王韶鴻，遲夢(mèng)辰，楊文迪，李 淇，馬 雙，古鵬飛，張 萌（通訊作者）

（山東第一醫(yī)科大學(xué)<山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院> 山東 泰安 271016）

1 引言

中草藥是我國(guó)中醫(yī)藥事業(yè)傳承和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是維護(hù)人們健康的偉大寶庫(kù)。由于對(duì)中草藥資源的需求量日益增加，而野生中草藥資源很難滿足需要。常用中藥材資源多以栽培為主，在栽培過程中因管理理念、栽培技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)模、種植條件的不統(tǒng)一，導(dǎo)致所生產(chǎn)的中草藥質(zhì)量出現(xiàn)一些問題[1]，為解決上述問題，國(guó)家提出中藥材生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GAP）的要求。近年來，大數(shù)據(jù)及云平臺(tái)等現(xiàn)代信息化技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了農(nóng)業(yè)及相關(guān)種植行業(yè)的發(fā)展，但將現(xiàn)代信息化用于中藥材生產(chǎn)方面的研究報(bào)道較少。為此，我們提出將中草藥種植與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，可以避免中草藥種植過程中的標(biāo)準(zhǔn)化程度低、操作不規(guī)范等弊端，通過現(xiàn)代科技，突破中草藥種植中的瓶頸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、常態(tài)化，能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)中草藥生產(chǎn)的全過程，從而提高中草藥的生產(chǎn)質(zhì)量。

2 中草藥種植中存在的主要問題

2.1 監(jiān)管系統(tǒng)不夠完善，中藥材質(zhì)量參差不齊

中草藥的種植過程中，由于種植規(guī)模不大導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化程度低，在整個(gè)生產(chǎn)過程中，沒有標(biāo)準(zhǔn)的要求去規(guī)范中草藥的種植，造成準(zhǔn)入門檻低、生產(chǎn)環(huán)節(jié)混亂、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。同時(shí)栽培過程中，藥農(nóng)對(duì)于中草藥的種植只能根據(jù)個(gè)人以往的種植經(jīng)驗(yàn)對(duì)中藥材進(jìn)行管理，無(wú)法保證種植和采摘的最佳時(shí)期，導(dǎo)致中藥材中有效成分的實(shí)際產(chǎn)量不達(dá)標(biāo)。目前，我國(guó)對(duì)中藥材原料的定性和監(jiān)測(cè)只有一套國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，且國(guó)家對(duì)其的監(jiān)管系統(tǒng)并不完善，沒有專業(yè)人員對(duì)中草藥的種植過程進(jìn)行監(jiān)管，導(dǎo)致藥農(nóng)的不規(guī)范操作無(wú)人指正，從而使生產(chǎn)的中藥材質(zhì)量不高，藥效難以得到保證[2]。

2.2 中藥材種植規(guī)范化水平不高

從種子萌芽到生長(zhǎng)成熟，到最終藥材入庫(kù)，期間要經(jīng)過眾多重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)操作不當(dāng)就可能造成產(chǎn)量損失或影響中藥材的質(zhì)量。而在中草藥的栽培過程中，僅靠傳統(tǒng)的種植技術(shù)，達(dá)不到種子種苗、土壤環(huán)境質(zhì)量、粗產(chǎn)品農(nóng)殘檢測(cè)的規(guī)范化要求。種植中使用農(nóng)藥和化肥非常普遍，無(wú)法按照中藥材的GAP要求進(jìn)行田間管理。目前由于人工操作不當(dāng)，導(dǎo)致中草藥中農(nóng)藥殘留、重金屬含量超標(biāo)，成為中草藥種植過程的阻礙之一。

2.3 勞動(dòng)力年齡偏大，生產(chǎn)技術(shù)落后

隨著經(jīng)濟(jì)的繁榮和技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)村年輕一代外出進(jìn)市區(qū)打工的比例不斷提高，從而導(dǎo)致我國(guó)農(nóng)村人口老齡化嚴(yán)重，進(jìn)而產(chǎn)生了大量的大齡勞動(dòng)力，這部分人群缺乏打破傳統(tǒng)的創(chuàng)新熱血，只能根據(jù)自己的耕種經(jīng)驗(yàn)，對(duì)中草藥進(jìn)行谷物式種植和管理，從而導(dǎo)致中草藥種植過程中的問題層出不窮，例如成本高，產(chǎn)率低，藥農(nóng)收入少等問題[3]。由于我國(guó)一些中藥材的栽培歷史較短，許多藥材還保留著部分野生性狀，品種選育工作顯得尤為重要，我國(guó)當(dāng)前的中草藥質(zhì)量參差不齊的主要原因之一就是沒有在合適的時(shí)期選擇培育中草藥的優(yōu)良品種。同時(shí)，中藥材缺乏統(tǒng)一的管理加工監(jiān)管模式，不規(guī)范的加工方式使藥效減弱、藥用價(jià)值降低。此外，中草藥的種植技術(shù)發(fā)展較慢、技術(shù)水平不高、生產(chǎn)設(shè)備落后、傳統(tǒng)耕種經(jīng)驗(yàn)不斷缺失，也對(duì)中草藥的發(fā)展產(chǎn)生了阻礙。

