生態(tài)茶園的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用探究

李超然

（韓山師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，廣東 潮州 521041）

1 前言

現(xiàn)代電子技術(shù)日新月異，各種新型的自動(dòng)控制監(jiān)測系統(tǒng)也越來越多地運(yùn)用到人們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，它不但可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且可以使控制的設(shè)備或執(zhí)行的操作更加精確?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品正在以前所未有的革新速度，向著功能多樣化、體積最小化、功耗最低化的方向發(fā)展。它與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上的顯著區(qū)別：一是大量使用大規(guī)?？删帉懶酒?，以提高產(chǎn)品性能，縮小產(chǎn)品體積，降低產(chǎn)品功耗；二是廣泛運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，以提高電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化程序，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競爭力。單片機(jī)的單芯片的微小體積和極低的成本，可廣泛地嵌入電子系統(tǒng)，辦公自動(dòng)化、艦船、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品等方方面面，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。傳感器是信息采集的重要工具，傳感器技術(shù)與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱，它們在信息系統(tǒng)中分別起著“感覺”“神經(jīng)”和“大腦”的作用[1]。

在工業(yè)應(yīng)用的生產(chǎn)制造過程中，需要大規(guī)模應(yīng)用各類傳感器來控制和收集生產(chǎn)過程中的各類參數(shù)，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)。測量監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵是各式各樣的傳感器，所謂傳感器，國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87 對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律（數(shù)學(xué)函數(shù)法則）轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟認(rèn)為，傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來?！皞鞲衅鳌痹谛马f式大詞典中定義為：“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。在日常生活中，人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，是無法完全滿足現(xiàn)代化智能工業(yè)制造的需求的[2]。

在智能工業(yè)中，如果缺少了傳感器的參與和應(yīng)用，智能生產(chǎn)就無從談起，也失去了其生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。利用數(shù)量龐大的各類功能傳感器進(jìn)行組網(wǎng)，并輔之以各種單片機(jī)基底和高性能通信傳輸設(shè)備的傳感器網(wǎng)絡(luò)，是智能生態(tài)的典型應(yīng)用。在如今的很多傳統(tǒng)行業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入也改變了很多傳統(tǒng)行業(yè)的業(yè)態(tài)，幫助不同的傳統(tǒng)業(yè)態(tài)提升了運(yùn)營效率，提高了傳統(tǒng)產(chǎn)品的質(zhì)量，為更好地實(shí)現(xiàn)不同傳統(tǒng)業(yè)態(tài)的轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。聚焦到茶園業(yè)態(tài)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用更是深入茶園種植中的很多方面。茶葉種植培育的產(chǎn)業(yè)，多數(shù)位于我國的山區(qū)和欠發(fā)達(dá)地區(qū)。在我國城鎮(zhèn)化逐步完善，農(nóng)民工逐步進(jìn)城定居的大背景下，農(nóng)村勞動(dòng)力的普遍缺乏，促使傳統(tǒng)茶園必須向智能化、機(jī)械化的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)型。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展成熟，正契合了傳統(tǒng)茶園的轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入茶園的建設(shè)管理，對于建設(shè)智慧型茶園、生態(tài)茶園具有重要的意義。生態(tài)茶園的興起和發(fā)展，對提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少農(nóng)藥和化肥的使用量，改善自然環(huán)境質(zhì)量，提升茶葉生產(chǎn)品質(zhì)具有積極的意義。

2 生態(tài)茶園的智能管理

如前文所述，茶園多建立在山區(qū)且零星分散，要建立智慧茶園和生態(tài)茶園，必須實(shí)現(xiàn)茶園的精細(xì)化管理。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不成熟的過去，規(guī)劃和建設(shè)生態(tài)茶園的投入產(chǎn)出比一直較低。因此，傳統(tǒng)茶園的管理一直是通過粗放式的方法進(jìn)行，依靠傳統(tǒng)運(yùn)維人員，憑借人為的經(jīng)驗(yàn)和判斷，對茶園進(jìn)行種植和維護(hù)，導(dǎo)致茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)一直無法得到實(shí)質(zhì)的提升。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和成熟，特別是硬件生產(chǎn)工藝的逐步提升，使得通過大規(guī)模傳感器進(jìn)行組網(wǎng)而形成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各方面性能得到飛速提升。同時(shí)，當(dāng)今全球的主題已經(jīng)逐步從粗放式大發(fā)展的時(shí)代轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾暛h(huán)保生態(tài)和自然環(huán)境的精細(xì)化發(fā)展時(shí)代，在“碳中和”的大時(shí)代背景下，生態(tài)茶園的發(fā)展也應(yīng)順應(yīng)趨勢，逐步轉(zhuǎn)變到真正的智能化綠色生態(tài)上來。近年來，國內(nèi)部分茶葉企業(yè)已開始布局物聯(lián)網(wǎng)基地建設(shè)，嘗試?yán)梦锫?lián)網(wǎng)技術(shù)加強(qiáng)茶園管理和茶葉質(zhì)量安全管控。對于茶園的智能管理，主要體現(xiàn)在如下四個(gè)方面：

