“十四五”時期我國將大力推進數字鄉(xiāng)村建設，發(fā)展智慧農業(yè)。在我國全面系統(tǒng)實施鄉(xiāng)村振興、健康中國和共同富裕大戰(zhàn)略矩陣的時代背景下，如何有效加快物聯(lián)網、大數據、區(qū)塊鏈、人工智能、5G、智慧氣象等現代信息技術在生態(tài)茶園數字化建設領域的輕量級應用，大力建設數智化生態(tài)茶園，已經成為“十四五”期間及未來更長一段時期生態(tài)茶園的發(fā)展方向。但現階段生態(tài)茶園數智化輕量級應用研究仍處于起步階段。

杭州市第九批科技特派員團隊根據杭州的茶產業(yè)特征和區(qū)域優(yōu)勢，以杭州有機生態(tài)茶園數智化輕量級應用研究試點，設計集成開發(fā)了一套以有機生態(tài)茶園資源數字化保護為核心的茶園數字化系統(tǒng)，實現了傳統(tǒng)有機茶園粗放式管理向數智化精準化管理的轉型，提升了有機茶的產量和品質，推進了杭州有機茶產業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。

▲富陽淥渚鎮(zhèn)有機茶園

01

項目建設思路與技術線路

1、項目建設思路

創(chuàng)新構建“1+N+1”科技特派數智服務模式(1:1個科技特派員服務團隊，N：多個跨專業(yè)群全產業(yè)鏈智庫專家，1:1個智慧有機茶園全生命周期數字化系統(tǒng))，聚焦杭州有機茶園這一綠色特色產業(yè)，綜合利用無人機、區(qū)塊鏈、人工智能(AI)、5G、云計算等技術，分期有序開發(fā)“有機茶種質資源生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、有機茶無人機飛防系統(tǒng)、有機茶綠色病蟲害防控系統(tǒng)、有機茶水肥藥一體化調控系統(tǒng)、有機茶全生命周期智庫專家系統(tǒng)、有機茶融媒體新型態(tài)電商系統(tǒng)”六大數字化矩陣系統(tǒng)，系統(tǒng)賦能杭州有機茶園有機茶種質資源數字化保護、有機茶數字化生產、有機茶數字化加工、有機茶數字化儲運、有機茶數字化營銷等環(huán)節(jié)，貫通有機茶產業(yè)鏈、有機茶供應鏈、有機茶資金鏈、有機茶創(chuàng)新鏈，打造“科技特派助力杭州有機茶全產業(yè)鏈全生命周期數字化管理”新模式，實現杭州有機茶全產業(yè)鏈數字化蝶變，打造“1+N+1”科技特派數智服務模式助力鄉(xiāng)村振興賦能共同富裕杭州富陽樣板。

2、項目技術路線

基于Spring Cloud架構的有機茶園數字化系統(tǒng)構建遵循以下技術路線：根據“1+N+1”科技特派數智服務模式組建跨專業(yè)群研發(fā)團隊，收集國內外參考文獻，對國內外該領域研究進行系統(tǒng)分析，實地走訪杭州及周邊有機茶園;根據杭州有機茶園全生命周期數字化管理的實際需求，研討并形成該項目的總體方案;根據基于Spring Cloud架構的有機茶園數字化系統(tǒng)設計要求進行系統(tǒng)布局及六大子系統(tǒng)功能分解;開展Spring Cloud、MVVM開發(fā)模式、無線通信技術、基于多傳感器數據融合的有機茶種質資源生長環(huán)境數據采集技術、基于動態(tài)圖像識別的有機茶綠色病蟲害視頻監(jiān)控技術等關鍵共性技術研究;搭建有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)、有機茶無人機茶園飛防系統(tǒng)、有機茶綠色病蟲害防控系統(tǒng)、有機茶水肥藥一體化調控系統(tǒng)、有機茶全生命周期智庫專家系統(tǒng)、有機茶融媒體新型態(tài)電商系統(tǒng)六位一體的有機茶園數字化管理平臺;結合杭州有機茶園全生命周期數字化管理實際需求進行算法改進、平臺性能檢測和軟件著作權申報;完成基于Spring Cloud架構的有機茶園數字化系統(tǒng)設計、開發(fā)和實地部署。

