBT30117.3-2019《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》、NY/T3657-2020《溫

室植物補光燈質量評價技術規(guī)范》等標準選擇。

通風設備

風機和通風系統(tǒng)：參考GB/T50019-2015《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》等

相關標準。

環(huán)境監(jiān)測設備

溫度、濕度、風速傳感器：符合GB/T50019-2015《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計

規(guī)范》、GB/T18883-2022《室內空氣質量標準》、GB/T33905.1~5《智能傳感器》等相關標

準。

5.6通信技術

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5.6.1網(wǎng)絡設備

工廠應配置路由器、交換機、無線接入點（AP）、網(wǎng)絡安全設備、服務器、備份和存儲

設備等網(wǎng)絡設備。

5.6.2通信方式

水稻立體式育秧工廠中使用的各種通信方式，及其主要特點和適用場景如表3所示。

表3水稻立體式育秧工廠通信方式

通信方式傳輸介質特點適用場景

RS-485/RS-232有線長距離、低速、串行通信連接大量分布式傳感器和設備

CAN總線有線多設備共享通信路徑自動化控制系統(tǒng)

不方便布線的區(qū)域或設備移動性較大

Wi-Fi無線便捷的無線接入點

的場景

藍牙（Bluetooth）無線短距離通信連接移動設備或局部控制設備

ZigBee無線低功耗，適合傳感器網(wǎng)絡支持大量設備的低速數(shù)據(jù)傳輸

LoRa無線長距離通信連接遠程傳感器和設備

NB-IoT無線低功耗廣域網(wǎng)通信技術需要長距離、低帶寬通信的應用場景

5.6.3數(shù)據(jù)存儲方式

根據(jù)工廠規(guī)模、立體式育秧臺架數(shù)量以及不同季節(jié)條件，傳感器5min或10min向平臺

上傳一次數(shù)據(jù)為宜。傳感器采集到的數(shù)據(jù)應支持存儲在數(shù)據(jù)庫中，同時支持在移動終端APP

或PC端下載數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可存儲時間應大于1個月。常見的數(shù)據(jù)存儲方式如表4所示。

表4水稻立體式育秧工廠數(shù)據(jù)存儲方式

存儲方式特點適用場景

對數(shù)據(jù)訪問速度有高要