基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺(tái)的設(shè)計(jì)

康俊霞

（張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北張家口 075000）

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下監(jiān)測平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以互聯(lián)網(wǎng)為核心和基礎(chǔ)，進(jìn)行物物信息交換和通信的計(jì)算機(jī)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別是摒棄了計(jì)算機(jī)PC終端系統(tǒng)，而采用嵌入式系統(tǒng)及配套傳感器。物聯(lián)網(wǎng)將“網(wǎng)絡(luò)”與“物品”相聯(lián)結(jié)，只要是聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備就能進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測和人為控制。目前，智能家居時(shí)代逐步進(jìn)入人們的生活之中，各類大型廠房設(shè)備、家庭電器等都嵌入傳感器和互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)結(jié)。因此，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)前景發(fā)展較好。但由于現(xiàn)階段智能設(shè)備還不普及，并且人們以往的設(shè)備使用習(xí)慣短時(shí)間內(nèi)無法改變，所以，現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不像當(dāng)初互聯(lián)網(wǎng)一樣，能呈現(xiàn)出爆發(fā)性的應(yīng)用發(fā)展。經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)使用調(diào)查報(bào)告顯示，百分之七十的使用者認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)智能傳感監(jiān)控僅僅是以往設(shè)備使用感的“錦上添花”，達(dá)不到硬性需求的標(biāo)準(zhǔn)。只有百分之三十的用戶群體認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)了生活品質(zhì)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還需繼續(xù)發(fā)展和升級(jí)，讓普通用戶形成物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用習(xí)慣。

1.2 計(jì)算機(jī)集群監(jiān)測平臺(tái)

計(jì)算機(jī)集群是通過無數(shù)個(gè)高密度計(jì)算機(jī)軟件連接起來的高端技術(shù)。計(jì)算機(jī)集群下的監(jiān)測平臺(tái)，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行全方位監(jiān)測并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析優(yōu)化。在茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺(tái)中茶園的面積廣闊，傳感器設(shè)置分散，需要以龐大的計(jì)算機(jī)群作為后部力量，才能夠?qū)Υ竺娣e的茶園土壤水分及灌溉用水進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，目的是得到最準(zhǔn)確的數(shù)值。并且計(jì)算機(jī)群下實(shí)時(shí)監(jiān)測速度同步性及監(jiān)測結(jié)論分析輸出的速度比單個(gè)計(jì)算機(jī)要快。但計(jì)算機(jī)集群的體系構(gòu)建復(fù)雜、費(fèi)用昂貴。因此，大多只用于高級(jí)茶種茶田的監(jiān)測，而我國計(jì)算機(jī)集群研究組正在不斷創(chuàng)新，改良計(jì)算機(jī)集群的硬件設(shè)施可以降低計(jì)算機(jī)集群的使用成本。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺(tái)應(yīng)用實(shí)例

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺(tái)在二十世紀(jì)末被提出，在二十一世紀(jì)初得到發(fā)展。因此，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺(tái)的多應(yīng)用在現(xiàn)代高科技產(chǎn)物和常用電子設(shè)備上。首先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)國家做出了巨大貢獻(xiàn)。其技術(shù)應(yīng)用在敵情監(jiān)測、公共安全監(jiān)測等方面，為我國的軍事安全和居民的人身安全提供了保障；其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為人們的日常生活提供了便利。小到樓宇照明管控、智能消防監(jiān)測，大到食品安全監(jiān)測、重疾護(hù)理監(jiān)測，都有物聯(lián)網(wǎng)傳感監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用。在大眾進(jìn)行交通出行時(shí)，交通實(shí)時(shí)監(jiān)測能為人們合理規(guī)劃路線，避免擁堵區(qū)域；最后，物聯(lián)網(wǎng)幾乎在所有大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上都設(shè)置有監(jiān)測平臺(tái)。在大壩水利、電路電網(wǎng)、橋梁公路等方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅對(duì)設(shè)備本身進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)時(shí)報(bào)備修復(fù)問題；還對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施外的環(huán)境和建造基礎(chǔ)設(shè)施的目的成果進(jìn)行監(jiān)測，這大大提高了基建的使用性和政府人員管控的便利性。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺(tái)設(shè)計(jì)分析