2.1 茶葉種植環(huán)境監(jiān)測的智能化管理

在建設(shè)生態(tài)茶園的過程中，基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)是對于茶園環(huán)境的監(jiān)測和管理。在這一流程中，以傳感器技術(shù)為核心的傳感器網(wǎng)絡(luò)契合度最高。傳感器作為數(shù)據(jù)收集和信息交換的重要功能器件，對于環(huán)境參數(shù)的采集和管理非常重要。數(shù)量龐大的傳感器組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地獲取茶葉種植的環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對茶葉培育過程的溫度控制、濕度控制、氣壓調(diào)節(jié)等功能，契合了生態(tài)茶園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的功能需求。同時(shí)，傳感器網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、自組織性和去中心化的特點(diǎn)，也非常適合茶園的應(yīng)用環(huán)境。此外，在基礎(chǔ)功能傳感器的安置和布建上，信息技術(shù)的應(yīng)用也可以大幅提高工作效率。通過智能無人機(jī)的播散，實(shí)現(xiàn)將不同類型的傳感器，放置到不同的監(jiān)測區(qū)域的功能，實(shí)現(xiàn)對生態(tài)茶園不同區(qū)域的環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測[3]。

2.2 茶園蟲害的智能化防治

生態(tài)茶園的建設(shè)過程中，也需要引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建起蟲害防治的智能化系統(tǒng)。對于蟲害防治，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用主要在于可以建立起信息的溯源和分析平臺。將蟲害出現(xiàn)的地點(diǎn)和位置信息進(jìn)行收集，構(gòu)建蟲害信息庫和茶樹蟲害本體知識模型，也可以搭建蟲害智能診斷和預(yù)測系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)病蟲害防治的科學(xué)化，進(jìn)一步提升茶葉的生產(chǎn)質(zhì)量。同時(shí)，通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能化分析，也能輔助茶葉培育的專業(yè)人員對茶葉的蟲害情況進(jìn)行判斷，作出更加科學(xué)的決策。

2.3 茶葉農(nóng)藥播撒的智能化

茶業(yè)的生長培育，一定程度上也需要依賴適量農(nóng)藥的播撒。在農(nóng)藥播撒的流程上，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入也十分必要，其作用主要體現(xiàn)在可以搭建智能播撒系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)管理農(nóng)藥播撒的體量和撒放時(shí)間，避免農(nóng)藥使用過度的問題，也減輕了茶園運(yùn)營維護(hù)人員的工作量，提高了工作效率[4]。

2.4 茶葉收成過程的智能化

隨著茶葉的生長成熟，收成工作也是生態(tài)茶園運(yùn)營的重要一環(huán)，收成過程的智能化，主要體現(xiàn)在對收成時(shí)間的判斷和對茶葉生長質(zhì)量的評價(jià)。引入物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)，可以輔助茶園運(yùn)維人員對茶葉的生長情況和茶葉的品質(zhì)進(jìn)行判斷，幫助茶園管理人員和運(yùn)維人員進(jìn)行更科學(xué)的決策。

綜上所述，生態(tài)茶園的探索和建設(shè)過程，一直伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和融合。在茶園的茶葉種植、田間管理、肥水灌溉、病蟲害防治、環(huán)境監(jiān)測和茶葉收成等流程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠提升上述環(huán)節(jié)的運(yùn)行效率，從而進(jìn)一步提升生態(tài)茶園的運(yùn)營品質(zhì)和茶葉的質(zhì)量。

3 生態(tài)茶園的智能缺陷

雖然生態(tài)茶園的建設(shè)和發(fā)展日趨完善，但是任何傳統(tǒng)業(yè)態(tài)的轉(zhuǎn)型都會存在或多或少的各類缺陷和問題。從傳統(tǒng)茶園的人工培育到生態(tài)茶園的智能培育的轉(zhuǎn)變，必然會存在智能管理過程中的各種缺陷。

其一，生態(tài)茶園的地理位置分散，很難實(shí)現(xiàn)全面的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在我國的采茶種茶產(chǎn)業(yè)多分布在高山或丘陵地區(qū)。同時(shí)，這些地區(qū)往往是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的區(qū)域，茶園分散、面積小，地形復(fù)雜多變，地勢高低懸殊，氣候差別很大，不利于統(tǒng)一管理。此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性雖然可以基本應(yīng)對分散的環(huán)境，但隨著時(shí)間的持續(xù)，不同區(qū)域的傳感器性能會持續(xù)損耗，容易導(dǎo)致區(qū)域的監(jiān)測盲點(diǎn)。最后，在一些貧困的高山區(qū)域的茶園中，由于坡度過大，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)施和建設(shè)成本也會大幅增加[5]。

其二，傳感器網(wǎng)絡(luò)雖然具有靈活組網(wǎng)和便于維護(hù)的特點(diǎn)，但網(wǎng)絡(luò)的通信傳輸過程，易受山地多變氣候的影響，會時(shí)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t現(xiàn)象，也容易引起數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖д?。同時(shí)，由于傳感器節(jié)點(diǎn)的壽命問題，需要茶園運(yùn)維人員定期對各傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行觀察和維護(hù)，確保主要功能傳感器的正常運(yùn)行，與傳統(tǒng)茶園相比，智能化管理的生態(tài)茶園的人力成本會相對較高。

