物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺構(gòu)建中的應(yīng)用

趙 洋

（河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南鄭州450000）

物聯(lián)網(wǎng)的概念提出于上個世紀(jì)末，在本世紀(jì)初取得了快速的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)⑺形矬w通過信息傳感設(shè)備連入到互聯(lián)網(wǎng)，方便人們實(shí)時掌握物體動態(tài)，并且有針對性的進(jìn)行控制行為，從而大大提升了信息交換和管理的效率。節(jié)約資源是我國的基本國策，節(jié)能灌溉是現(xiàn)代茶園發(fā)展的必然趨勢，有效提高了資源利用率，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以構(gòu)建節(jié)能灌溉監(jiān)測平臺，方便工作人員實(shí)時掌握茶園狀況和茶葉需求，使灌溉管理更加科學(xué)、準(zhǔn)確、有效。

1 簡析茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺構(gòu)建的重要意義

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，用水量與日俱增，水資源短缺成為世界難題，特別是我國人均水資源不足世界的四分之一，成為水資源最短缺的國家之一。而傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉用水浪費(fèi)嚴(yán)重，利用率只有百分之三四十，先進(jìn)國家的灌溉水利用率可達(dá)到百分之八九十，因此發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)能技術(shù)刻不容緩。另外，茶宜高山之陰而喜日陽之早，很多茶園都分布在山林丘陵地帶，如果不走節(jié)水灌溉道路，則會大大提升茶葉生產(chǎn)的成本，降低產(chǎn)業(yè)種植的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，構(gòu)建灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺能夠精確控制茶園灌溉用水量，這具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，值得研究推廣[1]。

2 了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下監(jiān)測平臺的發(fā)展進(jìn)程

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)，簡而言之，就是萬物互聯(lián)，是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的延展，通過信息傳感設(shè)備，按照約定協(xié)議，將任意物體與網(wǎng)絡(luò)相連接，運(yùn)用傳播媒介開展信息交換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等多種功能，使人、物、機(jī)隨時隨地互聯(lián)互通，其關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、智能技術(shù)、納米技術(shù)等等。通俗來講，人們通過網(wǎng)絡(luò)便可以對目標(biāo)物體進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測和行為控制，在智能家居、遠(yuǎn)程教育、醫(yī)療健康、金融服務(wù)、交通物流、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)制造等各行業(yè)各領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景，相信在不遠(yuǎn)的將來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將改變?nèi)藗兊纳盍?xí)慣和社會的運(yùn)行方式。因而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為世界各國爭奪戰(zhàn)略制高點(diǎn)的重要工具，我國在2009年已經(jīng)將物聯(lián)網(wǎng)列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。

2.2 計(jì)算機(jī)集群監(jiān)測平臺

所謂計(jì)算機(jī)集群，就是利用若干計(jì)算機(jī)軟件相互連接、相互配合的先進(jìn)技術(shù)，而計(jì)算機(jī)集群監(jiān)測平臺能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)測，同時分析優(yōu)化監(jiān)測數(shù)據(jù)，為人們進(jìn)行管理決策提供支撐。一般情況下，茶園的種植面積比較廣，構(gòu)建灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺需要設(shè)置無數(shù)個傳感器，對于大量分散的數(shù)據(jù)收集和整理，需要龐大的計(jì)算機(jī)群作為后盾，這樣才能保證監(jiān)測平臺順利運(yùn)轉(zhuǎn)，快速得到最為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。然而，計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)的建設(shè)比較復(fù)雜，而且需要耗費(fèi)大量的資金，所以目前只應(yīng)用于個別高級茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測，隨著研究的深入和技術(shù)的更新，計(jì)算機(jī)集群監(jiān)測平臺的建設(shè)成本將不斷降低，進(jìn)而得到廣泛推廣應(yīng)用[2]。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺的具體應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在近十幾年獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于社會生活的方方面面。大到國防航空，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對監(jiān)測敵情、公共安全等方面應(yīng)用效果突出，保證了人民生命財(cái)產(chǎn)安全和國家領(lǐng)土主權(quán)完整。小到人們的日常生活，比如智能消防監(jiān)測、樓宇照明監(jiān)測、食品安全監(jiān)測等等，這些都涉及到物聯(lián)網(wǎng)傳感監(jiān)測技術(shù)的運(yùn)用。另外，在大型公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺也發(fā)揮著舉足輕重的作用，包括道路橋梁工程、電路電網(wǎng)工程、大壩水利工程等，不但能夠?qū)こ添?xiàng)目自身進(jìn)行監(jiān)測，而且還能對外部環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，從而大大提高了大型公共基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，為社會生產(chǎn)和人民生活提供保障。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺構(gòu)建中的應(yīng)用

3.1 智能感應(yīng)灌溉系統(tǒng)的構(gòu)建

智能感應(yīng)灌溉系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺的重要組成部分。由于傳統(tǒng)灌溉方式存在很大的弊端，所以滴灌和噴灌取代了以往的漫灌和淹灌，在智能感應(yīng)灌溉系統(tǒng)的作用下，物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算技術(shù)能夠分析得出茶園所需灌溉水分，自動對滴灌和噴灌的出水量進(jìn)行微調(diào)。同時，智能傳感能夠與人們的電腦或移動設(shè)備相連接，實(shí)時發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)和圖像，工作人員在外出時也可以手動調(diào)節(jié)灌溉量。隨著第五代移動通信技術(shù)的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)將越來越發(fā)達(dá)，這樣就降低了信號不良對系統(tǒng)運(yùn)行的限制，大大提升了智能感應(yīng)灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和效率。智能感應(yīng)灌溉系統(tǒng)是構(gòu)建茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺的首要任務(wù)，在此基礎(chǔ)上，無人化智能茶園的時代將會日益臨近[3]。