02

系統(tǒng)總體架構設計

整個有機茶園數字化系統(tǒng)主要應用于有機生態(tài)茶園的綜合管理。系統(tǒng)主要將傳感器技術、無人機技術、無線傳輸技術、Internet、3G/4G/5G網絡及LoRa等物聯(lián)網技術有機融合，有機茶園數字化系統(tǒng)按照物聯(lián)網的結構分為感知設備層、網絡傳輸層、平臺系統(tǒng)層和終端應用層四個部分，感知設備層主要包括各種傳感器、高清攝像頭、無人機、聲光警報器、水肥藥一體機等設備，主要負責有機茶園各類環(huán)境參數、視頻圖像的采集、無人機和水肥藥設備的調控;網絡傳輸層主要是由網關、匯聚節(jié)點等組成，主要負責有機茶園各類數據傳輸與預處理;系統(tǒng)應用層是由服務器端和客戶端(監(jiān)控中心客戶端、監(jiān)控中心大屏、遠程客戶端和移動客戶端)組成的有機茶園數字化系統(tǒng)應用平臺，主要負責對有機茶園進行環(huán)境檢測、飛防、管理、防控、調控、茶葉生產過程的全生命周期溯源和新形態(tài)電商等功能，系統(tǒng)整體框架圖如圖1所示。

03

平臺架構與實現

1、系統(tǒng)采用技術框架

有機茶園數字化系統(tǒng)采用Spring Cloud微服務框架，由注冊中心、代理網關、服務消息、容錯等公共件組成。Spring Cloud一般用于快速搭建分布式系統(tǒng)應用，其主要包括Zuul技術(服務網關)、Eureka技術(服務注冊與發(fā)現)、Hystrix技術(全鏈路監(jiān)控、服務熔斷)、Ribbon技術(負載均衡)、Feign技術(Web服務客戶端)等技術。利用Spring Boot的開發(fā)便利性巧妙地簡化了分布式系統(tǒng)基礎設施的開發(fā)，Spring Cloud基于Spring Boot提供了一套完整的微服務解決方案，微服務圍繞業(yè)務能力進行構建，使用Spring Boot的開發(fā)風格通過全自動部署機制獨立部署，做到一鍵啟動和部署，服務可以采用不同的語言開發(fā)，采用不同的數據存儲技術，有機茶園數字化系統(tǒng)采用的Spring Cloud微服務框架如圖2所示。

有機茶園數字化系統(tǒng)采用了MVVM(Model-View-View Model，模型-視圖-視圖模型)前端架構模式，MVVM模式來源于MVC模式。View Model的雙向綁定是MVVM模式的核心思想，View和Model之間沒有聯(lián)系是MVVM與MVC架構模式的區(qū)別，而View Model和Model是進行雙向通信的，其視圖數據的變化將影響到數據源的數據，MVVM模式有效優(yōu)化了前后端開發(fā)的分離，有機茶園數字化系統(tǒng)采用MVVM代替MVC模式開發(fā)，數據源的變化將在視圖上進行反映，更便于業(yè)務邏輯重用，MVVC設計模式架構如圖3所示。

2、系統(tǒng)工作流程

有機茶園數字化系統(tǒng)將整個系統(tǒng)劃分為有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)、有機茶無人機飛防系統(tǒng)、有機茶綠色病蟲害防控系統(tǒng)、有機茶水肥藥一體化調控系統(tǒng)、有機茶全生命周期智庫專家系統(tǒng)、有機茶融媒體新型態(tài)電商系統(tǒng)六個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)作為一個微服務存在，統(tǒng)一定義每個微服務名稱，微服務之間既相互獨立，又相互調用協(xié)作，實現有機茶園管理人員“隨時隨地”對有機茶園進行精準數字化管理。用戶向有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)、有機茶無人機飛防系統(tǒng)、有機茶綠色病蟲害防控系統(tǒng)、有機茶水肥藥一體化調控系統(tǒng)、有機茶全生命周期智庫專家系統(tǒng)、有機茶融媒體新型態(tài)電商系統(tǒng)發(fā)起某個請求，例如有機茶園相關數據查詢、數據刪減、數據新增、數據修改、數據統(tǒng)計、數據上傳、數據下載等。有機茶園數字化系統(tǒng)工作流程圖如圖4所示。

