CN108834700A - 一种智能化茶园霜冻预防方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种智能化茶园霜冻预防方法，包括：准备霜冻预防设备：实时检测茶园内的小气候信息；在茶园实时温度低至4℃时，控制保湿剂喷洒器启动；在茶园实时温度低至2℃时，控制烟雾发生器启动；并检测到烟雾浓度高于预设烟雾浓度阀值时，启动防冻风扇。本发明提供的智能化茶园霜冻预防方法，通过预先在茶园中布置烟雾发生器、防冻风扇、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站以及智能控制模块，实时监测茶园内的小气候信息，并根据茶园内的小气候信息，分别控制烟雾发生器、保湿剂喷洒器和防冻风扇启动工作，以防治可能出现的不同程度的霜冻伤害，在确保茶园免受霜冻的伤害，合理利用资源，降低茶园霜冻防治的成本。

Description

一种智能化茶园霜冻预防方法
技术领域
本发明涉及农业气象灾害监测与控制领域，特别涉及一种智能化茶园霜冻预防方法。
背景技术
霜冻是茶园主要的自然灾害之一，其主要产生原因是夜晚近地温度下降过快，地表附近空气形成上热下冷、大气结构稳定且对流微弱的逆温层。逆温造成温度持续下降，当温度低于维持植物体内正常代谢平衡的温度时，便会发生冻害，使叶片枯萎甚至脱落，严重时可导致整个植株枯死。因此，如何对预测小气候要霜冻防治具有重要意义。
在霜冻防治措施方面。目前主要方式有两种，一种是用机械的方式改变气流的运动状态，促进冷热空气的对流交换。另一种是烟熏方式，在近地面产生大量烟雾，烟雾能够形成屏障，阻止地表热能量的散失，同时烟雾具有大量热能，可以提升附近空气的温度。机械方式由于使用大功率风扇，需要专用的电力传输线路，安装成本及工作时的耗能较高，且受茶园地形限制；而烟熏方式需要专人值守，根据经验人工释放烟雾，同时释放的烟雾易向上飘散，导致茶园地面的烟雾浓度太低，难以起到霜冻防治的作用。
发明内容
为解决上述现有技术中提到的不足，本发明提供一种智能化程度高、耗能低、霜冻防治效果好的茶园霜冻预防方法。
为达到上述目的，本发明提供一种智能化茶园霜冻预防方法，包括如下步骤：
S10：准备霜冻预防设备：根据茶园地形，在茶园内分散布置烟雾发生器、防冻风扇、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站以及智能控制模块；其中防冻风扇上还设有烟雾传感器；所述智能控制模块分别与烟雾发生器、防冻风扇、烟雾传感器、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站通讯连接；
S20：通过茶园小气候监测站实时检测茶园内的小气候信息；
S30：在茶园实时温度低至4℃时，或者根据茶园内的小气候信息预测温度低至2℃的2小时前，智能控制模块控制保湿剂喷洒器启动，向茶树喷洒保湿剂；
S40:在茶园实时温度低至2℃时，或者根据茶园内的小气候信息预测温度低至0℃的2小时前，智能控制模块控制烟雾发生器启动；
S50：当烟雾检测传感器检测到烟雾浓度高于预设烟雾浓度阀值时，启动防冻风扇。
进一步地，步骤S10中，茶园内每40～60m2布置一个烟雾发生器；茶园内每100～120m2布置一个防冻风扇，茶园内每10～15m2布置一个保湿剂喷洒器。
进一步地，各防冻风扇布置位置距离地面6～7m，烟雾传感器设于防冻风扇的支架上且距离地面3～3.5m的位置。
进一步地，步骤S30和步骤S40中，智能控制模块将当地气象台发布的过去7天的气象信息和茶园小气候监测站检测到的同期茶园小气候信息进行多元拟合，并以此拟合关系为基础，结合当地气象台发布的未来1天内气象预报信息，繁衍出未来1天内的茶园小气候预报信息，预测茶园温度变化。
进一步地，步骤S30中，所述保湿剂，以质量分数计，包括3.5％～4.5％的竹醋酸，5％～7％的葡萄糖，10％～15％的芦荟胶，余量为水。
