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)
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。
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:
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]。
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。
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]。
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。
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]。
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。
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)。