基于5G+智联网技术用于中草药种植监测的APP

王韶鸿，迟梦辰，杨文迪，李 淇，马 双，古鹏飞，张 萌（通讯作者）

（山东第一医科大学<山东省医学科学院> 山东 泰安 271016）

1 引言

中草药是我国中医药事业传承和发展的重要基础，是维护人们健康的伟大宝库。由于对中草药资源的需求量日益增加，而野生中草药资源很难满足需要。常用中药材资源多以栽培为主，在栽培过程中因管理理念、栽培技术、生产规模、种植条件的不统一，导致所生产的中草药质量出现一些问题[1]，为解决上述问题，国家提出中药材生产质量管理规范（GAP）的要求。近年来，大数据及云平台等现代信息化技术的应用促进了农业及相关种植行业的发展，但将现代信息化用于中药材生产方面的研究报道较少。为此，我们提出将中草药种植与现代信息技术相结合，可以避免中草药种植过程中的标准化程度低、操作不规范等弊端，通过现代科技，突破中草药种植中的瓶颈，实现数据化、标准化、常态化，能够持续监测和评价中草药生产的全过程，从而提高中草药的生产质量。

2 中草药种植中存在的主要问题

2.1 监管系统不够完善，中药材质量参差不齐

中草药的种植过程中，由于种植规模不大导致标准化程度低，在整个生产过程中，没有标准的要求去规范中草药的种植，造成准入门槛低、生产环节混乱、产品质量参差不齐。同时栽培过程中，药农对于中草药的种植只能根据个人以往的种植经验对中药材进行管理，无法保证种植和采摘的最佳时期，导致中药材中有效成分的实际产量不达标。目前，我国对中药材原料的定性和监测只有一套国家质量标准，且国家对其的监管系统并不完善，没有专业人员对中草药的种植过程进行监管，导致药农的不规范操作无人指正，从而使生产的中药材质量不高，药效难以得到保证[2]。

2.2 中药材种植规范化水平不高

从种子萌芽到生长成熟，到最终药材入库，期间要经过众多重要的技术环节，其中任何一个环节操作不当就可能造成产量损失或影响中药材的质量。而在中草药的栽培过程中，仅靠传统的种植技术，达不到种子种苗、土壤环境质量、粗产品农残检测的规范化要求。种植中使用农药和化肥非常普遍，无法按照中药材的GAP要求进行田间管理。目前由于人工操作不当，导致中草药中农药残留、重金属含量超标，成为中草药种植过程的阻碍之一。

2.3 劳动力年龄偏大，生产技术落后

随着经济的繁荣和技术的发展，农村年轻一代外出进市区打工的比例不断提高，从而导致我国农村人口老龄化严重，进而产生了大量的大龄劳动力，这部分人群缺乏打破传统的创新热血，只能根据自己的耕种经验，对中草药进行谷物式种植和管理，从而导致中草药种植过程中的问题层出不穷，例如成本高，产率低，药农收入少等问题[3]。由于我国一些中药材的栽培历史较短，许多药材还保留着部分野生性状，品种选育工作显得尤为重要，我国当前的中草药质量参差不齐的主要原因之一就是没有在合适的时期选择培育中草药的优良品种。同时，中药材缺乏统一的管理加工监管模式，不规范的加工方式使药效减弱、药用价值降低。此外，中草药的种植技术发展较慢、技术水平不高、生产设备落后、传统耕种经验不断缺失，也对中草药的发展产生了阻碍。

3 发展中草药智能种植的意义

3.1 发展中草药种植的意义

中草药种植生产的质量直接决定了中医药事业的传承与发展，同时对于国民的健康也有着不容忽视的作用。在中草药生产种植过程中面临的质量参差不齐，监管力度不到位等问题的背景下，必须重视和支持中草药种植业的发展，对药材进行规范化智能化加工，推动中草药资源的可持续健康发展。基于农业种植发展大数据的综合研究分析，以先进技术的投入获取更高的种植效率，从而提升中草药种植生产的质量，保证优质中药材稳定的供应。

3.2 开发中草药种植监测系统的必要性

精准种植的智能农业是未来中草药农业种植现代化的必由之路。智能农业的主要核心是通过大数据以及相关技术实现精准控制和精密操作。达到精准控制的必要条件是获取有关中草药种植业的大数据，获取的途径主要有遥感图像以及传感器。遥感图像无法获得精准的数据，而传感器可以获得精准的数据，对传感器的要求有长期稳定性好、能适应系统要求、具有优良的性能价格比等。该中草药种植自动监测系统可以根据无线传感器的监测数据，做出精确分析。譬如以土壤温度传感器作为监测载体，对土壤温度的变化情况进行实时监测，通过获得的检测数据，分析不同农作物在不同生长时期的最佳温度，根据分析结果，对生长环境的温度进行响应的调节和控制，以便作物的生长处于最佳生长环境。此外，在获取到相关数据的同时，通过5G和智联网技术将获得的实时数据返回到总数据库中，通过对数据库中的数据进行分析，为以后作物种植提供最佳培养方案。