3、客戶端與數據庫的交互

數據庫是整個有機茶園數字化系統(tǒng)數據處理的基石，其作為有機茶園數字化數據的載體，直接為上層應用提供數據支撐。因此，對于有機茶園數字化系統(tǒng)整體的可用性來說數據庫架構的設計至關重要，常見的數據庫架構設計有主備模式、主從模式和單點模式。其中，主從模式將數據庫分為一主多從，寫操作由主數據庫負責，讀操作由數據庫負責，在三種模式中安全性、穩(wěn)定性最優(yōu)，因此，有機茶園數字化系統(tǒng)采用主從模式作為數據庫架構，數據庫架構主從模式架構原理如圖5所示。

由于有機茶園數字化系統(tǒng)集成了六個子系統(tǒng)，系統(tǒng)在運行過程中需要存儲大量的原始數據信息，作為當下被最廣泛應用的數據庫之一的MySQL數據庫具有穩(wěn)定性好、處理速度快和安全性高等特性，因此，有機茶園數字化系統(tǒng)采用了MySQL 5.58版本的數據庫。

對每個子系統(tǒng)均設計了相應的數據庫表，主要包括有機茶種質資源生長環(huán)境數據存儲表、有機茶無人機飛防信息存儲表、有機茶綠色病蟲害信息存儲表、有機茶水肥藥一體化信息存儲表、有機茶全生命周期智庫專家信息存儲表和有機茶融媒體新型態(tài)電商信息存儲表六個數據庫表。每個表包含多個子表，例如，用戶信息表和設備信息表等，其中，設備信息表主要用于存儲有機茶園各類設備的相關信息，設備信息表結構設計如表1所示。

4、核心功能模塊實現與應用

有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)利用當前主流數據管理技術，根據數據資源屬性構建了有機茶種質資源數據信息系統(tǒng)(平臺)，實現了對杭州有機茶園茶樹生長環(huán)境的多維度實時監(jiān)測，為對杭州富陽有機茶園茶樹資源開展可視化、數字化和實時化的動態(tài)監(jiān)測和防控提供了技術支撐。

(1)有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)框架

有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)主要實現了有機茶園狀況的實時監(jiān)測和報警提醒，以及對有機茶園種質資源采樣工作進行數字化管理的功能。系統(tǒng)主要包括平臺登錄管理、平臺主界面布局、茶園檢測數據管理、采樣檢測報告管理和平臺報警管理五個模塊。用戶登錄該平臺后，首先可以實時查看有機茶園的狀態(tài)，若有異常，界面會有報警提示，便于茶園管理人員及時采取相應的管理措施。有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)框架如圖6所示、有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)主頁如圖7所示。

(2)有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)數據管理

有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)數據管理核心功能是對有機茶園狀況的實時監(jiān)測數據和有機茶園茶葉種質資源采樣檢測數據的管理。其中，有機茶園狀況的實時監(jiān)測數據管理主要指可以對有機茶園茶樹生長過程中的大氣壓、PM2.5、PM10、空氣濕度、雨量、溫度、光照、土壤pH值、土壤溫度、土壤濕度等10多項指標的歷史數據查詢、數據曲線顯示、歷史數據添加和歷史數據刪減;有機茶園茶葉種質資源采樣檢測數據的管理主要指對有機茶園茶葉種質資源采樣檢測數據添加、采樣檢測數據刪減、采樣檢測歷史數據查詢和采樣歷史數據曲線顯示等。有機茶園茶樹生長過程中歷史數據查詢界面如圖8所示。

