智慧茶园技术应用研究进展与展望_刘明丽.pdf

收稿日期:2022 09 05基金项目:由宜宾市科技计划项目(2021NY001)支持。作者简介:刘明丽(1994 年 )，女，主要从事茶叶生产与利用方面的研究。E-mail:1339068067 qq com智慧茶园技术应用研究进展与展望刘明丽曾旭刘云黎婉清刘娜彭云陈云柯黎明勇*(宜宾市茶产业研究院，四川 宜宾 644000)摘要互联网+的现代茶产业技术发展应用越来越广泛，智慧茶园作为茶产业发展进程中重要组成部分，对整个产业的发展有着重要作用。目前智慧茶园技术在智能监测、水肥一体化、绿色防控、质量安全溯源等多个领域有着广泛应用。该文就智慧茶园技术在各地茶园中的应用情况进行综述，在此基础上对新信息化技术与茶产业发展趋势进行了展望，以期为今后新技术在茶园中的创新性研究提供一定的借鉴与思考。关键词智慧茶园;智能监测;绿色防控;溯源中图分类号:S571 1文献标识码:A文章编号:0577-8921(2023)01-013-04esearch progress and prospect of intelligent teagarden technology applicationLIU Mingli，ZENG Xu，LIU Yun，LI Wanqing，LIU Na，PENG Yun，CHEN Yunke，LI Mingyong*(esearch Institute of tea Industry，Sichuan Yibi 644000，China)AbstractThe development and application of internet plus modern tea industry technology is moreand more extensive As an important part of the development process of tea industry，intelligent teagarden plays an important role in the development of the whole industry At present，intelligent teagarden technology is widely used in many fields such as intelligent monitoring，water and fertilizerintegration，green prevention and control，quality and safety traceability In this paper，the application ofintelligent tea garden technology in tea gardens was reviewed On this basis，the development trend ofnew information technology and tea industry was prospected，in order to provide some reference andthinking for the innovative research of new technology in tea garden in the futureKey wordsIntelligent tea garden;intelligent monitoring;green prevention and control;traceability中国作为茶树的原产地，是世界上最先发现茶和利用茶的国家1。茶树是我国重要特色经济作物之一，作为茶叶生产大国，我国茶园种植面积较广，据 2021 年统计，我国茶叶栽种面积达到 4896 万亩，干毛茶总产量达 306 万吨，并且生产出来的茶叶75 15%以国内消费为主2 3。如此看来，随着我国茶叶消费的日益增长，人们对饮茶品质提升和快速科技集成应用成为了未来茶产业发展的重点。随着我国互联网+物联网+移动互联+5G 网络+人工智能+大数据+云计算+区块链+传感技术等多种新技术的日益成熟，实施“智慧农业”行动，有利于推进现代农业农村发展生产经营的标准化和管理服务的智能化4 6。所谓智慧农业，就是将物联网等多种新科技应用到农业生产的各个领域7。