其三，生態(tài)茶園的競爭力主要體現(xiàn)在精細(xì)化管理方面。但是，與茶樹培育相關(guān)的基礎(chǔ)研究依然薄弱，對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建的智能網(wǎng)絡(luò)而言，欠缺基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)，很難充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的智能性，也難以實(shí)現(xiàn)全面精細(xì)化管理。因此，雖然利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)收集茶葉的不同參數(shù)，同時(shí)對茶樹的生長情況進(jìn)行跟蹤和溯源。但是，在茶葉生長出現(xiàn)不如預(yù)期的狀況時(shí)，如何進(jìn)行相應(yīng)的處理方法，需要基礎(chǔ)研究理論和方法的指導(dǎo)，也是茶園物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能否發(fā)揮最大功效的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

其四，正如本文前述所提，生態(tài)茶園所引入的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主體是大量傳感器搭建的傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)所跨越的技術(shù)類型包含傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這類型的網(wǎng)絡(luò)屬于綜合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，包含大量不同類型的節(jié)點(diǎn)和設(shè)備終端。然而，目前市場上的各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用終端依然不夠完善，智能化程度依然有進(jìn)一步提升的空間。同時(shí)，這些終端設(shè)備雖然收集數(shù)據(jù)的精確性逐年提升，但具有自動(dòng)化控制功能的設(shè)備終端價(jià)格高企，性價(jià)比依然不夠好。因此，智能化設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，生產(chǎn)成本的高企和生產(chǎn)周期的冗長，仍然是制約生態(tài)茶園發(fā)展的重要原因[6]。

其五，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，依然缺乏頂尖的技術(shù)人才。任何行業(yè)的發(fā)展，都離不開人才的不斷涌現(xiàn)和貢獻(xiàn)。作為新興領(lǐng)域和新興技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才需要通曉軟件技術(shù)、硬件技術(shù)和通信技術(shù)三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，對人才的高要求，也是造成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域人才欠缺的原因。針對生態(tài)茶園的領(lǐng)域，除了掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能力外，還需要熟悉茶葉種植培育的相關(guān)專業(yè)知識。擁有大量既懂技術(shù)又了解農(nóng)業(yè)的復(fù)合型人才，才能實(shí)現(xiàn)生態(tài)茶園的智能和高效，也是實(shí)現(xiàn)生態(tài)茶園精細(xì)化管理的重要途徑。因此，大力推廣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，大力培育相關(guān)的人才，也是建設(shè)生態(tài)茶園的重要舉措[7]。

4 生態(tài)茶園未來建設(shè)的方向

基于生態(tài)茶園存在的各種缺陷，生態(tài)茶園未來建設(shè)的方向也應(yīng)圍繞缺陷的改進(jìn)展開。首先，在建設(shè)新型生態(tài)茶園的開始階段，應(yīng)盡可能集中擇地，改進(jìn)傳統(tǒng)茶園過于分散的缺陷。在選擇傳感器的功能組件時(shí)，也應(yīng)著重關(guān)注傳感器的精度和效度。其次，應(yīng)大力發(fā)展茶葉種植培育的基礎(chǔ)研究。基礎(chǔ)研究是枯燥且效益在短期內(nèi)不明顯的工作，既有賴于對人才待遇的提高和激勵(lì)，也有賴于政府的倡導(dǎo)和投入。再次，應(yīng)繼續(xù)大力研發(fā)智能終端設(shè)備，同時(shí)繼續(xù)提升智能芯片的生產(chǎn)技術(shù)，降低高科技產(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本，使物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品在市場上具有價(jià)格競爭力，如此才能更大規(guī)模地普及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)和相關(guān)的應(yīng)用產(chǎn)品。最后，應(yīng)更重視物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才的培養(yǎng)，補(bǔ)齊人才短板，也是發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要手段[8]。

總之，生態(tài)茶園的推廣應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)而復(fù)雜的工程，涉及政策、資金、硬件、軟件、人才等多方面，需要社會各界更加緊密的合作。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是未來具有廣闊發(fā)展前景的新興技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入茶園的建設(shè)和管理，不僅可以降低茶園管理成本，還能夠提升茶葉的質(zhì)量，也能夠加強(qiáng)茶園在市場上的競爭力。

5 結(jié)語

本文探究了生態(tài)茶園的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，分析了生態(tài)茶園的智能化環(huán)節(jié)，展示了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)在生態(tài)茶園建設(shè)和管理的不同環(huán)節(jié)上的應(yīng)用，也分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對提升生態(tài)茶園的運(yùn)營和管理水平的重要作用。同時(shí)，本文也闡述了生態(tài)茶園的不足和待改進(jìn)的方面，從茶園建設(shè)、基礎(chǔ)研究、設(shè)備質(zhì)量和人才儲備等方面提出了生態(tài)茶園未來的建設(shè)方向。綜上所述，生態(tài)茶園的建設(shè)離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷完善，也是生態(tài)茶園不斷成熟的重要基礎(chǔ)。