无线传感器技术在现代茶场生产中的重要性

摘要：自2009年8月总理提出"感知中国"以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入"政府工作报告"，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。其中，无线传感器网络是一门综合了多门学科的热门技术，利用其进行环境监测已成为现代茶场实时控制的一种有效方法。

关键词：无线传感器 物联网 茶场

随着茶叶的传播，目前茶叶的生产和消费几乎遍及全国和世界五大洲的国家和地区。我国是茶叶的故乡，加之人口众多，幅员辽阔，因此茶叶的生产和消费居世界之首。由于茶叶受到世界人民的欢迎，并成为三大饮料之一，所以世界茶业的发展速度也很快。目前，世界五大洲中已有50个国家种植茶叶，茶区主要集中在亚洲，茶叶产量约占世界茶叶产量的80%以上。茶叶生产和饮用已经历了几千年的历史过程，人们对茶叶的需求也出现新的要求。这是因为，在社会发展中，一旦人们对衣、食、住、行的要求得到了满足，就特别注重保健和文化生活方面的需求。茶，这种天然保健饮料必将愈来愈受到人们的青睐。与此同时，由于它含有大量的对人体起着一定的保健和防病的成分，更会吸引大量消费者去饮用它。茶叶已成为人们生活中不可缺少的伴侣。

现代茶叶种植发展迅速，不仅种植品种更多、规模更大，而且种植区域也更加集中，这给农业人员的管理和优化种植增加了难度和成本。为了解决这些问题，我国的茶叶种植正在向信息化和智能化的方向发展。只有应用先进的较低成本的信息采集手段，实时、精确地获取大棚环境信息，制定科学的管理决策，最后通过智能设备或人工控制等措施，才能提高种植作物的经济效益。

茶场茶叶长势的好坏、产品产量和质量的高低，关键在于温室内环境条件对于作物生长发育需求的适宜程度，因此准确监测温室内的环境因素才能确保高产、高效、优质和低耗。无线传感器网络是融合了嵌入式软件硬件、传感器、无线通信、芯片制造、智能控制等多种学科的综合性技术，这个新兴学科从一开始诞生就由于其潜在并广阔地应用前景而受到了众多学者和研究者的青睐，引起了学术届、工业界和国家安全机构等的高度关注，大有引起一场新技术革命的势头。无线传感器网络是由大量随机分布的微小节点组成的，网络节点自身带有传感器、数据处理、无线通信等模块，不需要任何网络基础设施，通过自组织的方式组网，借助其传感器模块，有效的与物理环境交互，能够协作的实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境和监测对象的信息，并把信息通过无线网络传输到数据处理中心。从某种意义上说，无线传感器网络将在逻辑上和物理上的信息世界融合在一起，极大的扩展了现有的网络范围并且提高了人类认识世界的能力。通过无线传感器网络，人们可以在任何时间、地点和环境条件下都能获得详细可靠的信息。目前具有这些特点的无线传感器网络已经广泛地应用在国家安全、国防军事、医疗卫生、环境监测、健康监测、物质跟踪、制造业、智能农业、家庭应用以及供应链管理等各个方面。

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是近年来新发展起来的学科，它改变了人类与自然界交互的形式，将客观上的物理世界与逻辑上的信息世界紧密地结合在一起，极大的拓展了现有网络的功能和人类认识世界的能力。在2003年的美国技术评论中无线传感器网络位于新兴十大技术的首列；同年的美国商业周刊将WSN称为全球未来的四大新技术之一。WSN实际上是一种特殊的Ad-hoc网络，传感器与嵌入式计算机、无线通信和电子等多学科技术合作，实时监控监测区域监测对象信息后，将处理后的信息传送给用户（王殊，阎毓杰，胡富平，2007）。无线传感器网络，以获得客观的物质世界信息，在许多领域的应用前景十分广阔，可应用于工业、农业、生物医学、环境监测、军事防御、危险区域远程控制等。

WSN的最根本的目的是采集监测区域内监测对象的信息。典型的无线传感器网络具体如下：通过飞机将大量传感器节点（数量从几百到几千）扔到监控地区，每个传感器节点通过自组织方法构建无线传感器网络。传感器节点是物理信息收集和发送者，而且根据某些路由规则将收集到的测量数据传送到汇聚节点。其中，汇聚节点（也被称为网关，基站）是一种特殊的节点，通过移动通讯网络，卫星通讯，互联网，与用户监控中心交互，还可以通过无人机飞越网络上空，将汇聚节点中的数据进行采集。它能够从根本上解决传统传感器网络的一些体积庞大，布线闲难等问题。闲此，常被用在某些难布线、能源供给不方便、或者人员到达闲难的地方和一些意想不到的地方 （如突发自然灾害，固定通信网络被破坏）等。也是因为WSN拥有抗毁性强，能够迅速扩大等特点，不需耍一个固定的网络做为支撑，可以广泛地应用于军事防御、工农业、交通运输、环境保护等领域。

茶叶培植基地环境监测是现代茶叶培植基地管理的核心。各类环境因子如温湿度、光照度、土壤酸碱度以及C02浓度等都严重影响着茶叶的生长和发育，特别对于像都匀毛尖茶这种需要特殊的生长环境的名茶，构建茶叶培植基地环境监测系统对研究环境因子与茶叶生长关系和实现智能培育茶叶都有着十分重要的意义。茶叶基地具有基地面积大，茶叶生长周期短，对环境要求高的特点，要创造适宜茶叶生长的人工环境，就是将监测系统中的温度、湿度、C02浓度和光照度等参数控制在合适的范围内。目前设施农业较为先进的国家，例如美国、荷兰、日本等的温室控制水平较高：荷兰的补光模块系统，以色列的Elgal温室环境控制及灌溉施肥装备，日本的集营养液监测控制和回收、视频监控等高新技术于一体的植物工厂。

另外，我国北京农业信息技术研究中心的网络型设施环境智能控制与管理系统（北京农业信息技术研究中心，2008）也较为先进。设施农业正向网络型、安全型进行转变。除不断改进硬件控制设施、利用分布式网络控制等技术进行软件开发外，农业智能生产装备其他重要研发方向就是节能节本、稳产增产，以及远程监测的应用。利用现代高新技术武装茶叶培植基地环境监测系统是必然趋势。将最新的无线传感网络处理技术应用于茶叶生态监测系统。利用无线通信的方式实现茶叶培植基地环境参数实.时监测的方法与目前的监测方式相比具有实时性强、监测项目更全面、更加节省时间人力物力、可操作性更强等多方面的优点，能够改变过去的监测方法，大大提高监测系统的自动化程度和以及监测设备安装的难易程度，运用无线通信可以达到便捷地对环境参数进行自动监测。另外由于茶叶需求量的日益增大，为了提高茶叶产量，提高茶叶成活率，利用无线通信的方式实现茶叶培植基地环境参数实时监测的方法己经成为今后的发展趋势，也必将对我国有效的利用空间，提高茶叶的产量具有重要的影响。