目前，我国茶园生产经营的标准化、智能化、可视化需要这些新技术的引导，提升茶园农业技术装备水平的同时推进现代农业机械化。在农业与信息化技术密切融合的同时促进智慧茶园的发展，从而提升茶产业领域的生产力水平。智慧茶园，是指基于物联网技术建立智慧茶园茶叶Journal of Tea2023，49(1):13 16控制系统，该系统具体包括服务平台、数据传输网络以及终端设备8。在智慧茶园的控制系统中运用新科学技术，全方位感知、管理、监测、分析、分享，再整合全产业链关键信息，实现对茶树的整个生长周期进行监测管理，从而为茶园管理人员提供专业可靠的数据信息。例如，利用物联网技术，对茶树地下的土壤环境和地面上的整体环境因子安装各类所需的传感器系统，通过实时监控，采用图像、视频和传感器的方式搜集传输茶园土壤理化成分、土壤酸碱度、温度湿度、光照强度、大气压力、风速风向等各方面数据。实现传统茶产业的转型升级，就需要将智慧茶园的理念向茶产业的各个领域延伸，从而推动整个产业的发展。如今随着科技的快速发展，智慧茶园技术在我国茶叶生产中有着一定的应用。在茶叶生产各环节，信息技术快速整合茶产业相关资源配置，高效快速的进行智能响应，在决策信息反馈，从而促进茶园信息化，茶叶生产可溯源化。该文就目前智慧茶园技术的应用研究进行综述，以期为今后的相关应用研究提供一定的参考与借鉴。1智慧茶园技术综合管理云平台智慧茶园管理云平台是一个可视化的管理平台，基于物联网应用的信息技术和数据库管理系统，对茶叶生产的全过程进行实时监控，包括茶园种植的周围环境、生长周期、气候变化、产品生产加工流通等各环节9。平台经过统一管理中心进行各项指标数据的决策分析，最终采用“一张图”技术，结合用户端管理平台，将全部的信息资源采用一张图管理、全部的设备由一张图控制、相关事宜由一张图来显示，从而完成对全茶园信息的可视化管理10。黄晨晖等11 研究采用无线传感与云服务器结合远程测控平台，将通过终端无线传感器组收集到全部关于茶园环境因子的信息传输到 ZigBee 协调器，在经过 PC 端处理，这些茶树培育信息会上传到云端服务器，在根据这些信息智能决策后控制设备，从而控制茶树的培育环境。蔡绍博等12 利用 Loa 通信网络、传感器、MQTT 协议技术联合获取茶园环境相关数据信息，采集到的数据在发送至云端通信平台，客户端通过平台可直接看到数据转为可视化的图形，从而实现智慧富硒茶园环境信息智能监测。海涛等 13 基于 LPWAN 物联网云平台技术，将 Loa 和NB-IoT 网络采集的茶园环境参数信息上传到云平台，服务器对相关数据分析处理后，同步到 PC 端和移动端，最终实现对茶园的远程监控和智能化管理。通过建立的管理云平台，专家和茶农可以实时掌握茶园内的情况，针对茶产品生产环节出现的问题提前做出相应的保障措施或管理办法，最终实现全茶产业链的“信息数据化、生产自动化、服务网络化”。目前，国内以福建省的茶企为代表建设的茶业智慧园最多，例如武夷星、品品香、祥苑茶、誉丰国心、华福建农垦茶业等有限公司及安溪桃源有机茶场等。其中武夷星公司就是利用物联网技术构建智慧农业信息化云平台，通过该平台企业管理者可实时掌握整个智慧茶园生产情况，平台也会实时预警、智能分析和远程控制，“一张图”即可为企业提供精准化种植、可视化管理和智能化决策服务。2智慧茶园技术的应用2 1茶园智能“四情”监测系统茶园“四情”监测系统主要包括:田间气象站、土壤墒情监测仪、虫情测报仪、视频监控，该系统采取实时监控的方式，智慧化监测与科学化归纳，搜集茶树生长情况、田间虫情、土壤条件、生态环境和气候因素等数据，为茶园种植提供科学的建议与指导14 15。一般环境四情监测系统主要对茶园气象环境(光照强度、太阳辐射、CO2、降雨量、气候温湿度、大气压、风速风向风力、年积温等);茶园种植基地的土壤墒情状况(土壤 PH、土壤含水量、土壤温湿度);茶树虫口情况(虫口数量和虫口种类);茶树生长态势和情况等指标进行系统监测和管理，数据传至平台后实时远程查看各项指标情况，对应做出准确的调整，以保证茶树健康的生长。今年，四川宜宾在万亩茶园安装农业小型气象站和土壤墒情监测站，通过智能物联网环境监测系统，根据监测茶园土壤的温湿度、电导率及 PH，雨量PM2 5、PM10、风速、风向等数据对各类气象灾害发生做出预警，从而实现智能化茶园管理，保障茶叶质量与产量;贵州丹寨也在县政府的支持下，启动了东西部协作 5G+智慧茶园，通过物联网技术，在茶园建设了多个监测系统，包括视频监控、产品溯源、虫情监控、气象分析、土壤墒情等，实时监测茶树生长情况，实现智慧茶园数字化、智能化、精细化管理。