（二）采用计算机的综合环境管理
1.计算机在设施园艺综合环境管理中的应用
现状将计算机用于环境控制技术开始于20世纪60年代，随着70年代微型计算机的问世，设施环境调控技术得到了迅速发展。1978年日本东京大学的学者首先研制出微型计算机温室综合环境控制系统，该系统包括了传感器，输入、输出接口，机械传动装置，变温管理软件等。80年代中期，用于温室中的计算机，日本已有l 000多台，荷兰5000多台。根据1995年的统计资料，日本用于温室的各类计算机已接近6000台。目前日本、荷兰、以色列、美国等发达国家可以根据温室植物的要求和特点，对温室内光、温、湿、气、肥等诸多因子进行自动调控。美国和荷兰还利用差温管理技术，实现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足市场的需要。
我国在20世纪80年代初期，开始将计算机应用于温室的管理和控制领域。清华大学首先介绍了应用单片机控制人工气候箱的方法和思路，此后中国农业科学院先后报道了Z～80C微机控制温室的软硬件实施方案，以及利用Z～80双板机控制气候箱自然光照的模拟试验。一些单位研究的以节能为目标的温室微机人工气候控制系统，取得了良好的应用效果。在单片机和单板机应用方面，中国农业科学院气象所等单位，研制了TP～801微型单板机人工气候箱控制与管理系统。20世纪90年代初期，又和蔬菜花卉研究所共同研制开发了温室控制与管理系统，并采用Visual Basic开发了基于Windows操作系统的控制软件。90年代中后期，江苏理工大学研制开发了温室软硬件控制系统，能对营养液系统、温度、光照、CO?施肥等进行综合控制，是目前国产化温室计算机控制系统较为典型的研究成果。在此期间，中国科学院石家庄现代化研究所、中国农业大学、中国科学院上海植物生理研究所等单位也都侧重不同领域研究温室设施计算机控制与管理技术。在“九五”国家重大科技攻关项目“工厂化高效农业示范工程”中，加大了计算机应用研究的力度，专门设置了“智能型连栋塑料温室结构及调控设施的优化设计及实施”专题。由此可以看出我国温室计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。
2.计算机在温室设施管理与控制中的应用
现代化温室生产过程是一个十分复杂的系统，除了受到包括生物和环境等众多因子的制约外，也与市场状况和生产决策紧密相关。各个子系统间的运行与协调，环境的控制与管理，依赖人工操作或是传统机械控制，几乎难以完成，只有通过计算机系统才能达到复杂控制和优化管理的目标。在温室生产过程中，通常计算机在以下几方面可发挥巨大作用：①实时监测生物和环境特征；②模拟生物发育过程；③自动利用知识与推理系统进行决策分析；④对环境要素和温室辅助设备的自动控制，如通风与加温等操作；⑤制定环境控制策略：如制定以市场时效为目标的控制方案，以节能为目标的控制方案等；⑥实现灵活多样的控制方案，如机器人和智能机械的果实采收与分类应用；⑦制定面向市场的长期性生产目标等等。
（1）环境控制
目前对温室环境控制主要采用两种方式：单因子控制和多因子综合控制。单因子控制是相对简单的控制技术，在控制过程中只对某一要素进行控制，不考虑其他要素的影响和变化。例如，在控制温度时，控制过程只调节温度本身，而不理会其他要素的变化和影响，其局限性是非常明显的。实际上影响植物生长的众多环境要素之间是相互制约、相互配合的，当某一要素发生变化时，相关的其他因素也要相应改变，才能达到环境要素的优化组合。综合环境控制也称复合控制，可不同程度地弥补单因子控制的缺陷。
（2）数据采集
数据采集是整个控制与管理系统的重要组成部分，要达到对环境和设备进行控制，必须要对环境和设备的状态进行监测，经过分析决策，然后实施控制行为。数据采集的重要性：①环境要素的变化（如温度、湿度等）并非能准确直观感觉到；②环境要素处于时刻变化之中，必须要进行连续快速的监测；③在实际应用中要素的平均值更有意义，但平均值来自于大量的瞬时值；④在控制与管理过程中，要进行要素的分析计算和优化配置；⑤需要对植物产量与成本消费的平衡进行分析计算；⑥需要对历史资料进行显示和查询；⑦数据图表和图像显示更直观可用等等。上述这些要求和特点，如果不使用计算机几乎是不可能实现的。
设施环境监测与数据采集的重点包括光、温、湿、气等要素，但随着传感器技术的发展，对植物一些重要生理特性和指标的监测已不难实现，如光合速率、叶温、蒸腾速率、气孔阻力等。20世纪70年代后期至80年代初提出了所谓的SPA（Speaking Plant Approach）的概念：即植物的生理状态不仅随时间而变化，而且直接受环境影响。通过对植物本身生理状态的监测，便能反应（告知）环境质量的优劣程度，达到环境优化控制的目标。
（3）其他应用
①图像分析和处理在设施园艺生产与管理过程中，许多过程依赖于操作者通过获取可视化信息进行决策。例如，产品色泽、尺寸大小等大量信息属于不确定性的模糊信息；再例如，果实收获时间的确定和产品的分类，植物生长形态特征和病害特征的识别鉴定等。
