基于物联网技术的茶园灌溉节能监测平台的设计

2018-01-19康俊霞

福建茶叶 2018年6期

康俊霞

（张家口职业技术学院，河北张家口 075000）

1 物联网技术下监测平台发展现状

1.1 物联网技术概论

物联网技术是以互联网为核心和基础，进行物物信息交换和通信的计算机技术。物联网与互联网的区别是摒弃了计算机PC终端系统，而采用嵌入式系统及配套传感器。物联网将“网络”与“物品”相联结，只要是联网的设备就能进行数据监测和人为控制。目前，智能家居时代逐步进入人们的生活之中，各类大型厂房设备、家庭电器等都嵌入传感器和互联网联结。因此，物联网的技术前景发展较好。但由于现阶段智能设备还不普及，并且人们以往的设备使用习惯短时间内无法改变，所以，现今物联网技术不像当初互联网一样，能呈现出爆发性的应用发展。经物联网使用调查报告显示，百分之七十的使用者认为物联网智能传感监控仅仅是以往设备使用感的“锦上添花”，达不到硬性需求的标准。只有百分之三十的用户群体认为物联网促进了生活品质。物联网技术还需继续发展和升级，让普通用户形成物联网设备使用习惯。

1.2 计算机集群监测平台

计算机集群是通过无数个高密度计算机软件连接起来的高端技术。计算机集群下的监测平台，能够对设备进行全方位监测并对数据进行分析优化。在茶园灌溉节能监测平台中茶园的面积广阔，传感器设置分散，需要以庞大的计算机群作为后部力量，才能够对大面积的茶园土壤水分及灌溉用水进行实时监测，目的是得到最准确的数值。并且计算机群下实时监测速度同步性及监测结论分析输出的速度比单个计算机要快。但计算机集群的体系构建复杂、费用昂贵。因此，大多只用于高级茶种茶田的监测，而我国计算机集群研究组正在不断创新，改良计算机集群的硬件设施可以降低计算机集群的使用成本。

1.3 物联网监测平台应用实例

物联网监测平台在二十世纪末被提出，在二十一世纪初得到发展。因此，物联网监测平台的多应用在现代高科技产物和常用电子设备上。首先，物联网技术对国家做出了巨大贡献。其技术应用在敌情监测、公共安全监测等方面，为我国的军事安全和居民的人身安全提供了保障；其次，物联网技术为人们的日常生活提供了便利。小到楼宇照明管控、智能消防监测，大到食品安全监测、重疾护理监测，都有物联网传感监测技术的应用。在大众进行交通出行时，交通实时监测能为人们合理规划路线，避免拥堵区域；最后，物联网几乎在所有大型基础设施建设上都设置有监测平台。在大坝水利、电路电网、桥梁公路等方面，物联网技术不仅对设备本身进行监测，实时报备修复问题；还对基础设施外的环境和建造基础设施的目的成果进行监测，这大大提高了基建的使用性和政府人员管控的便利性。

2 物联网技术下茶园灌溉节能监测平台设计分析

2.1 智能感应灌溉系统

物联网技术下的茶园灌溉节能监测平台，自设智能感应浇灌系统。浇灌方式摒弃了以往的淹灌和漫灌，而采用滴灌和喷灌。一方面，通过物联网云计算的技术解析，得出茶园所需水分的数值后，监测平台对喷灌和滴灌的出水量进行微调灌溉；另一方面，智能传感与工作人员的电脑或手机等移动设备相连，在人员外出时，也可以通过手机发来的实时监控图像和数据分析，对浇灌量进行手动调节。但现今的智能监测系统在有移动网络的情况下才能操作，在信号不好的地方无法实施。因此，完善远程智能管控，实现无人化智能茶园的灌溉管理成为当今物联网技术人员设计茶园灌溉节能检测平台的首要目标。