由福建省气象局自主研发的监测站“农气宝”，在南平市白云岩茶厂小武夷茶园投入使用，该监测站主要对茶叶生长温湿度、光照强度、CO2浓度及土壤温湿度等数据进行自动监测与传输;武夷山星村镇燕子窠生态茶园“智慧茶山”气象示范站于去年建设成功，气象站主要是对茶园生态气温、光照、紫外线、光合有效辐射、空气相对湿度、风向、风速、土壤温度41茶叶49 卷和水分、降水等要素进行定时、连续、定位观测，数字化管理“智慧茶山”种植，从而实现生态茶园建设。2 2茶园智能水肥一体化管理系统茶园智能水肥一体化管理系统主要为灌溉和施肥系统，在该系统中应用物联网、计算机和无限通讯等技术，根据茶树生长所需水量和肥料，系统自动监测茶园土壤水分和需肥种类规律后自动设置水肥轮灌供给计划，以最大程度优化灌溉和施肥从而控制茶树生长16 18。在茶园安装水肥一体化系可以提高土壤养分，改善土壤水质，从而保障茶叶产量和品质19。贵州经典茶业公司在茶园建设水肥一体化示范园，规划包括自动化施肥灌溉等多个系统，实现茶树生长全过程有针对性的施肥，减少肥料挥发以及流失。安徽祁门天之红生态有机茶园构建了智慧茶园控制管理系统，终端根据茶园土壤环境、土壤养分含量和茶树在不同生长期的需水、需肥规律，定时定量并按比例给茶树供水分、有机质、养分，使茶树生长所需的物质营养得到合理利用，这种实施远程水肥一体化管理操作也被称为“云施肥”。江苏扬州、湖北恩施先后都在山地茶园安装了滴灌水肥一体化系统，借助压力把肥液和水按比例混合后喷洒至茶叶全身，实现茶园管理操作省时、省工、节水。在 2016年，华祥苑就完成茶园水肥药一体化喷灌系统专利的授权，该系统设计了四个系统，包括需求中央控制系统、探测系统、进出控制系统、混匀系统，一体化完成水、肥、药作业，提高茶园自动化管理。2 3茶园智能绿色防控系统智慧茶园绿色防控主要是以物联网及大数据等信息技术为基础，在茶园安装智能虫情测报及智慧性诱测报系统等，在无人监管的情况下，系统会实时查看茶园虫口情况，自动完成虫害计数、诱虫杀虫、拍照运输等作业，通过数据信息化操作提高茶园病虫害疫情及灾害预警和绿色防控能力，进而促进茶产业发展20 22。乐山沐川采用太阳能智能虫情测报仪、气象站、太阳能物联网杀虫灯对茶园主要病虫害预警进行综合防治，实现诱虫、杀虫、收集、分装、配合，将病虫害降到最低，达到 5G+智慧茶园促进茶产业提质增效。浙江金华在汤溪九峰茶园采用军用技术和物联网技术多功能智慧终端的远程操控，通过声光控技术影响茶假眼小绿叶蝉的生活习性来控制虫口数量，实现茶园智能绿色防控。另外，西湖龙井区的茶场村安装了小绿叶蝉虫情测报和靶标虫害声光精准防控系统，小绿叶蝉虫情测报系统是通过远程图像采集、处理和智能分析，对小绿叶蝉虫情进行测报和预警;靶标虫害声光精准防控系统是根据小绿叶蝉的声敏特性，对茶园发射无规律的声波扰乱害虫间的通讯及空间定位，进而阻断虫口交配和繁殖，最后依据害虫光敏特性远程控制光源发射特定波长光源，实现小绿叶蝉的精准杀灭。3茶园质量与安全溯源系统茶园质量与安全溯源系统，采用自动数据采集技术和全程视频监控系统，对茶树种植、采摘、加工、仓储、物流、销售全部环节建立追溯系统网络平台，实现茶产品质量安全全过程监管23。在茶叶经过的每个环节都会进行唯一标识及视频记录并相互链接，使得每个产品上都有唯一的溯源二维码，在大数据监测下，每个阶段产品相关信息进行“数字化”管理，建立透明的“身份档案”，有效的降低假冒伪劣产品数量。如果产品出现了问题，也可以通过“身份档案”标记进行追溯，这大大地缩小了茶叶安全问题的范围，从而提高茶叶品质和质量，因此智慧溯源系统确保消费者从“茶园”到“茶杯”的质量安全24 25。经调查发现，从 2011 年开始，福建安溪的县政府已经开始建设“农资监管与物流追踪平台”，实行“一品一码”明确身份，从而确保茶叶生产投入品使用的安全与可追溯;在2019 年，又启动铁观音“数字茶叶”云平台，完成铁观音茶叶质量安全追溯、全产业链的实时监测预警。2021 年，在物联网等技术的支持下，浙江金华更香有机茶业开发有限公司安装了茶叶数字化生产线，在数字化生产线总控云平台，工作人员可通过监控视频高清的查看及调试各条生产线，每台机器作业时，系统都可对设备工艺数据进行采集后上传至总控云平台，平台对工作数据进行分析整合后可以更好的指导茶叶加工，实现由“经验做茶”向“数字制茶”改造升级，让今后茶叶生产更加标准化、规模化、数字化。