關(guān)于河南省數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的探討
——以二仙坡綠色果業(yè)智慧果園為例

一、河南省蘋果產(chǎn)業(yè)基本情況

近年來，河南省蘋果產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，全省蘋果種植面積15.65 萬hm2、產(chǎn)量438.6 萬t，種植面積占全國蘋果總面積的6.7%，占全省水果總面積的35.0%；產(chǎn)量占全國蘋果總產(chǎn)量的10.0%，占全省水果總產(chǎn)量的47.5%。隨著河南省果品質(zhì)量逐步提高、配套體系日益完善、產(chǎn)業(yè)鏈條逐步延伸、比較效益穩(wěn)步增長，蘋果種植已成為農(nóng)民增收最穩(wěn)定、農(nóng)業(yè)增效最具潛力的特色支柱產(chǎn)業(yè)。

本文以二仙坡智慧果園建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為背景，結(jié)合大數(shù)據(jù)成果的試點(diǎn)推廣應(yīng)用，探討開啟河南省數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和條件。

二仙坡智慧果園從2010 年開始建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)示范基地，先后修建提灌站2 座，修建200～8000m3 的蓄水池16 座，鋪設(shè)田間噴灌管道、滴灌管道20 多萬m，實(shí)現(xiàn)了低水高灌、管網(wǎng)相連、節(jié)水灌溉。果園利用生態(tài)環(huán)境監(jiān)控儀、自動(dòng)化節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)、果園生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控設(shè)備，建立了果品生產(chǎn)信息化物聯(lián)網(wǎng)。監(jiān)測(cè)參數(shù)主要有空氣溫濕度、土壤水分、光照、降雨量等，結(jié)合數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，對(duì)果園全面實(shí)現(xiàn)智能灌溉。同時(shí)，園區(qū)也實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程視頻、病蟲害遠(yuǎn)程診斷等功能。

二、二仙坡智慧果園主要做法

（一）建立信息采集點(diǎn)

二仙坡智慧果園在山坡果園分區(qū)建立信息采集點(diǎn)，利用氣象傳感器、墑情傳感器將采集數(shù)據(jù)每2h 自動(dòng)采集1 次，并傳遞至控制中心。

（二）進(jìn)行自動(dòng)化控制

二仙坡智慧果園對(duì)提灌設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)化控制，利用無線局域網(wǎng)與監(jiān)控中心連接，在灌溉控制器中進(jìn)行土壤含水量上下限參數(shù)設(shè)置，低于設(shè)定范圍下限時(shí)，灌溉控制器會(huì)打開電磁閥進(jìn)行灌溉補(bǔ)充水分；高于設(shè)定范圍上限時(shí)，停止灌溉。全區(qū)分布14 個(gè)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和60 個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)果品展示、遠(yuǎn)程病蟲害診斷和安防等功能。

果園灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)圍繞“信息監(jiān)測(cè)—決策控制—系統(tǒng)集成”3 個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，綜合運(yùn)用傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及現(xiàn)代通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了蘋果種植過程中的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、高效灌溉和科學(xué)管理。

（三）采用分層分布式結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由2 個(gè)墑情信息采集點(diǎn)、14 個(gè)高清視頻信息采集點(diǎn)、11 個(gè)灌溉控制點(diǎn)、1 個(gè)監(jiān)控中心組成。墑情信息采集點(diǎn)監(jiān)測(cè)空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、輻射強(qiáng)度、降雨量6 個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，土壤含水量指標(biāo)包括同一土壤剖面4 個(gè)深度（表土層、心土層、底土層和潛育層）的溫度和容積含水量。