进一步地，步骤S40中，烟雾发生器中使用的烟雾剂，以质量分数计，包括3％～5％的硝酸钾，3％～5％的硝酸铵，7％～8％的ABS树脂，10％～12％的石蜡油，余量为茶树落叶及枯枝的混合粉末。
进一步地，步骤S50中，每次启动防冻风扇时，防冻风扇工作10～20mi n后停止工作，等待下一次启动。
本发明提供的智能化茶园霜冻预防方法，通过预先在茶园中布置烟雾发生器、防冻风扇、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站以及智能控制模块，通过茶园小气候监测站实时监测茶园内的小气候信息，并根据茶园内的小气候信息，通过智能控制模块分别控制烟雾发生器、保湿剂喷洒器和防冻风扇启动工作，以防治可能出现的不同程度的霜冻伤害，在确保茶园免受霜冻的伤害，合理利用资源，降低茶园霜冻防治的成本；且全程自动化控制，智能化程度高，使用方便，易于推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的实施例提供的智能化茶园霜冻预防方法的流程框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用了区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定于物理或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
图1为本发明实施例提供的智能化茶园霜冻预防方法的流程框图；如图1所示，本发明实施例提供的智能化茶园霜冻预防方法，包括如下步骤：
S10：准备霜冻预防设备：根据茶园地形，在茶园内分散布置烟雾发生器、防冻风扇、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站以及智能控制模块；其中防冻风扇上还设有烟雾传感器；所述智能控制模块分别与烟雾发生器、防冻风扇、烟雾传感器、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站通讯连接；
具体地，烟雾发生器、防冻风扇、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站在茶园内随机分散布置，其中，烟雾发生器每40～60m2布置一个，烟雾发生器布置时贴近地面；位于茶园边缘的烟雾发生器尽量贴近茶园的边缘布置；防冻风扇每100～120m2布置一个，布置时，防冻风扇的吹风方向与茶园地面夹角为45°～55°；若茶园位于平坦地面，防冻风扇的吹风方向朝向茶园中心区域；若茶园位于坡面，防冻风扇的吹风方向朝向茶园最低地势区域；较佳地，在位于坡顶的茶园边缘额外设置3～5个防冻风扇；各防冻风扇距离地面6～7m，由支架固定在地面上，同时在各防冻风扇的支架上设有烟雾传感器，烟雾传感器距离地面3～3.5m；保湿剂喷洒器每10～15m2布置一个，较佳地，保湿剂喷洒器的喷洒口高于茶树树冠。
同时在茶园的中心区域布置一个茶园小气候监测站，茶园小气候监测茶园小气候监测站为具有温度、湿度、风速、降水等小气候信息自动监测功能的小型气象站，监控高度为距离地面1.5m；智能控制模块分别与烟雾发生器、防冻风扇、烟雾传感器、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站通讯连接，所述通讯连接可以是无线通讯连接也可以是有线通讯连接。
S20：通过茶园小气候监测站实时检测茶园内的小气候信息；
具体地，通过茶园小气候监测站实时检测茶园内的温度、湿度、风速、降水等小气候信息；同时茶园小气候监测站将检测到的茶园小气候信息发送到智能控制模块，智能控制模块根据茶园小气候监测站反馈的茶园过去几天的温度数据，预测未来1天内茶园温度变化，并绘制出相应的茶园温度数据曲线；
较佳地，在预测茶园温度变化时，智能控制模块先将当地气象台站发布的过去7天的气象信息和茶园小气候监测站检测到的同期茶园小气候信息进行多元拟合，并以此拟合关系为基础，结合当地气象台站发布的未来1天内气象预报信息，繁衍出未来1天内的茶园小气候预报信息，预测茶园未来1天内的温度变化。