3 發(fā)展中草藥智能種植的意義

3.1 發(fā)展中草藥種植的意義

中草藥種植生產(chǎn)的質(zhì)量直接決定了中醫(yī)藥事業(yè)的傳承與發(fā)展，同時(shí)對(duì)于國(guó)民的健康也有著不容忽視的作用。在中草藥生產(chǎn)種植過程中面臨的質(zhì)量參差不齊，監(jiān)管力度不到位等問題的背景下，必須重視和支持中草藥種植業(yè)的發(fā)展，對(duì)藥材進(jìn)行規(guī)范化智能化加工，推動(dòng)中草藥資源的可持續(xù)健康發(fā)展?；谵r(nóng)業(yè)種植發(fā)展大數(shù)據(jù)的綜合研究分析，以先進(jìn)技術(shù)的投入獲取更高的種植效率，從而提升中草藥種植生產(chǎn)的質(zhì)量，保證優(yōu)質(zhì)中藥材穩(wěn)定的供應(yīng)。

3.2 開發(fā)中草藥種植監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性

精準(zhǔn)種植的智能農(nóng)業(yè)是未來中草藥農(nóng)業(yè)種植現(xiàn)代化的必由之路。智能農(nóng)業(yè)的主要核心是通過大數(shù)據(jù)以及相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制和精密操作。達(dá)到精準(zhǔn)控制的必要條件是獲取有關(guān)中草藥種植業(yè)的大數(shù)據(jù)，獲取的途徑主要有遙感圖像以及傳感器。遙感圖像無(wú)法獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，而傳感器可以獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，對(duì)傳感器的要求有長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、能適應(yīng)系統(tǒng)要求、具有優(yōu)良的性能價(jià)格比等。該中草藥種植自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以根據(jù)無(wú)線傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，做出精確分析。譬如以土壤溫度傳感器作為監(jiān)測(cè)載體，對(duì)土壤溫度的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過獲得的檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析不同農(nóng)作物在不同生長(zhǎng)時(shí)期的最佳溫度，根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的溫度進(jìn)行響應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制，以便作物的生長(zhǎng)處于最佳生長(zhǎng)環(huán)境。此外，在獲取到相關(guān)數(shù)據(jù)的同時(shí)，通過5G和智聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)返回到總數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為以后作物種植提供最佳培養(yǎng)方案。

4 5G+智聯(lián)網(wǎng)在中草藥種植監(jiān)測(cè)中的技術(shù)應(yīng)用

本文設(shè)計(jì)基于5G+智聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為切入點(diǎn)的中草藥種植監(jiān)測(cè)的APP，在前期將物聯(lián)網(wǎng)與檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)合的基礎(chǔ)下，通過5G將“AI+物聯(lián)網(wǎng)”與中草藥種植進(jìn)行結(jié)合，建立一款精確分析中草藥種植參數(shù)以及實(shí)時(shí)顯示和記錄存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)信息的環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)控裝置。

該系統(tǒng)主要運(yùn)用5G網(wǎng)絡(luò)下的傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析、基站、智能嵌入技術(shù)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及AI智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)整體全自動(dòng)智能化，前期對(duì)于中草藥種植數(shù)據(jù)進(jìn)行大規(guī)模收集，形成一套完整的大型數(shù)據(jù)庫(kù)，通過對(duì)收集的藥材數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別分析，建立中草藥相關(guān)的種植參數(shù)[4]。

基于5G技術(shù)和智聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的種植監(jiān)測(cè)APP的研發(fā)與應(yīng)用，用戶可以通過向客戶端進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送中藥材生長(zhǎng)的高清圖像，了解中草藥的生長(zhǎng)狀況以及周圍的環(huán)境狀況，還可以節(jié)省人力物力，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程管理以及遠(yuǎn)程維護(hù)，APP技術(shù)相關(guān)人員通過客戶端后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控保障APP系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行。主要包括以下幾個(gè)層次的功能。

4.1 智能種植系統(tǒng)

通過大型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)中藥材種植各類信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過嵌入式系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)嵌入播種機(jī)內(nèi)部，再通過傳感器對(duì)外界的信息作出反應(yīng)，可對(duì)于不同形狀、面積、土質(zhì)的土地進(jìn)行監(jiān)測(cè)識(shí)別，并收集和分析得到的關(guān)于不同土地的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的中草藥種子的生活習(xí)性等綜合分析后，制定出相關(guān)種植的最佳方案。然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到中央數(shù)據(jù)平臺(tái)，用戶通過APP即可獲得土地的高清圖像和具體的種植方案，提高種植的精確度，提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。種植過程的任何一個(gè)環(huán)節(jié)都可以實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)漏種、重復(fù)等不正確的種植進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)和反饋，用戶可及時(shí)修改種植位置，避免不正確的種植對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的影響[5]。