2.1 智能感應(yīng)灌溉系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺(tái)，自設(shè)智能感應(yīng)澆灌系統(tǒng)。澆灌方式摒棄了以往的淹灌和漫灌，而采用滴灌和噴灌。一方面，通過物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算的技術(shù)解析，得出茶園所需水分的數(shù)值后，監(jiān)測平臺(tái)對(duì)噴灌和滴灌的出水量進(jìn)行微調(diào)灌溉；另一方面，智能傳感與工作人員的電腦或手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備相連，在人員外出時(shí)，也可以通過手機(jī)發(fā)來的實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像和數(shù)據(jù)分析，對(duì)澆灌量進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。但現(xiàn)今的智能監(jiān)測系統(tǒng)在有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的情況下才能操作，在信號(hào)不好的地方無法實(shí)施。因此，完善遠(yuǎn)程智能管控，實(shí)現(xiàn)無人化智能茶園的灌溉管理成為當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人員設(shè)計(jì)茶園灌溉節(jié)能檢測平臺(tái)的首要目標(biāo)。

2.2 廢水處理管控系統(tǒng)

茶園的灌溉節(jié)能不僅要節(jié)約水源，還要合理處理甚至利用廢水，形成茶園內(nèi)的自有水源生態(tài)循環(huán)圈，這里的廢水指的并非污水臟水而是多余被廢棄的水。以江南地區(qū)的茶園為例，江南位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，每年的雨季降水量非常大，且氣候常年潮濕，因此，江南地區(qū)茶園的土壤含水量相比其它地區(qū)更高，所需的灌溉水量也更少。茶園監(jiān)測平臺(tái)下的污水處理系統(tǒng)便是針對(duì)降雨量多的區(qū)域而設(shè)計(jì)的。在每年的五六月梅雨季節(jié)，此時(shí)降雨量增多，茶園所需水分已經(jīng)飽和，多余廢水依舊在土壤上漫灌，造成土壤水分過度飽和；特別是在陣雨后的陽光下被平地蒸發(fā)。廢水處理管控系統(tǒng)下，開辟出與臨近河流相應(yīng)的管道，將監(jiān)測出來的多余水量，以斜坡管道輸出形式對(duì)河流進(jìn)行補(bǔ)給，再流入居民的水龍頭中。除此之外，降雨量十分不穩(wěn)定的部分地區(qū)，還可以將多余的廢水進(jìn)行儲(chǔ)存以便二次澆灌使用。

2.3 自然環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

茶園灌溉節(jié)能的自然環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要分為兩個(gè)方面。其一，對(duì)土壤含水量及根莖吸收度進(jìn)行監(jiān)測解析。監(jiān)測系統(tǒng)通過RFID傳感對(duì)土壤水分及茶葉根莖吸收成分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對(duì)向陽方向的缺水土壤進(jìn)行針對(duì)性澆灌，而非直接系統(tǒng)模式化的按時(shí)澆灌。自然環(huán)境監(jiān)測下的針對(duì)性澆灌，只對(duì)有需求的土地進(jìn)行灌溉，可以最大限度的節(jié)約水資源和電力資源；其二，對(duì)實(shí)時(shí)天氣和風(fēng)向進(jìn)行監(jiān)測，以此來決定澆灌量的大小。如果在雨季，還按時(shí)進(jìn)行人工澆灌的話則是對(duì)水資源的浪費(fèi)。在固定澆灌系統(tǒng)模式下，對(duì)降雨量及風(fēng)向進(jìn)行監(jiān)測，可以實(shí)時(shí)改變當(dāng)下澆灌量。對(duì)于降雨量達(dá)到土壤所需要求的時(shí)段便不澆水；對(duì)于大風(fēng)干燥天氣則多澆水，穩(wěn)固茶葉根莖并保持土壤營養(yǎng)成分。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺(tái)優(yōu)化策略

3.1 開發(fā)遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)