今年，泉州永春苏坑镇嵩山村建立了高标准智慧茶园，其中就包括了茶园溯源直播系统和茶园生产管理系统，茶园溯源直播系统主要为溯源直播平台、环境数据监测和视频摄像头，通过给消费者展现茶园最真实的状况，实现远程监管茶园规范种植;茶园生产管理系统主要是通过云平台可查看茶叶流通全环节，包括育苗、播种、施肥、养护、采收、加工、入库、包装等环节，形成了明确的可追溯信息。4结语和展望面对当前茶产业发展向好的趋势，“十四五”是51第 1 期刘明丽等智慧茶园技术应用研究进展与展望我国茶产业和茶科技结合发展的重要战略机遇期。我国作为全球最大的茶叶生产国和消费国，加快智慧茶园技术建设是茶产业今后发展目标之一。应用多样化信息技术，引领我国智慧茶园的发展，促进传统茶产业转型升级，提升产业优势，形成农民增收、企业增效的社会良性循环。在互联网+的背景下，互联网赋能“小茶叶”变“大产业”，贯彻互联网+理念，积极探索新发展模式，带动茶产业持续化升级。安溪作为中国第一茶都，在 2021 年底“安溪铁观音 1 号”卫星发射入太空，安溪的智慧茶业迈入“遥感+农业”时代，相关部门、茶企、茶农可应用大数据、卫星遥感及现代光学技术对茶园进行规划管理评估，开展茶园常规的预防检测和测算，进而借云端动能打造智慧茶产业。因此，未来应用物联网、区块链、云计算、大数据、移动互联等新一代信息化技术与茶产业生产的各个环节相结合，推动“互联网+”现代茶产业发展改造升级，实现全产业链信息化，已成为未来发展的主流。同时，着重以茶产业发展生态、绿色、智能、健康、安全为重点，实现中国茶产业链标准化、智能化、数字化、信息化。参 考 文 献1谢孝明，罗以洪 中国茶树原产地中心新论 茶叶通讯，2021，48(3):385 3912谭忠诚 古代茶叶种植技艺对现代的启示 茶叶通讯，2018，45(4):33 353梅宇，梁晓 2021 年中国茶叶生产与内销形势分析 中国茶叶，2022，44(4):17 224Muralidharan C，Sirajudeen Y M，Anitha Synergy of Internet ofThings withCloudArtificialIntelligenceandBlockchainforEmpowering Autonomous Vehicles 2021，945:225 2445Zhang Z，Zhao J，Li Z Preliminary Analysis of The Application andDevelopment of Big Data，Cloud Computing，IoT，Mobile Internet，AI，and Blockchain In The Power Scene Proceedings of the 3rdInternational Conference on Information Technologies and ElectricalEngineering，Kitakyushu Japan 2020，526 5306Han H，Liu Z，Wang X，et al esearch of the elations AmongCloudComputing，InternetofThings，BigData，ArtificialIntelligence，Block Chain and Their Application in Maritime FieldJournal of Physics:Conference Series，2021，1927(1):012 0267徐晓雨，张旭，朱勇 基于物联网技术的智慧农业监控系统设计信息记录材料，2018，19(5):100 1028疏再发，吉庆勇，金晶，周慧娟，郑生宏，何卫中 智慧茶园技术集成与应用 中国茶叶，2022，44(3):10 169陈兰 基于物联网的智慧茶园数据采集管理系统的设计与实现浙江理工大学(硕士论文)，201910张宏 基于分布式计算的设施农业物联网云平台研究与设计 南京农业大学(硕士论文)，201711黄晨晖，刘德彬，李浅屏，林凯强，易金聪 基于 Zigbee 和云服务器的茶园远程测控平台设计 福建电脑，2017，33(6):25 26，2812蔡绍博，蔡绍硕，张军，夏志波 基于 Loa 与 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