人工智能技术的发展和应用，是未来图像处理系统的关键性技术，通过图像传感系统采集的可视性信息仅是第一步，只有通过人工智能技术的推理与判别，才能提供有用的信息。智能系统不仅可以利用过去的知识（通常是已建立的知识库），也可通过操作者输入新的知识对当前的处理目标进行决策、推理过程，通过计算机推理机自动实现。可以预计，在未来设施园艺生产中，人工智能技术将得到更广泛的应用，在处理难以定量化的问题时尤其如此。
②植物模拟模型如何实现设施环境的优化控制与管理，通常要解决两类问题：一是研究植物本身对环境变化的反应，并建立其相应的定量关系；二是通过这种定量的数学关系，提供设施环境最有效的控制管理策略或方案。为了达到这种目标，在研究领域大体上可归纳为4个方面。a.传统方法：通过试验研究，确定控制预定值的适宜范围；b.专家系统方法：向有经验种植者或管理专家请教，总结归纳出控制管理规则；c.知识学习方法（模式差别法）：通过对温室及其环境状态、种植管理专家行为的跟踪和监测，自动形成控制与管理规则；d.系统模型方法：利用系统模型生成控制规则或管理方案。
尽管上述方法均有其不同的优缺点，但由于温室系统的主体是植物，所以是否在控制系统中应用植物模型，是衡量该控制系统综合性能的重要标准。所谓植物模型实际上就是利用数学方法描述植物生长发育过程，并模拟植物的生长发育，该领域近年来取得了很大的进展。通过计算机对植物冠层截获的太阳辐射量、光合作用率、干物质传输与积累等进行动态模拟，预测发育期和产量，是计算机综合环境控制系统中十分重要的组成部分。
三、设施园艺计算机综合环境管理的发展趋势
（一）智能化
随着计算机技术的不断发展，温室计算机的应用将由简单的以数据采集处理和监测，逐步转向以知识处理和应用为主。因此，除了不断完善硬件控制设备外，主要是软件系统的研制开发将不断深入和完善，其中主要以专家系统为代表的智能管理系统已取得了不少研究成果。专家系统作为一种知识的载体，所表现出来的可靠性、客观性、永久性及其易于传播和复制的特性，是人类专家所不及的，在处理与解决某些领域问题时具有不可取代的重要作用。特别是对于人类专家而言，越是高级专家数量越少，而且其知识越难以传播和复制。从这个意义上说，开发领域内的专家系统不仅非常必要，而且应用前景非常广阔。
（二）网络化
随着设施园艺的规模化和产业化程度的不断提高，网络通讯技术会在温室控制与管理中得到广泛的应用，温室群内部的管理和控制实际上就具有局域网的特性。例如，在日本为了能应用网络技术实现对温室的控制管理，利用面向对象技术和Java语言进行软件开发，并对计算机控制与通讯协议进行标准化研究，不仅能通过电话线对温室控制的设定值进行修改，也能对温室状态与环境数据进行实时监测和处理。随着网络通讯技术的发展，地区之间、甚至跨国之间可以通过互联网技术（Internet），进行远程控制或诊断。我国幅员辽阔，气候复杂，种植模式多样，种植者总体素质相对较低，利用现代化网络技术进行在线（Online）或离线（Offline）服务，从长远观点看不仅有广阔的应用前景，而且是完全有可能的。
（三）分布式系统
目前分布式系统是计算机控制系统的主要发展方向，该控制系统采用了服务器-客户模式（Server-Client Mode）。所谓分布式系统是指在整个系统中不存在一个所谓的中心处理系统，而是由许多分布在各温室中的可编程控制器（Programmable controller）或者子处理器（Sub processor）组成，每一个控制器连接到中心监控计算机或称主处理器（Host processor）上。由每个子处理器处理所采集的数据并进行实时控制，而由主处理器存储和显示子处理器传送来的数据，主处理器可以向每个子处理器发送控制设定值和其他控制参数。
（四）多样化和综合性应用
未来的计算机控制与管理系统是综合性的、多方位的，如环境控制将朝多因素方向发展。形式也将趋于多样化，集图形、声音、影视为一体的多媒体服务系统是未来计算机应用的热点；随着个人计算机的普及，可独立运行的CD-ROM光盘等的应用、多媒体技术服务、基于人工智能技术的各种诊断与决策支持系统等，会被更多的农业部门和个人用户所利用。
计算机用于设施园艺环境的综合管理，多用于现代化温室，大型温室环境控制是所有室内环境控制中最困难的。一般建筑物的环境控制几乎可完全不受阳光的影响，温室则不然，温室外的环境状况对温室环境控制有着决定性的影响。一般的环境控制大多只针对气温及湿度等，温室环境控制则还需兼顾光量、光质、光照时间、气流、植物保护、二氧化碳浓度、水量、水温、EC值、pH值、溶氧等。温室环境控制的对象种类繁多，不同种类、不同品种的植物对环境条件需求大不一样；即使是同一品种，在不同生长阶段的需求也不同。而且受能源、资金、劳动力、生产资料等资源的限制及市场与天气变化的影响，温室环境控制必须在极有效率的状态下进行。这一切，使得建立一个好的温室计算机环境控制系统，被视为一个无止境的挑战。