具体地，将当地气象局所架设的区域气象台站作为茶园小气候的参考点，区域气象台站为地方气象服务部门所架设的专业气象台站，若在茶园所在地附近有多个气象台站，则选用与茶园温度特征相似性最高的气象台站作为参考点；具体筛选时，先采集过去两个月内各气象局发布的温度数据和茶园小气候监测站检测到的同期温度数据，然后进行聚类分析，确定与茶园温度特征相似性最高的气象台站；在聚类分析中，可首先采用层次聚类分析方法，初步确定各气象台站分类的组数，然后使用K-means聚类方法按照确定的组数进行重新聚类，通过综合对比分析之后确定相似性最高的气象台站。参考点确定后，智能控制模块获取气象局发布的过去7天的温度数据以及未来一段时间的温度预测数据，结合茶园小气候监测站检测到的同期温度数据，然后通过建立基于BP神经网络的温度预测模型或者基于空间插值法的温度预测模型，预测茶园未来一段时间内的温度变化情况，从而获得茶园未来一天内的温度预测数据曲线。
本发明实施例采用BP神经网络预测茶园未来一段时间内的温度变化，具体实施时，首先建立当地气象台站过去一段时间已经发布的温度信息与茶园小气候监测站检测到的同期温度信息的神经网络模型，然后结合当地气象台发布的未来一段时间内的温度预报信息，预测茶园未来一段时间内的温度变化情况，并生成茶园未来一段时间内的温度预测信息；具体可采用如下方案进行BP神经网路的构建：包含一个输入层、一个输出层和一个隐含层。输入层接收输入数据，输入数据为气象局发布的过去一段时间的温度数据。输出层接收输出数据，输出数据为茶园小气候监测站检测到的同期温度数据。隐含层的神经元个数为9个；网络学习误差终止条件为0.01；最大学习次数为3000次；学习规则采用拟牛顿法。
S30：在茶园实时温度低至4℃时，或者根据茶园内的小气候信息预测温度低至2℃的2小时前，智能控制模块控制保湿剂喷洒器启动，向茶树喷洒保湿剂；
具体地，当茶园小气候监测站检测到茶园实时温度低至4℃时，或者智能控制模块根据茶园内的小气候信息预测的茶园温度将在2小时后低至2℃时，智能控制模块将向保湿剂喷洒器发送启动信号，控制保湿剂喷洒器开始工作，向茶树喷洒保湿剂。本发明实施例中，保湿剂喷洒器喷洒的保湿剂，以质量分数计，包括3.5％～4.5％的竹醋酸，5％～7％的葡萄糖，10％～15％的芦荟胶，余量为水，在实际使用时，保湿剂也可以加水稀释后使用，较佳的稀释比例为保湿剂：水＝1:1.5～3。
通过向茶树喷洒保湿剂，使得茶树植株上保持湿润，且具有芦荟胶的保湿剂具有一定的粘性，能够在茶树植株的外表形成膜状保湿层，有效防止茶树植株的热能及水分的散失，同时膜状的保湿层具有一定粘性，还能吸附茶树周围的水汽，使得茶树植株能够长时间保持湿润状态，对等级较低的霜冻伤害有着良好的防治作用；而保湿剂中的竹醋酸和葡萄糖还能促进茶树的生长。
S40:在茶园实时温度低至2℃时，或者根据茶园内的小气候信息预测温度低至0℃的2小时前，智能控制模块控制烟雾发生器启动；
具体地，当茶园小气候监测站检测到茶园实时温度低至2℃时，或者智能控制模块根据茶园内的小气候信息预测的茶园温度将在2小时后低至0℃时，智能控制模块将向烟雾发生器发送启动信号，控制烟雾发生器开始工作，点燃烟雾发生器内的烟雾剂，以生成烟雾；本发明实施例中，烟雾发生器内使用的烟雾剂，以质量分数计，包括3％～5％的硝酸钾，3％～5％的硝酸铵，7％～8％的ABS树脂，10％～12％的石蜡油，余量为茶树落叶及枯枝的混合粉末。烟雾剂各组分混合后置于烟雾发生器内，当烟雾发生器受控启动时，烟雾剂被点燃，产生大量的烟雾，弥漫在茶园地面附近，笼罩茶树的树冠，从而阻止地表热能量的散失，同时烟雾具有大量热能，可以提升附近空气的温度，进而防止霜冻伤害的产生。