4 5G+智联网在中草药种植监测中的技术应用

本文设计基于5G+智联网技术为切入点的中草药种植监测的APP，在前期将物联网与检测系统结合的基础下，通过5G将“AI+物联网”与中草药种植进行结合，建立一款精确分析中草药种植参数以及实时显示和记录存储监测信息的环境系统监控装置。

该系统主要运用5G网络下的传感器技术、数据分析、基站、智能嵌入技术、视频监控系统以及AI智能技术实现整体全自动智能化，前期对于中草药种植数据进行大规模收集，形成一套完整的大型数据库，通过对收集的药材数据进行识别分析，建立中草药相关的种植参数[4]。

基于5G技术和智联网技术的种植监测APP的研发与应用，用户可以通过向客户端进行实时传送中药材生长的高清图像，了解中草药的生长状况以及周围的环境状况，还可以节省人力物力，实现远程监控、远程管理以及远程维护，APP技术相关人员通过客户端后台实时监控保障APP系统的正常可靠运行。主要包括以下几个层次的功能。

4.1 智能种植系统

通过大型数据库对中药材种植各类信息进行数据分析，通过嵌入式系统将计算机嵌入播种机内部，再通过传感器对外界的信息作出反应，可对于不同形状、面积、土质的土地进行监测识别，并收集和分析得到的关于不同土地的数据，根据不同的中草药种子的生活习性等综合分析后，制定出相关种植的最佳方案。然后将数据发送到中央数据平台，用户通过APP即可获得土地的高清图像和具体的种植方案，提高种植的精确度，提供适宜的生长环境。种植过程的任何一个环节都可以实时监控，对漏种、重复等不正确的种植进行及时的监测和反馈，用户可及时修改种植位置，避免不正确的种植对产品产量和质量的影响[5]。

4.2 智能生产环境监测系统

智能环境监测系统主要由传感器、数控系统、基站、视频监控系统以及网络云平台组成，通过传感器对外界信息及中草药生长情况进行识别以及数据采集。目前，通过监测土壤温湿度、空气温湿度、土壤养分以及气体浓度、光照等，对相关信息参数进行数据分析，通过数据库对药材生产环境进行优化，并及时跟进。为满足多样化种植的需要，系统也可以设置不同温室不同环境参数的上下阈值，再根据配置通过客户端以短信和系统消息的方式提醒用户。可以对中药材进行多维度的监管以及数据的及时储存，使中药材的生产质量大幅度提升，节约了时间以及劳动力。

4.3 智能监测分析系统

该监测系统的启动主要通过指令触发的形式。用户的操作需求可通过APP的界面提示检测进行远程遥控，控制指令通过无线网络发送到无线传感器节点，传感器监测到指令后进行事件位置标志，接着处理函数进行相应处理，实现相应操作。采用stack 的任务轮询操作系统，该系统的任务可以为用户实现添加自定义任务，同时可以完成基站等默认的系统任务。该系统还可以通过处理不同的时间函数来完成相关的种植任务功能，其中每个任务ID可以容纳16个事件。云平台处理好温湿度信息后，会向用户发送合理化建议。除此之外，APP附带种植咨询、机器说明、作物生长情况查询等服务功能[6]。

5 用于中草药种植监测的APP的优势以及不足

通过该APP的应用，可以对中草药生产的全过程进行控制，主要体现在以下几个方面的优势。（1）精准性：如通过对土壤水分的监测，可以规划出不同时期中草药对水的需求量，可以达到精确给水，节水灌溉。（2）预警性：为预防自然灾害的产生，监测系统的有关人员可以针对于不同情况为监测系统设置相应的临界阈值。当环境变化达到设置的预警阈值时，将会触发系统，使其能够将预警信息发送给相关的管理人员，从而避免或降低灾害发生而造成的损失。（3）实时性：用户对于监测的农作物药材的数据参数可以进行实时监控采集和记录，同时可以以数字、文字或图形等方式对参数信息进行再加工储存到数据库中，可快速提供科学的合理化建议。（4）可持续性：APP一旦开发进入市场，技术人员会根据用户建议不断完善APP功能，持续对中草药种植进行更全、更精确地检测，从而促进智慧中草药种植业可持续性发展。（5）多用性：本系统既可应用在户外(荒山野岭)进行规模化中草药种植，亦可以应用在室内(大棚)进行小规模名贵药材种植，针对不同地区，提供不同适用范围。

当然，由于信息化普及程度不够，该系统也存在成本高的问题，移动软件的研发需要由高级技术人员编辑代码完成，加上后期程序的运营及功能的不断开发完善，使得运营成本较高。对该系统的接受程度还需要时间进行推广和普及。

6 总结

新时代5G技术和智联网的普及，也是在“智时代”对传统种植行业的重大变革，用于中草药种植监测的APP将会给中药的生产带来巨大的影响，从靠天吃饭到智能控制，采用信息化和自动化手段智能控制中药材的生长环境和生产条件，可以从根本上高规格地提升中药材的质量，为祖国传统医药事业的发展把握“源头之本，巨木之根”。