系統(tǒng)工作整體流程為：氣象信息采集點(diǎn)與作物生理信息采集點(diǎn)采集各類傳感器數(shù)據(jù)，通過485 總線將上述數(shù)據(jù)上傳到控制中心；控制中心接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，形成決策指令，通過無線數(shù)傳電臺(tái)發(fā)送到井房控制點(diǎn)；井房控制點(diǎn)接收到控制指令后，首先啟動(dòng)柴油機(jī)供水系統(tǒng)，待檢測(cè)到供水壓力正常后，開啟指定閥門供水。同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程服務(wù)器同步，所有數(shù)據(jù)均在遠(yuǎn)程服務(wù)器中備份，用戶只需錄入服務(wù)器指定網(wǎng)址，通過密碼登錄，即可實(shí)時(shí)獲取所有數(shù)據(jù)，并掌握整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

三、二仙坡智慧果園應(yīng)用分析

（一）氣象信息采集點(diǎn)

氣象信息采集點(diǎn)由采集模塊、太陽能充放電設(shè)備、各種氣象傳感器及安裝支架組成，利用485 總線與控制中心連接。氣象傳感器監(jiān)測(cè)空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、輻射、降雨量6 個(gè)信息。氣象信息采集點(diǎn)及作物生理信息采集點(diǎn)均設(shè)計(jì)冗余供電方式，通常情況下采用市電供電，當(dāng)市電掉電時(shí)，自動(dòng)切換到太陽能供電，保證傳感器數(shù)據(jù)信息采集正常。

在實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)中，為真實(shí)反映蘋果園中的實(shí)際氣象信息，果園因地制宜采用較高支架將氣象信息采集點(diǎn)設(shè)置在蘋果園中。

（二）視頻信息采集點(diǎn)

田間安裝高清視頻攝像頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)田間視頻圖像的實(shí)施采集。

果園采用?？低旸S-2DF7286-A 型紅外網(wǎng)絡(luò)高清高速智能球機(jī)，有效像素200 萬，30 倍光學(xué)變焦，16 倍數(shù)字變焦，支持自動(dòng)光圈、自動(dòng)聚焦、自動(dòng)白平衡、背光補(bǔ)償、寬動(dòng)態(tài)、3D 數(shù)字降噪；采用高性能傳感器，圖像清晰，最大分辨率可達(dá)1920×1080；云臺(tái)水平方向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直方向-2°-90°（-10°-90°可選），無監(jiān)視盲區(qū)；采用高性能平臺(tái)，性能可靠穩(wěn)定，支持以太網(wǎng)控制，同時(shí)支持模擬輸出；支持?jǐn)嚯姞顟B(tài)記憶功能，上電后自動(dòng)回到斷電前的云臺(tái)和鏡頭狀態(tài)；防雷、防浪涌、防突波；室外球達(dá)到IP66 防護(hù)等級(jí)，可廣泛應(yīng)用于需要大范圍高清畫質(zhì)監(jiān)控的無光和光線較弱的場(chǎng)所。

（三）灌溉控制點(diǎn)

灌溉控制點(diǎn)由測(cè)控模塊、土壤水分傳感器、電磁閥及安裝附件組成，利用485 總線經(jīng)光端機(jī)與綜合控制中心連接。在實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)中，每個(gè)灌溉區(qū)內(nèi)有1個(gè)電磁閥，控制田間灌溉。

（四）現(xiàn)場(chǎng)控制中心

現(xiàn)場(chǎng)控制中心由采集控制一體機(jī)、無線數(shù)傳電臺(tái)、手機(jī)模塊、液晶電視、UPS 及配套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成?，F(xiàn)場(chǎng)控制中心供電、通訊采用綜合冗余方案：市電供電時(shí)，由采集控制一體機(jī)獲取采集點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)同步；市電掉電時(shí)，自動(dòng)切換成UPS 僅為手機(jī)模塊供電，由遠(yuǎn)程服務(wù)器通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)直接獲取采集點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)；待市電正常時(shí)，由遠(yuǎn)程服務(wù)器將掉電期間的數(shù)據(jù)返回到現(xiàn)場(chǎng)控制中心。

（五）中央控制軟件

中央控制軟件是蘋果智能灌溉控制系統(tǒng)的核心，采用力控組態(tài)軟件開發(fā)，具有安全管理、傳感器參數(shù)集中顯示、數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)分析、自動(dòng)灌溉控制、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)布等功能。

