基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的江西煙葉烘烤大數(shù)據(jù)特征分析

摘要 為探索煙葉烘烤物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)管理，以江西煙區(qū)2346臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)烤房為研究對(duì)象，利用大數(shù)據(jù)軟件分析了12 685烤次烘烤工藝數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，江西各產(chǎn)區(qū)煙葉?？酒诓▌?dòng)較進(jìn)烤期波動(dòng)更大，煙葉采烤周期52～54 d，采烤次數(shù)5次左右，煙農(nóng)烘干烤房比例偏少；各產(chǎn)區(qū)關(guān)鍵溫度點(diǎn)穩(wěn)溫時(shí)間、總烘烤時(shí)間和三階段時(shí)間比例方面存在一定差異，下部葉烘烤用時(shí)133～144 h，中部葉144～155 h，上部葉159～162 h；各產(chǎn)區(qū)干球溫度點(diǎn)控制較為一致，濕球溫度控制存在一定差異。江西產(chǎn)區(qū)可適當(dāng)縮短干筋時(shí)間，合理調(diào)控關(guān)鍵溫度點(diǎn)濕球溫度，烘烤大數(shù)據(jù)可以快速實(shí)現(xiàn)烘烤執(zhí)行情況、烘烤時(shí)間、烘烤關(guān)鍵溫濕度控制及煙農(nóng)烘烤習(xí)慣分析，助力實(shí)現(xiàn)煙葉烘烤大數(shù)據(jù)管理。

關(guān)鍵詞 烤煙；物聯(lián)網(wǎng)；烘烤；大數(shù)據(jù)；烘烤特征

中圖分類(lèi)號(hào) S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）15-0229-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.15.048

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Big Data Analysis on Flue-Curing Process of Tobacco Leaves in Jiangxi Based on Internet of Things and Analysis of Baking Characteristics

DUAN Shi-jiang1， HUANG Cheng-hua2， LIANG Zhou-hong2 et al

（1. Ji’an Branch of Jiangxi Provincial Tobacco Company， Ji’an，Jiangxi 343009；2. China Tobacco Jiangxi Industrial Co.， Ltd.， Nanchang，Jiangxi 330096）

Abstract To explore the management of big data for tobacco drying based on the Internet of Things. A total of 2 346 Internet of Things drying rooms in Jiangxi tobacco-growing areas were selected as the research objects. Big data analysis software was used to analyze 12 685 baking process data. The results showed that the fluctuation of the drying period of tobacco leaves in various regions of Jiangxi was greater than that of the baking period. The harvesting-curing cycles was 52-54 days， the harvest frequency was about five times， there were fewer drying rooms for farmers. There were certain differences in the stable time of the key temperature points， the total baking time， and the three-stage time ratio in different production areas. The total curing time of lower， middle and upper tobacco leaves was mainly in ranges of 133-144 h， 144-155 h and 159-162 h. The control of the dry-bulb temperature points in Jiangxi production areas was relatively consistent， while there were some differences in the control of the wet-bulb temperature. The durations of stem drying stage could be appropriately reduced， and the wet bulb temperature should be reasonably regulated to avoid drastic fluctuation， the use of big data analysis software can quickly realize the analysis of baking execution status， baking time， and key temperature and humidity control in tobacco drying. It can also analyze the baking habits of tobacco farmers， which can achieve the management of big data for tobacco drying and continuously promote the high-quality development of tobacco drying.

Key words Tobacco;Internet of Things;Baking;Big data;Baking characteristics

烘烤是烤煙生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是成熟鮮煙葉中內(nèi)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)工業(yè)原料的過(guò)程［1］。煙葉烘烤過(guò)程中烘烤工藝的變化直接影響了煙葉生理生化變化，直接決定了煙葉的品質(zhì)特色，在煙葉生產(chǎn)鏈條上占據(jù)核心地位［2-3］。我國(guó)目前普遍采用的是三段式烘烤工藝，即變黃階段、定色階段、干筋階段［4］，各煙葉產(chǎn)區(qū)在此基礎(chǔ)上相繼提出了符合地區(qū)特色的烘烤工藝，如“八點(diǎn)式”“三段六步式”“十點(diǎn)式”等，烘烤工藝參數(shù)的優(yōu)化和細(xì)分持續(xù)推動(dòng)了煙葉烘烤質(zhì)量的提升［5-8］。