3.2 廢水處理管控系統(tǒng)的構(gòu)建

水資源的循環(huán)利用技術(shù)也是茶園節(jié)能灌溉研究的重要內(nèi)容，這里所說的廢水不是工業(yè)廢水或生活污水，而主要指的是雨水的循環(huán)利用，積極構(gòu)建茶園內(nèi)自有水源的生態(tài)循環(huán)圈。我國江南地區(qū)茶園較多，而且由于地理位置和季風(fēng)氣候影響，降水量相對于其他地區(qū)明顯較大，特別是五六月份的梅雨季節(jié)，不但不需要人工灌溉，而且有時土壤水分過度飽和，甚至對茶葉生長產(chǎn)生負(fù)面影響，所以可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)積極構(gòu)建廢水處理管控系統(tǒng)，通過智能監(jiān)測將多余的水分及時輸送到鄰近河流或者儲存?zhèn)溆茫谛枰斯す喔鹊臅r間段進(jìn)行二次使用。這種水資源循環(huán)利用系統(tǒng)比較適合于降水量較高的地區(qū)，對于干旱地區(qū)的茶園灌溉管理則意義不大，而且浪費(fèi)了生產(chǎn)建設(shè)成本。

3.3 自然環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

茶園節(jié)能灌溉的自然環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建主要包括以下兩方面的內(nèi)容。首先，監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器可以監(jiān)測分析土壤的含水量以及根莖的吸收情況，特別是對于向陽方向的缺水土壤進(jìn)行針對性的補(bǔ)充澆灌，保證土壤水分平衡和茶葉生長需求，這改變了以往模式化的澆灌方式，最大程度的節(jié)省電力資源和水資源。其次，自然環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以對外部環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，主要包括天氣、濕度、風(fēng)力等方面，通過數(shù)據(jù)分析來決定澆灌量的大小，根據(jù)降雨量實(shí)時調(diào)整灌溉量，避免雨季重復(fù)澆灌導(dǎo)致的水資源浪費(fèi)，而在干燥、大風(fēng)的天氣情況下，監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)茶葉生長需求適度增加澆水，保證土壤水分充足和根系穩(wěn)固[4]。

4 淺談提升物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺中的應(yīng)用效果

4.1 不斷優(yōu)化遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)

首先，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。保證茶園網(wǎng)絡(luò)通暢，提升茶園設(shè)備和電腦手機(jī)的準(zhǔn)確性和敏感性，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時同步性，減少收集和傳輸誤差，通過智能終端實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域管理。其次，實(shí)現(xiàn)控制平臺分屏監(jiān)測。將自然環(huán)境監(jiān)測報(bào)告、茶葉實(shí)時狀況圖像、多余水源數(shù)據(jù)分析分三屏展示，方便管理人員實(shí)時、精確、全面的了解茶園的動態(tài)，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析結(jié)果控制各種設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)動作。最后，完善平臺修復(fù)功能。一旦出現(xiàn)技術(shù)漏洞或更新需求，管理人員可以遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)測平臺的修補(bǔ)工作，防止影響系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、可靠性。遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)的優(yōu)化完善是茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測設(shè)計(jì)人員的重要任務(wù)，需要加大人力、物力、財(cái)力的投入力度[5]。

4.2 人工智能自主監(jiān)測的開發(fā)

近幾年，人工智能成為社會熱點(diǎn)話題，特別是圍棋大戰(zhàn)中李世石和柯杰兩位頂尖高手的落敗，引起了世界范圍的廣泛議論，推動人工智能成為我國2017年度的十大流行語。人工智能已經(jīng)成為未來科技發(fā)展的重要方向之一，目前，在智能控制、機(jī)器翻譯、程序設(shè)計(jì)、信息處理等方面已經(jīng)取得了不錯的開發(fā)應(yīng)用成果。所以，人工智能自主監(jiān)測平臺的開發(fā)也是必然的發(fā)展趨勢，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及思維輸入，計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)各種數(shù)據(jù)分析自主解決關(guān)于茶園節(jié)能灌溉的各種問題，按照人類思維靈活處理各類突發(fā)事件，真正實(shí)現(xiàn)無人化茶園智能管理，提升茶葉生產(chǎn)的技術(shù)含量。

4.3 積極完善射頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，圖像數(shù)據(jù)與實(shí)際情況不同步成為茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺的最大問題之一，我們可以通過不斷完善射頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_度，進(jìn)而使誤差降低到一秒之內(nèi)。首先，完善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳輸層和感知層，增加設(shè)置音源傳感、光源傳感、溫度傳感、觸覺傳感等多個傳感層，擴(kuò)大射頻覆蓋范圍。其次，積極優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層射頻技術(shù)，提升監(jiān)測的同步率。另外，加強(qiáng)監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)的更新與維護(hù)管理工作，及時處理系統(tǒng)垃圾信息，修復(fù)系統(tǒng)漏洞，最大程度的發(fā)揮監(jiān)測平臺的運(yùn)行效率[6]。

綜上所述，本文首先簡要分析了茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺構(gòu)建的重要意義，其次了解了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)測平臺發(fā)展?fàn)顩r，然后著重研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶園灌溉節(jié)能監(jiān)測平臺構(gòu)建中的具體應(yīng)用，最后嘗試性的提出了優(yōu)化策略。希望本文的探討能夠起到積極的現(xiàn)實(shí)意義，推動以茶葉為代表的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效發(fā)展，提高水資源利用效率，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，讓現(xiàn)代技術(shù)手段更好的為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生產(chǎn)生活服務(wù)。