四、大數(shù)據(jù)應(yīng)用于全省蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考

系統(tǒng)的建立，對(duì)基地的日常管理提供了第一手的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)與滴灌控制相結(jié)合有利于實(shí)現(xiàn)河南省蘋果產(chǎn)業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用，達(dá)到精準(zhǔn)節(jié)水灌溉、節(jié)省人工成本和管理成本的目的。一是在墑情數(shù)據(jù)采集方面，相對(duì)于傳統(tǒng)的人工采集，采用數(shù)字傳感器進(jìn)行采集，可以得到比較完整的、系統(tǒng)的、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，能夠形成河南省蘋果生產(chǎn)基地連續(xù)多年果樹生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)庫，為研究指導(dǎo)生產(chǎn)提供人工無法獲得的依據(jù)。二是果樹實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高清視頻監(jiān)控后，能夠?yàn)楣芾碚吆拖M(fèi)者提供全過程的可視的生產(chǎn)監(jiān)督平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全省果樹認(rèn)養(yǎng)和果品電子商務(wù)，提高了果樹種植經(jīng)濟(jì)利潤。三是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展，可以通過電腦或手機(jī)遠(yuǎn)程查看全省蘋果產(chǎn)業(yè)墑情數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)，使管理人員隨時(shí)掌握蘋果基地情況，獲得及時(shí)預(yù)警信息，能顯著提高工作效率。四是通過應(yīng)用，將土壤水分傳感器或空氣溫濕度傳感器感知的數(shù)據(jù)通過電腦及網(wǎng)絡(luò)與滴灌電磁閥門關(guān)聯(lián)，當(dāng)數(shù)據(jù)低于一定值時(shí)，電腦指令開啟電磁閥進(jìn)行滴灌、微噴等；當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，閥門自動(dòng)關(guān)閉，達(dá)到節(jié)約灌溉、澆水的目的。五是果樹實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高清視頻監(jiān)控后，在其出現(xiàn)不良情況時(shí)，可以隨時(shí)請(qǐng)專家進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診，快速診斷出病蟲害，及時(shí)指導(dǎo)采取應(yīng)對(duì)措施，將損失減少到最低，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益最大化。

五、對(duì)河南省數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的啟示

以綠色發(fā)展理念為引領(lǐng)，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)為支撐，以發(fā)展優(yōu)質(zhì)高效生態(tài)安全現(xiàn)代果業(yè)為目標(biāo)，以促進(jìn)農(nóng)民增收為核心，以提質(zhì)增效為主攻方向，河南省蘋果產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)不僅需要苗木質(zhì)量的提高、栽培管理模式的升級(jí)和產(chǎn)業(yè)政策的支持，更需要大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)，尤其是智能裝備和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的開發(fā)應(yīng)用。搭建一個(gè)能夠滿足農(nóng)民建園決策、栽培管理、精準(zhǔn)投入、市場(chǎng)分析和加工儲(chǔ)運(yùn)需求，為政府主管部門提供宏觀決策依據(jù)，為相關(guān)企業(yè)提供產(chǎn)品與技術(shù)服務(wù)，為科技人員提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，不僅是果農(nóng)的迫切需求，也是政府主管部門、相關(guān)企業(yè)和科技人員的需求。按照“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”五大發(fā)展理念為總體要求，河南省蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展要進(jìn)一步強(qiáng)化政策扶持、創(chuàng)新引導(dǎo)和示范帶動(dòng)，積極轉(zhuǎn)變果業(yè)發(fā)展方式，著力構(gòu)建現(xiàn)代生產(chǎn)體系、科技支撐體系、質(zhì)量安全保障體系和產(chǎn)業(yè)經(jīng)營體系，全面提升蘋果產(chǎn)業(yè)的整體素質(zhì)，促進(jìn)全省由蘋果大省向蘋果強(qiáng)省跨越。