且在烟雾发生器启动之前，保湿剂喷晒器已经启动工作，向茶树喷晒保湿剂，在茶树植株上形成保湿层，由于茶树植株上的保湿层具有一定的粘性，烟雾剂产生的烟雾弥漫在茶树周围时，烟雾中的颗粒容易被保湿层吸附，从而提高烟雾携带的热能向茶树植株传递时的效率，挺高茶树的温度；通过喷洒保湿剂和释放烟雾的双重措施，能够防治等级较高的霜冻伤害。
较佳地，烟雾剂中还包含有新鲜的茶树老叶粉末，新鲜的茶树老叶中含有部分水分，能够抑制烟雾剂的燃烧，从而产生大量烟雾；同时产生的烟雾中含有较多的水汽，烟雾中的颗粒容易汇聚成较大的颗粒团，得烟雾不易向上飘散。
S50：当烟雾检测传感器检测到烟雾浓度高于预设烟雾浓度阀值时，启动防冻风扇。
具体地，在步骤S40中烟雾发生器启动后，烟雾发生器产生的大量烟雾将弥漫在茶园中，由于烟雾的特性，烟雾将向上飘散；当防冻风扇支架上的烟雾传感器检测到的烟雾浓度达到预设的烟雾阀值时，智能控制模块将向防冻风扇发送启动信号，控制防冻风扇开始工作；防冻风扇工作时，在茶园的上方形成向下的风压，从而能够有效阻止烟雾向上飘散，使得烟雾能够长时间的聚集在茶树周围，以起到良好的霜冻防治作用；同时防冻风扇工作时，还能够将逆温层中温度较高的空气吹向地面，进一步避免霜冻伤害的发生。
较佳地，每次启动防冻风扇时，防冻风扇工作10～20mi n后停止工作，等待雾传感器检测到的烟雾浓度达到预设的烟雾阀值时，智能控制模块再次控制防冻风扇启动。本发明实施例中，防冻风扇的无需长时间工作，因此整体消耗的电能少。
为进一步验证本发明实施例提供的智能化茶园霜冻预防方法的霜冻防治效果，在同一地区的3个茶园进行实地测试；测试时间2017年3月1号～2017年3月25号。
在茶园1选取4块面积及地势相同的区域，各区域内均按步骤S10布置烟雾发生器、防冻风扇、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站以及智能控制模块，控制各区域内的烟雾发生器、防冻风扇和保湿剂喷洒器中一个或者多个设备不工作，茶园1中各区域的具体情况表1所示：
表1
区域 保湿剂喷洒器 烟雾发生器 防冻风扇
茶园1区域1 工作 工作 工作
茶园1区域2 工作 不工作 不工作
茶园1区域3 不工作 工作 工作
茶园1区域4 不工作 不工作 不工作
茶园1各区域中使用的保湿剂由3.5％的竹醋酸、5％的葡萄糖、10％的芦荟胶、81.5％的水组成，使用的烟雾剂由3％的硝酸钾、3％的硝酸铵、7％的ABS树脂、10％的石蜡油、77％的茶树落叶及枯枝的混合粉末组成。
在茶园2选取4块面积及地势相同的区域，各区域内均按步骤S10布置烟雾发生器、防冻风扇、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站以及智能控制模块，控制各区域内的烟雾发生器、防冻风扇和保湿剂喷洒器中一个或者多个设备不工作，茶园2中各区域的具体情况表2所示：
表2
区域 保湿剂喷洒器 烟雾发生器 防冻风扇
茶园2区域1 工作 工作 工作
茶园2区域2 工作 不工作 不工作
茶园2区域3 不工作 工作 工作
茶园2区域4 不工作 不工作 不工作
茶园2各区域中使用的保湿剂由4％的竹醋酸、6％的葡萄糖、12％的芦荟胶、78％的水组成，使用的烟雾剂由4％的硝酸钾、4％的硝酸铵、7.5％的ABS树脂、11％的石蜡油、73.5％的茶树落叶及枯枝的混合粉末组成。
在茶园3选取4块面积及地势相同的区域，各区域内均按步骤S10布置烟雾发生器、防冻风扇、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站以及智能控制模块，控制各区域内的烟雾发生器、防冻风扇和保湿剂喷洒器中一个或者多个设备不工作，茶园3中各区域的具体情况表3所示：
表3
区域 保湿剂喷洒器 烟雾发生器 防冻风扇
茶园3区域1 工作 工作 工作
茶园3区域2 工作 不工作 不工作
茶园3区域3 不工作 工作 工作
茶园3区域4 不工作 不工作 不工作
茶园3各区域中使用的保湿剂由4.5％的竹醋酸、7％的葡萄糖、15％的芦荟胶、73.5％的水组成，使用的烟雾剂由5％的硝酸钾、5％的硝酸铵、8％的ABS树脂、12％的石蜡油、70％的茶树落叶及枯枝的混合粉末组成。
