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    2. 新型低功耗廣域物聯網技術在智慧茶園中的應用

      隨著消費升級和市場需求的變化,茶產業也在不斷進行數字化轉型,實現產業升級。物聯網技術在茶產業中具有巨大的應用潛力,可以幫助茶農實現智能化管理,促進現代茶產業的發展。本期旨在探討NB-IoT技術在智慧茶園中的應用,為茶產業數字化轉型提供借鑒和思路。

      1 NB-IoT的技術特點

      NB-IoT技術是一種新型的低功耗廣域物聯網技術,是3GPP制定的物聯網標準之一。NB-IoT技術采用窄帶調制方式,可以在較低的功率和帶寬下實現廣域覆蓋,適用于大規模低功耗物聯網應用場景,具有低功耗、低成本的特點。

      2 NB-IoT技術在智慧茶園中的應用

      (1) 茶樹生長環境監測

      基于NB-IoT技術的茶園環境監測系統如圖1所示,該技術可以實現對茶樹生長環境(大氣溫濕度、光照、雨量、土壤溫濕度、土壤pH、土壤電導率等)的實時監測和數據傳輸,確保茶樹生長環境的穩定和優化,提高茶葉的品質和產量。

      2022年福建武夷山茶葉主產區遭遇嚴重旱情,筆者團隊使用基于NB-IoT的茶園生境監測系統,對武夷山興田鎮茶園進行監測。該系統采用太陽能供電,使用NB-IoT進行無線通訊,在旱情持續期間獲取不同深度土壤溫濕度的連續數據,對研究茶樹在干旱脅迫下的生理反應有重要意義。

      (2)茶樹健康狀況監測

      茶樹健康狀況的實時監測和數據傳輸可以基于NB-IoT技術實現,如圖2所示,蟲情監測裝置采用光、電、自動控制等先進技術,實現了無需人工干預的自動化操作,該裝置能夠自動進行誘蟲、殺蟲、蟲體。

      茶農可以通過電腦或手機訪問云平臺,獲取蟲情數據,從而了解茶園的病蟲害狀況。同時,茶農還可以通過電腦或手機將系統控制參數上傳至云平臺,云平臺將這些參數下發至監測裝置,實現對茶樹健康狀況的實時監測和數據傳輸,極大地方便了茶農的管理工作,使農戶得以及時發現茶樹存在的問題,并采取相應措施來防治病蟲害。

      (3)茶園灌溉控制

      普通的茶園管理者往往難以有效控制土壤濕度,導致灌溉工作存在不確定性和隨意性, 茶樹的水分需求無法得到合理滿足。

      有學者利用NB-IoT技術實現智能化水資源管理,根據設定閾值主動對茶園環境參數進行調控(圖3)。具體而言,在茶園中安裝土壤濕度監測裝置和茶園氣象站,用于監測土壤濕度、氣象條件和水消耗量。通過建立土壤含水量預測模型,并利用NB-IoT數據網絡將相關數據上傳至云端的自動灌溉管理系統,該管理系統根據監測數據和預測模型調整灌溉計劃,并通過NB-IoT發送控制信號至茶園灌溉設備,實現精準灌溉,幫助茶農節約水資源、降低勞動成本,同時保證茶樹的健康生長。

      (4)茶葉加工過程監測NB-IoT技術可以實現對茶葉加工過程的實時監測和數據傳輸,確保茶葉加工過程的可控和可追溯。有學者通過生產現場的傳感器記錄加工過程各環節的技術數據,并由NB-IoT通訊網絡將數據匯總至云平臺,利用茶葉品質評價模型對生產過程的數據進行分析,結合茶葉品質檢測機構對相關批次的檢測結果,建立成品茶品質與生產數據間的關聯,對改進茶葉加工工藝有積極意義。

      (5)茶葉物聯網溯源

      應用NB-IoT技術可以實現茶葉物聯網溯源監測數據的實時傳輸,尤其是在茶樹生長和鮮葉采摘環節,由于許多茶山處于偏遠山區,通訊信號微弱,應用NB-IoT技術更具優勢。

      通過茶葉溯源系統架構圖(圖4)可見,應用物聯網技術,對茶樹生長及茶葉生產、倉儲、銷售各個環節的數據進行實時記錄,消費者可以很方便地進行查詢。構建完整的溯源系統,可以幫助茶農提高茶葉生產和管理的透明度和責任心, 增強消費者對茶葉品質和安全的信任度和忠誠度。

      結語

      近年來,隨著物聯網的發展,這項技術在智慧茶園中的應用也越來越廣泛。盡管構建完整的智慧茶產業生態系統還需要結合其他技術和管理手段,如大數據、人工智能和區塊鏈等, 但NB-IoT技術作為基礎技術,為茶產業的數字化轉型和可持續發展提供了重要的技術支持,有助于滿足消費者的需求和期望,推動茶產業向更高水平發展。

      來源:中國茶葉

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