目前烤煙烘烤主要基于烘烤師或煙農(nóng)的主觀判斷進(jìn)行工藝設(shè)置，由于鮮煙葉素質(zhì)差異、天氣變化等原因，使得烘烤工藝在設(shè)置和執(zhí)行環(huán)節(jié)存在不同程度的差異，烘烤工藝執(zhí)行與反饋難度較大。伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在烤房設(shè)備中的應(yīng)用，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了手機(jī)端實(shí)時(shí)查看工藝狀態(tài)、工藝偏離警報(bào)等功能［9-10］，但由于設(shè)備廠商參數(shù)不一、控制系統(tǒng)不兼容等問(wèn)題，尚未實(shí)現(xiàn)烘烤工藝實(shí)時(shí)分析與大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能。為此，利用烘烤物聯(lián)網(wǎng)裝置，統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)烘烤工藝數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)算法，對(duì)江西省4個(gè)產(chǎn)區(qū)烘烤物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果實(shí)時(shí)展示在相關(guān)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)煙葉烘烤大數(shù)據(jù)管理，為烘烤決策、工藝優(yōu)化、技術(shù)指導(dǎo)提供大數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 烘烤工藝大數(shù)據(jù)采集

2023年江西產(chǎn)區(qū)已安裝物聯(lián)網(wǎng)自控儀2 346臺(tái)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)烤房數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，包括采用接口、接口地址、數(shù)據(jù)格式、調(diào)用權(quán)限控制、設(shè)備數(shù)據(jù)推送接口等內(nèi)容，對(duì)不同廠商的烘烤大數(shù)據(jù)進(jìn)行適配采集，便于后期數(shù)據(jù)處理。自控儀開(kāi)烤后每5 min自動(dòng)記錄一組烘烤數(shù)據(jù)，以2023年度調(diào)取的12 685烤次2 000余萬(wàn)組烘烤數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析（表1）。

1.2 分析方法

以烤煙三段式烘烤工藝為基礎(chǔ)，提取單座烤房烘烤周期、停烤周期、烘烤烤次、單烤烘烤總時(shí)間、關(guān)鍵溫度點(diǎn)設(shè)置、關(guān)鍵濕度點(diǎn)設(shè)置、穩(wěn)溫時(shí)間設(shè)置、溫度差等參數(shù)指標(biāo)。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)烘烤大數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)流程算法，開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析軟件，軟件基于Java EE企業(yè)級(jí)軟件開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用Spring Boot微服務(wù)開(kāi)發(fā)架構(gòu)，采用MariaDB數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)煙葉烘烤物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)展示等功能。

2 結(jié)果與分析

2.1 烘烤執(zhí)行總體情況分析

對(duì)江西不同烤煙種植區(qū)的采收烘烤執(zhí)行總體情況進(jìn)行分析（表2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各產(chǎn)區(qū)第一烤次煙葉普遍在11～15 d內(nèi)陸續(xù)進(jìn)烤；煙葉?？緯r(shí)間波動(dòng)稍大，不同產(chǎn)區(qū)集中在18～24 d；不同產(chǎn)區(qū)平均采烤周期波動(dòng)較小，均在50 d以上；各產(chǎn)區(qū)整株進(jìn)烤次數(shù)在5次左右，其中贛東煙區(qū)平均進(jìn)烤次數(shù)最少，贛南煙區(qū)進(jìn)烤次數(shù)最多；進(jìn)烤前有12 h以上明顯烘干烤房操作的烤房占比集中在1/3左右。由此可見(jiàn)，利用大數(shù)據(jù)分析軟件剔除無(wú)效烘烤數(shù)據(jù)后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)年度烘烤執(zhí)行總體情況的客觀分析。

2.2 不同部位烘烤時(shí)間分析

比較不同產(chǎn)區(qū)各部位煙葉烘烤時(shí)間分布情況（表3）發(fā)現(xiàn)，各產(chǎn)區(qū)下部葉平均烘烤用時(shí)集中在133～144 h，其中贛西煙區(qū)下部葉變黃階段用時(shí)最長(zhǎng)，贛東煙區(qū)定色階段用時(shí)最長(zhǎng)，贛東煙區(qū)干筋階段用時(shí)占比時(shí)間最長(zhǎng)；各產(chǎn)區(qū)中部葉平均烘烤用時(shí)集中在144～155 h，其中贛西煙區(qū)中部葉變黃階段用時(shí)最長(zhǎng)，贛南煙區(qū)定色階段用時(shí)最長(zhǎng)，贛南煙區(qū)干筋階段用時(shí)占比時(shí)間最長(zhǎng)；各產(chǎn)區(qū)上部葉平均烘烤用時(shí)集中在159～162 h，相對(duì)較集中，其中贛中煙區(qū)上部葉變黃階段用時(shí)最長(zhǎng)，贛南煙區(qū)定色階段用時(shí)最短，贛西煙區(qū)干筋階段用時(shí)占比時(shí)間最長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，各產(chǎn)區(qū)在不同部位煙葉烘烤過(guò)程時(shí)間控制方面存在一定差異，部分產(chǎn)區(qū)干筋階段時(shí)間占比偏長(zhǎng)，而促進(jìn)大分子物質(zhì)降解的變黃階段和促進(jìn)香氣物質(zhì)形成的定色階段穩(wěn)溫時(shí)間偏短。