在试验期间，该地区的气象局共发布了3次蓝色霜冻预警信号和1次黄色霜冻预警信号，其中有10天最低气温低至0℃，有2天最低温度低至-2℃。试验结束后对各试验区域的茶树情况进行统计，具体统计情况如表4所示：
表4
由上表4可以看出，采用本发明实施例提供的智能化茶园霜冻预防方法，或者部分采用本发明实施例提供的智能化茶园霜冻预防方法，能够有效防止茶树受到霜冻伤害。
本发明实施例提供的智能化茶园霜冻预防方法，通过预先在茶园中布置烟雾发生器、防冻风扇、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站以及智能控制模块，通过茶园小气候监测站实时监测茶园内的小气候信息，并根据茶园内的小气候信息，通过智能控制模块分别控制烟雾发生器、保湿剂喷洒器和防冻风扇启动工作，以防治可能出现的不同程度的霜冻伤害，在确保茶园免受霜冻的伤害，合理利用资源，降低茶园霜冻防治的成本；且全程自动化控制，智能化程度高，使用方便，易于推广。
尽管本文中较多的使用了诸如烟雾发生器、防冻风扇、烟雾传感器、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站、保湿剂、烟雾剂等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种智能化茶园霜冻预防方法，其特征在于：包括如下步骤：
S10：准备霜冻预防设备：根据茶园地形，在茶园内分散布置烟雾发生器、防冻风扇、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站以及智能控制模块；其中防冻风扇上还设有烟雾传感器；所述智能控制模块分别与烟雾发生器、防冻风扇、烟雾传感器、保湿剂喷洒器、茶园小气候监测站通讯连接；
S20：通过茶园小气候监测站实时检测茶园内的小气候信息；
S30：在茶园实时温度低至4℃时，或者根据茶园内的小气候信息预测温度低至2℃的2小时前，智能控制模块控制保湿剂喷洒器启动，向茶树喷洒保湿剂；
S40:在茶园实时温度低至2℃时，或者根据茶园内的小气候信息预测温度低至0℃的2小时前，智能控制模块控制烟雾发生器启动；
S50：当烟雾检测传感器检测到烟雾浓度高于预设烟雾浓度阀值时，启动防冻风扇。
2.根据权利要求1所述智能化茶园霜冻预防方法，其特征在于：步骤S10中，茶园内每40～60m2布置一个烟雾发生器；茶园内每100～120m2布置一个防冻风扇，茶园内每10～15m2布置一个保湿剂喷洒器。
3.根据权利要求2所述智能化茶园霜冻预防方法，其特征在于：各防冻风扇布置位置距离地面6～7m，烟雾传感器设于防冻风扇的支架上且距离地面3～3.5m的位置。
4.根据权利要求1所述智能化茶园霜冻预防方法，其特征在于：步骤S30和步骤S40中，智能控制模块将当地气象台站发布的过去7天的气象信息和茶园小气候监测站检测到的同期茶园小气候信息进行多元拟合，并以此拟合关系为基础，结合当地气象台站发布的未来1天内气象预报信息，繁衍出未来1天内的茶园小气候预报信息，预测茶园温度变化。
5.根据权利要求1所述智能化茶园霜冻预防方法，其特征在于：步骤S30中，所述保湿剂，以质量分数计，包括3.5％～4.5％的竹醋酸，5％～7％的葡萄糖，10％～15％的芦荟胶，余量为水。
6.根据权利要求1所述智能化茶园霜冻预防方法，其特征在于：步骤S40中，烟雾发生器中使用的烟雾剂，以质量分数计，包括3％～5％的硝酸钾，3％～5％的硝酸铵，7％～8％的ABS树脂，10％～12％的石蜡油，余量为茶树落叶及枯枝的混合粉末。
7.根据权利要求1所述智能化茶园霜冻预防方法，其特征在于：步骤S50中，每次启动防冻风扇时，防冻风扇工作10～20mi n后停止工作，等待下一次启动。
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