(3)有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)的部署

項目嚴格按照規(guī)范流程在有機茶園科學勘察、選址、定位和部署各類高精度環(huán)境監(jiān)測設施，構建有機茶園茶樹生長環(huán)境多維度實時監(jiān)測模型，監(jiān)測系統(tǒng)由大氣壓傳感器、PM2.5傳感器、PM10傳感器、空氣溫濕度傳感器、雨量傳感器、光照強度傳感器、土壤溫濕度傳感器、土壤pH值傳感器等組成，將處理后的數據信息傳輸到系統(tǒng)服務器中，系統(tǒng)服務器按照統(tǒng)一的格式將采集的多維度環(huán)境數據實時存儲，通過系統(tǒng)應用終端可以隨時隨地查看歷史數據記錄，生成分析報告等，在杭州有機茶園部署的有機茶種質資源數字化監(jiān)測系統(tǒng)如圖9所示。

(4) 有機茶種質資源數字化系統(tǒng)應用成效

2022年夏天，持續(xù)高溫無雨的天氣引發(fā)杭州的茶園出現了嚴重缺水的問題，部分基地甚至出現了茶樹枯死的情況，杭州新嶺村近百畝有機茶園由于部署了有機茶種質資源數字化系統(tǒng)，數字化系統(tǒng)通過對數字化設備自動采集的有機茶園的空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、降雨量等諸多數據進行了大數據綜合分析，多次發(fā)出有機茶園的缺水和病蟲害的科學預警，有機茶園管理人員第一時間啟動有機茶水肥藥一體化調控系統(tǒng)和有機茶園專用綠色捕蟲設備，高效化解了近百畝有機茶園因持續(xù)高溫可能引發(fā)的缺水和病蟲害帶來的嚴重后果，數字化系統(tǒng)成功助力有機茶園實現了數字化抗旱保茶

04

結語

在國家積極實施鄉(xiāng)村振興、共同富裕戰(zhàn)略，浙江省大力推進數字浙江建設的大背景，以杭州有機茶園為科技特派員服務示范開展基于Spring Cloud架構的有機茶園數字化系統(tǒng)構建研究，搭建了有機茶園數字化系統(tǒng)，并實現了主要功能模塊，有效提升了杭州有機茶園的數字化水平，具體總結如下：

· 科技特派助力鄉(xiāng)村振興

科技特派員團隊通過基于Spring Cloud架構的有機茶園數字化系統(tǒng)構建研究和實施，為杭州有機茶園的整體項目數字化轉型升級、有機茶園有機茶葉種質資源與有機茶的數字化溯源提供了涉農全產業(yè)鏈技術協(xié)同服務，創(chuàng)新探索構建了科技特派員“1+N+1”全產業(yè)鏈實戰(zhàn)型矩陣式科技特派服務模式，初步打造了科技特派助力鄉(xiāng)村振興“高校+基地”科技特派服務富陽淥渚樣板。

· 數智服務賦能共同富裕

科技特派團隊已經持續(xù)完成基于Spring Cloud架構的有機茶園數字化系統(tǒng)的實地部署，并成功申請了軟件著作權，接下來科技特派團隊將在進一步完善系統(tǒng)功能的基礎上，重點優(yōu)化有機茶園茶可視化認養(yǎng)和新形態(tài)茶電商小生態(tài)功能，有序開展有機茶品牌數字化提升與新形態(tài)電商賦能共同富裕示范探索，力求打造科技特派數智賦能共同富裕“科技+產業(yè)”茶業(yè)共同富裕富陽淥渚樣板。

作者簡介：

丁勇

浙江經貿職業(yè)技術學院信息技術學院副院長、副教授，中國發(fā)展研究院農業(yè)農村品牌戰(zhàn)略研究中心研究員和特聘顧問，中國茶葉學會茶葉經濟研究專業(yè)委員會副秘書長，浙江省茶葉學會茶葉科普工作委員會委員，杭州市第九批科技特派員(數字茶園)，保護中國種“互聯(lián)網+行動”倡導者。擁有實用新型發(fā)明專利6項、軟件著作權10項目，先后發(fā)表EI、SCI論文10余篇，出版26萬字專著1部。

來源：中國茶葉加工

如涉及版權問題請聯(lián)系刪除