首先，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下多射頻傳感及智能設(shè)備的關(guān)聯(lián)性，提升茶園設(shè)備與工作人員手機(jī)的敏感度，讓其在有網(wǎng)情況下的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)同步性增強(qiáng)，同步時(shí)段誤差減弱。在手機(jī)上安裝智能終端實(shí)現(xiàn)跨省操作；其次，在遠(yuǎn)程控制平臺(tái)上進(jìn)行分屏監(jiān)測互動(dòng)。茶園的自然環(huán)境監(jiān)測結(jié)果圖像報(bào)告、多余水源圖像報(bào)告及茶葉實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控分三屏進(jìn)行展現(xiàn)，使工作人員不在現(xiàn)場時(shí)也能精確掌握茶園動(dòng)態(tài)，進(jìn)行自主分析后，再遠(yuǎn)程控制茶園各個(gè)設(shè)備；最后，在工作人員的遠(yuǎn)程控制終端上增加平臺(tái)修復(fù)一項(xiàng)。根據(jù)新技術(shù)的增加或茶園灌溉監(jiān)測平臺(tái)的漏洞發(fā)現(xiàn)，工作人員對(duì)監(jiān)測平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程修復(fù)控制。綜上所述，遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)將遠(yuǎn)程技術(shù)滲透在茶園監(jiān)測平臺(tái)本身及平臺(tái)下各設(shè)備的大數(shù)據(jù)交換，增強(qiáng)茶園管控的安全性和有效性。

3.2 人工智能自主監(jiān)測

人工智能（即AI技術(shù)）是未來茶園灌溉節(jié)能檢測平臺(tái)的主要發(fā)展方向。在設(shè)備智能化的科技發(fā)展下，無人機(jī)、無人超市、無人車及AI技術(shù)逐步發(fā)展，并開始應(yīng)用在社會(huì)管理的各個(gè)方面。設(shè)計(jì)人工智能自主監(jiān)測系統(tǒng)，給計(jì)算機(jī)輸入人腦思維對(duì)于茶園灌溉量及各種突發(fā)事件，能夠模擬人腦思維進(jìn)行自主解決。當(dāng)人工智能監(jiān)測技術(shù)成熟后，可以與平臺(tái)的智能管控及設(shè)備監(jiān)測相互聯(lián)結(jié)，對(duì)茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺(tái)及其下的檢測工具進(jìn)行定期更新修復(fù)，實(shí)現(xiàn)“無人化”智能茶園管理。除促進(jìn)科技茶園及節(jié)能監(jiān)測平臺(tái)的優(yōu)化發(fā)展外，AI技術(shù)能夠讓它在茶園監(jiān)測平臺(tái)中的應(yīng)用，促進(jìn)自身技術(shù)的完善，提升我國科研成果。從而增加高科技人才就業(yè)機(jī)會(huì)，進(jìn)而全面落實(shí)我國“科教興國”政策。

3.3 完善射頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺(tái)的最主要問題就是物聯(lián)網(wǎng)下的圖像數(shù)據(jù)與實(shí)地?cái)?shù)據(jù)不同步。因此，必須完善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的射頻標(biāo)準(zhǔn)，使其實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到誤差不超過一秒的精確數(shù)值。第一，將物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)感知層及傳輸層的傳感網(wǎng)狀脈絡(luò)進(jìn)行完善。增設(shè)光源傳感、音源傳感、觸覺傳感及溫度傳感等多個(gè)傳感層，擴(kuò)大射頻覆蓋區(qū)域；第二，通過改善網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層的射頻技術(shù)提高監(jiān)測同步率。將普通5G SHF ISM在可控范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)增加；第三，對(duì)監(jiān)測平臺(tái)的數(shù)據(jù)及時(shí)更新防護(hù)，將平臺(tái)的垃圾軟件及海量存儲(chǔ)進(jìn)行清理，對(duì)數(shù)據(jù)的安全進(jìn)行修復(fù)和保護(hù)，最大限度的保證監(jiān)測平臺(tái)自身的有效性。

4 結(jié)論

通過開發(fā)遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)、AI技術(shù)自主監(jiān)測系統(tǒng)等策略，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的科技性和應(yīng)用性逐步增強(qiáng)。物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)測技術(shù)勢必取代現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的人工監(jiān)測，成為我國未來設(shè)備管控監(jiān)測的主要途徑。

[1]杜明義,劉揚(yáng),靖常峰.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在精細(xì)化城市管理中的應(yīng)用——以北京市西城區(qū)城市運(yùn)行物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺(tái)為例[J].北京建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2016,32(03):137-143+154.

[2]閆朝輝,喬鐵柱.機(jī)電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺(tái)設(shè)計(jì) [J].煤炭工程,2016,48(09):61-63+67.

[3]李道亮,楊昊.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2018,49(01):1-20.

[4]郝金平,高成,張亞玲.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的灌溉控制系統(tǒng)在石漠化治理中的應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2017,7(06):115-117.