2.2 废水处理管控系统

茶园的灌溉节能不仅要节约水源，还要合理处理甚至利用废水，形成茶园内的自有水源生态循环圈，这里的废水指的并非污水脏水而是多余被废弃的水。以江南地区的茶园为例，江南位于亚热带季风气候区，每年的雨季降水量非常大，且气候常年潮湿，因此，江南地区茶园的土壤含水量相比其它地区更高，所需的灌溉水量也更少。茶园监测平台下的污水处理系统便是针对降雨量多的区域而设计的。在每年的五六月梅雨季节，此时降雨量增多，茶园所需水分已经饱和，多余废水依旧在土壤上漫灌，造成土壤水分过度饱和；特别是在阵雨后的阳光下被平地蒸发。废水处理管控系统下，开辟出与临近河流相应的管道，将监测出来的多余水量，以斜坡管道输出形式对河流进行补给，再流入居民的水龙头中。除此之外，降雨量十分不稳定的部分地区，还可以将多余的废水进行储存以便二次浇灌使用。

2.3 自然环境监测系统

茶园灌溉节能的自然环境监测系统主要分为两个方面。其一，对土壤含水量及根茎吸收度进行监测解析。监测系统通过RFID传感对土壤水分及茶叶根茎吸收成分进行实时监测，对向阳方向的缺水土壤进行针对性浇灌，而非直接系统模式化的按时浇灌。自然环境监测下的针对性浇灌，只对有需求的土地进行灌溉，可以最大限度的节约水资源和电力资源；其二，对实时天气和风向进行监测，以此来决定浇灌量的大小。如果在雨季，还按时进行人工浇灌的话则是对水资源的浪费。在固定浇灌系统模式下，对降雨量及风向进行监测，可以实时改变当下浇灌量。对于降雨量达到土壤所需要求的时段便不浇水；对于大风干燥天气则多浇水，稳固茶叶根茎并保持土壤营养成分。

3 物联网技术下茶园灌溉节能监测平台优化策略

3.1 开发远程管控系统

首先，利用互联网技术下多射频传感及智能设备的关联性，提升茶园设备与工作人员手机的敏感度，让其在有网情况下的实时监测数据同步性增强，同步时段误差减弱。在手机上安装智能终端实现跨省操作；其次，在远程控制平台上进行分屏监测互动。茶园的自然环境监测结果图像报告、多余水源图像报告及茶叶实时状态监控分三屏进行展现，使工作人员不在现场时也能精确掌握茶园动态，进行自主分析后，再远程控制茶园各个设备；最后，在工作人员的远程控制终端上增加平台修复一项。根据新技术的增加或茶园灌溉监测平台的漏洞发现，工作人员对监测平台进行远程修复控制。综上所述，远程管控系统将远程技术渗透在茶园监测平台本身及平台下各设备的大数据交换，增强茶园管控的安全性和有效性。

3.2 人工智能自主监测

人工智能（即AI技术）是未来茶园灌溉节能检测平台的主要发展方向。在设备智能化的科技发展下，无人机、无人超市、无人车及AI技术逐步发展，并开始应用在社会管理的各个方面。设计人工智能自主监测系统，给计算机输入人脑思维对于茶园灌溉量及各种突发事件，能够模拟人脑思维进行自主解决。当人工智能监测技术成熟后，可以与平台的智能管控及设备监测相互联结，对茶园灌溉节能监测平台及其下的检测工具进行定期更新修复，实现“无人化”智能茶园管理。除促进科技茶园及节能监测平台的优化发展外，AI技术能够让它在茶园监测平台中的应用，促进自身技术的完善，提升我国科研成果。从而增加高科技人才就业机会，进而全面落实我国“科教兴国”政策。

3.3 完善射频技术标准

现阶段茶园灌溉节能监测平台的最主要问题就是物联网下的图像数据与实地数据不同步。因此，必须完善物联网技术的射频标准，使其实时监测数据达到误差不超过一秒的精确数值。第一，将物联网的技术感知层及传输层的传感网状脉络进行完善。增设光源传感、音源传感、触觉传感及温度传感等多个传感层，扩大射频覆盖区域；第二，通过改善网络构建层的射频技术提高监测同步率。将普通5G SHF ISM在可控范围内进行适当增加；第三，对监测平台的数据及时更新防护，将平台的垃圾软件及海量存储进行清理，对数据的安全进行修复和保护，最大限度的保证监测平台自身的有效性。