2.3 不同部位關(guān)鍵溫濕度點(diǎn)控制分析

研究不同產(chǎn)區(qū)關(guān)鍵溫濕度點(diǎn)控制情況差異（表4）發(fā)現(xiàn)，各產(chǎn)區(qū)在干球溫度控制和濕球溫度控制方面均存在多點(diǎn)控制情況，其中干球溫度在定色前期、定色后期普遍存在2個(gè)穩(wěn)溫點(diǎn)，濕球溫度在變黃中期普遍存在2個(gè)控濕度點(diǎn)。具體來(lái)看，變黃中期濕球溫度普遍前高后低，以此促進(jìn)煙葉變黃與失水協(xié)調(diào)；定色前期干球溫度普遍存在2個(gè)穩(wěn)溫點(diǎn)，即44.0～45.0 ℃過(guò)渡段和47.0～48.0 ℃穩(wěn)溫段；定色后期干球溫度普遍存在2個(gè)穩(wěn)溫點(diǎn)，即50.0～52.0 ℃過(guò)渡段和54.0～55.0 ℃穩(wěn)溫段。綜上分析，不同產(chǎn)區(qū)烘烤過(guò)程中干球溫度控制差異很小，但濕球溫度控制存在一定差異，比如贛西煙區(qū)變黃中期至定色期濕球溫度控制較低，贛南煙區(qū)下部葉濕球溫度控制略高，贛中煙區(qū)上部葉濕球溫度控制略高。

2.4 不同產(chǎn)區(qū)烘烤習(xí)慣分析

不同產(chǎn)區(qū)煙葉?？玖?xí)慣及烘烤特征描述分析見(jiàn)表5～6。隨著采烤煙葉部位的上升?？緯r(shí)間逐漸延長(zhǎng)，其中以最后一次采烤前?？緯r(shí)間最長(zhǎng)，普遍為6～8 d。通過(guò)分析各產(chǎn)區(qū)烘烤特征，各產(chǎn)區(qū)在執(zhí)行烘烤工藝方面均存在各自特點(diǎn)，烘烤大數(shù)據(jù)分析可以對(duì)穩(wěn)溫點(diǎn)數(shù)量、垂直溫差、階段時(shí)間比例等情況進(jìn)行綜合運(yùn)算分析。

3 討論

通過(guò)大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，江西各產(chǎn)區(qū)煙葉?？酒诓▌?dòng)較進(jìn)烤期波動(dòng)更大，這與大田后期田間均質(zhì)性和管理操作相關(guān)，煙葉采烤周期受采烤次數(shù)影響較小，煙農(nóng)烘干烤房比例與下部葉采烤前天氣狀況影響較大，2023年江西產(chǎn)區(qū)雨水偏少因此烘干烤房比例偏低。

烘烤時(shí)間和溫濕度點(diǎn)控制是烘烤工藝的核心內(nèi)容，不同產(chǎn)區(qū)在各關(guān)鍵溫度點(diǎn)穩(wěn)溫時(shí)間、總烘烤時(shí)間和三階段時(shí)間比例方面存在一定差異，這與各產(chǎn)區(qū)鮮煙素質(zhì)差異和烘烤習(xí)慣有關(guān)；目前，江西產(chǎn)區(qū)在烘烤過(guò)程中干球溫度點(diǎn)的控制較為一致，在關(guān)鍵過(guò)渡段和穩(wěn)溫點(diǎn)方面基本趨于相同，但在濕球溫度控制方面存在一定差異，這與采烤期間天氣狀況和煙葉烘烤特性有較大關(guān)系。

煙農(nóng)烘烤習(xí)慣對(duì)采收烘烤質(zhì)量有較大影響。目前，煙葉烘烤物聯(lián)網(wǎng)的作用主要集中于煙農(nóng)實(shí)時(shí)在線查看和異常預(yù)警，通過(guò)大數(shù)據(jù)對(duì)烘烤特性的分析較少，該研究發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)區(qū)在執(zhí)行烘烤工藝過(guò)程存在一定差異，主要集中在烘烤關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)量設(shè)置、觀察棚選擇、烘烤總時(shí)間把控、干筋階段時(shí)間控制、排濕策略、升溫策略等方面。

4 結(jié)論

煙葉烘烤數(shù)字化轉(zhuǎn)型是必然趨勢(shì)，在統(tǒng)一烘烤物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)格式的基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)分析軟件可以快速實(shí)現(xiàn)烘烤執(zhí)行情況分析、烘烤時(shí)間分析、烘烤關(guān)鍵溫濕度控制分析，并分析煙農(nóng)烘烤習(xí)慣，以上分析結(jié)果可通過(guò)微信小程序、APP等實(shí)時(shí)反饋至煙葉管理端，可實(shí)現(xiàn)煙葉烘烤大數(shù)據(jù)管理，為烘烤決策、工藝優(yōu)化、技術(shù)指導(dǎo)提供大數(shù)據(jù)支持，持續(xù)推進(jìn)煙葉烘烤高質(zhì)量發(fā)展。

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