4.2 智能生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)控系統(tǒng)、基站、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)組成，通過傳感器對(duì)外界信息及中草藥生長(zhǎng)情況進(jìn)行識(shí)別以及數(shù)據(jù)采集。目前，通過監(jiān)測(cè)土壤溫濕度、空氣溫濕度、土壤養(yǎng)分以及氣體濃度、光照等，對(duì)相關(guān)信息參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)藥材生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，并及時(shí)跟進(jìn)。為滿足多樣化種植的需要，系統(tǒng)也可以設(shè)置不同溫室不同環(huán)境參數(shù)的上下閾值，再根據(jù)配置通過客戶端以短信和系統(tǒng)消息的方式提醒用戶?？梢詫?duì)中藥材進(jìn)行多維度的監(jiān)管以及數(shù)據(jù)的及時(shí)儲(chǔ)存，使中藥材的生產(chǎn)質(zhì)量大幅度提升，節(jié)約了時(shí)間以及勞動(dòng)力。

4.3 智能監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的啟動(dòng)主要通過指令觸發(fā)的形式。用戶的操作需求可通過APP的界面提示檢測(cè)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，控制指令通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器監(jiān)測(cè)到指令后進(jìn)行事件位置標(biāo)志，接著處理函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)處理，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作。采用stack 的任務(wù)輪詢操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)的任務(wù)可以為用戶實(shí)現(xiàn)添加自定義任務(wù)，同時(shí)可以完成基站等默認(rèn)的系統(tǒng)任務(wù)。該系統(tǒng)還可以通過處理不同的時(shí)間函數(shù)來完成相關(guān)的種植任務(wù)功能，其中每個(gè)任務(wù)ID可以容納16個(gè)事件。云平臺(tái)處理好溫濕度信息后，會(huì)向用戶發(fā)送合理化建議。除此之外，APP附帶種植咨詢、機(jī)器說明、作物生長(zhǎng)情況查詢等服務(wù)功能[6]。

5 用于中草藥種植監(jiān)測(cè)的APP的優(yōu)勢(shì)以及不足

通過該APP的應(yīng)用，可以對(duì)中草藥生產(chǎn)的全過程進(jìn)行控制，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。（1）精準(zhǔn)性：如通過對(duì)土壤水分的監(jiān)測(cè)，可以規(guī)劃出不同時(shí)期中草藥對(duì)水的需求量，可以達(dá)到精確給水，節(jié)水灌溉。（2）預(yù)警性：為預(yù)防自然災(zāi)害的產(chǎn)生，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有關(guān)人員可以針對(duì)于不同情況為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)的臨界閾值。當(dāng)環(huán)境變化達(dá)到設(shè)置的預(yù)警閾值時(shí)，將會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)，使其能夠?qū)㈩A(yù)警信息發(fā)送給相關(guān)的管理人員，從而避免或降低災(zāi)害發(fā)生而造成的損失。（3）實(shí)時(shí)性：用戶對(duì)于監(jiān)測(cè)的農(nóng)作物藥材的數(shù)據(jù)參數(shù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控采集和記錄，同時(shí)可以以數(shù)字、文字或圖形等方式對(duì)參數(shù)信息進(jìn)行再加工儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，可快速提供科學(xué)的合理化建議。（4）可持續(xù)性：APP一旦開發(fā)進(jìn)入市場(chǎng)，技術(shù)人員會(huì)根據(jù)用戶建議不斷完善APP功能，持續(xù)對(duì)中草藥種植進(jìn)行更全、更精確地檢測(cè)，從而促進(jìn)智慧中草藥種植業(yè)可持續(xù)性發(fā)展。（5）多用性：本系統(tǒng)既可應(yīng)用在戶外(荒山野嶺)進(jìn)行規(guī)?；胁菟幏N植，亦可以應(yīng)用在室內(nèi)(大棚)進(jìn)行小規(guī)模名貴藥材種植，針對(duì)不同地區(qū)，提供不同適用范圍。

當(dāng)然，由于信息化普及程度不夠，該系統(tǒng)也存在成本高的問題，移動(dòng)軟件的研發(fā)需要由高級(jí)技術(shù)人員編輯代碼完成，加上后期程序的運(yùn)營(yíng)及功能的不斷開發(fā)完善，使得運(yùn)營(yíng)成本較高。對(duì)該系統(tǒng)的接受程度還需要時(shí)間進(jìn)行推廣和普及。

6 總結(jié)

新時(shí)代5G技術(shù)和智聯(lián)網(wǎng)的普及，也是在“智時(shí)代”對(duì)傳統(tǒng)種植行業(yè)的重大變革，用于中草藥種植監(jiān)測(cè)的APP將會(huì)給中藥的生產(chǎn)帶來巨大的影響，從靠天吃飯到智能控制，采用信息化和自動(dòng)化手段智能控制中藥材的生長(zhǎng)環(huán)境和生產(chǎn)條件，可以從根本上高規(guī)格地提升中藥材的質(zhì)量，為祖國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)藥事業(yè)的發(fā)展把握“源頭之本，巨木之根”。