一、方案介绍

随着城市空间的集约化发展与农业智能化趋势的加速，全智能一体集装箱种植系统应运而生。该系统将种植单元、环境监测、气候调节、水肥一体化、智能照明等功能集成在一个标准化集装箱中，借助4G物联网传输技术，实现远程管理、智能调控和高效生产，是城市农业、应急保障农业及未来工厂农业的重要解决方案。

二、监测目标

本系统旨在实现以下目标：
第一，实时监测集装箱内部的空气温度、湿度、CO₂浓度、光照强度、营养液电导率（EC）和pH值；
第二，监控水箱液位、水泵运行状态及补液系统状态；
第三，实现种植环境的自动调控，包括温湿调节、通风、补光和水肥供应；
第四，支持远程实时数据查看、参数调节和预警响应。

三、需求分析

城市农业、立体种植、科研育种等应用场景对种植环境的控制要求极高，传统大棚无法实现空间节省与高度智能化管理。用户需要一种“即插即用”的智能种植单元，具备模块化集成、远程控制、数据化管理、低能耗运行等特点。本方案可广泛部署于城市楼宇、屋顶平台、荒地或应急场所，满足种植自动化、精准化、全天候运行等需求。

四、监测方法

环境监测通过多点布置的高精度传感器实现，具体包括：空气温湿度传感器、红外CO₂传感器、光照强度传感器、液位传感器、EC/pH复合探头等。所有传感器通过RS485或模拟信号连接至集成采集控制主机，再由4G模块将数据主动上传至云平台。系统后台设定参数阈值，实时对比、联动执行调控任务。

五、应用原理

核心控制逻辑基于物联网数据采集与边缘计算技术。传感器采集环境数据，经由4G无线传输至云平台或边缘服务器。控制系统根据设定规则，联动控制风扇、新风设备、LED补光灯、水泵、施肥机等执行机构，形成智能调控闭环。同时平台端支持数据存储、图表展示、历史回溯与智能预警推送，实现“无人值守、数据驱动”的种植管理模式。

六、功能特点

本系统具有以下主要功能：
一是全参数多维监测，实现温度、湿度、CO₂、光照、EC、pH、水位等全流程感知；
二是智能化调控，支持自动补光、自动通风、自动灌溉及水肥混配；
三是远程可视化管理，通过手机App或网页端随时查看与操作；
四是智能预警，异常时可发送短信、微信或邮件通知；
五是模块化设计，运输方便，现场即装即用；
六是断电自动保护，防止作物损失。

七、硬件清单

系统包含以下核心硬件模块：
高精度温湿度传感器、红外CO₂传感器、光照传感器、EC/pH水质传感器、液位监测模块、4G无线采集主机、智能控制器、多通道继电模块、LED植物补光灯、循环风机、排气风机、新风换气系统、水泵、储液桶、水肥混配设备、电磁阀、电源系统、远程运维终端等。

八、硬件参数（量程、精度）

温湿度传感器支持-40℃至+125℃、0至100%RH，精度为±0.2℃和±2%RH。CO₂传感器量程为0至5000ppm，精度为±3%。光照强度传感器量程达0至100000 Lux，精度为±5%。EC探头量程为0至20mS/cm，精度为±2%。pH探头范围为0至14，精度为±0.1。液位传感器为非接触式或浮球式，具备断水预警功能。所有设备满足工业级防护标准，适用于高湿、高温环境。

九、方案实现

首先在标准集装箱内布置作物种植架，安装LED植物灯与风机。随后在关键位置布设温湿度、CO₂等环境传感器与营养液传感器。通过布线连接到智能采集主机与控制系统，再由继电器模块控制各类执行设备。设置好系统参数与自动控制逻辑后，通电即可投入运行。通过4G模块实现数据远程上传至云平台，实现远程监控、操作与告警管理。

十、数据分析

平台可自动生成数据报表，记录种植期间各类环境因子变化曲线。用户可查看小时、天、周、月级别的趋势图，分析光照与CO₂浓度对作物生长的影响。同时系统支持对用电量、水耗量、灌溉频次等数据进行统计分析，帮助优化种植方案与降低能耗成本。

十一、预警决策

系统具备温湿度、CO₂、光照、EC、pH等多维度的报警机制。预警分为轻度、中度、重度三级响应级别，当任一参数越限时，系统立即执行保护措施，例如强制通风、增加补水、关闭补光等。同时，系统将通过短信、微信等方式通知管理人员，确保作物环境在可控范围内。

十二、方案优点

该方案具有高度集成化、智能化与自动化的优势。通过标准集装箱形态，可快速部署，灵活移动。4G联网模式不依赖有线网络，便于边远或复杂地区使用。系统无需人工干预即可实现自动调控，极大地提升种植效率与稳定性。此外，所有设备具备工业级防护，运行稳定，维护简便，极具推广价值。

十三、应用领域

本方案可广泛应用于城市立体农业、屋顶农业、科研育种实验、校园农业实验、食品工厂绿化单元、军事或灾后应急蔬菜供应等场景。尤其适合对环境控制精度要求高、空间资源紧张、管理成本敏感的农业单位或园区。

十四、效益分析

通过该系统的实施，作物生长周期可缩短约10%至20%，产量提高15%至30%。节省人工巡检与管理成本超过50%，灌溉与照明能耗降低30%以上。系统稳定性高，可长期连续运行，减少作物病害与环境波动带来的损失。整体投资回收周期在18至24个月之间，经济效益与社会效益显著。

十五、国标规范

系统设计与实施参照以下国家标准执行：
《GB/T 20478-2006 温室气候参数监测系统技术要求》
《GB/T 22484-2008 环境监测仪器通用技术条件》
《GB/T 22239-2019 信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》
《GB/T 36456-2018 智慧农业通用技术规范》
《GB 50054-2011 低压配电设计规范》

十六、参考文献

十七、案例分享

2023年，江苏某科技农业企业部署了6台全智能集装箱种植系统，分别种植生菜、紫甘蓝和薄荷等叶菜类作物。系统启用后，通过远程控制平台统一管理，环境波动大幅减少，作物生长一致性明显提升。客户反映生产周期缩短约18%，人工投入减少一半，最终年产值较原系统提升了近40%。此案例被评为城市农业示范工程优秀项目，并被多家科研单位作为教学实训平台引入。