關于河南省數據驅動蘋果產業發展的探討
——以二仙坡綠色果業智慧果園為例

一、河南省蘋果產業基本情況

近年來，河南省蘋果產業得到快速發展，生產規模不斷擴大，全省蘋果種植面積15.65 萬hm2、產量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%；產量占全國蘋果總產量的10.0%，占全省水果總產量的47.5%。隨著河南省果品質量逐步提高、配套體系日益完善、產業鏈條逐步延伸、比較效益穩步增長，蘋果種植已成為農民增收最穩定、農業增效最具潛力的特色支柱產業。

本文以二仙坡智慧果園建設的實踐經驗為背景，結合大數據成果的試點推廣應用，探討開啟河南省數據驅動蘋果產業發展的基礎和條件。

二仙坡智慧果園從2010 年開始建設物聯網示范基地，先后修建提灌站2 座，修建200～8000m3 的蓄水池16 座，鋪設田間噴灌管道、滴灌管道20 多萬m，實現了低水高灌、管網相連、節水灌溉。果園利用生態環境監控儀、自動化節水灌溉控制系統、果園生產動態監控設備，建立了果品生產信息化物聯網。監測參數主要有空氣溫濕度、土壤水分、光照、降雨量等，結合數據監測，對果園全面實現智能灌溉。同時，園區也實現了遠程視頻、病蟲害遠程診斷等功能。

二、二仙坡智慧果園主要做法

（一）建立信息采集點

二仙坡智慧果園在山坡果園分區建立信息采集點，利用氣象傳感器、墑情傳感器將采集數據每2h 自動采集1 次，并傳遞至控制中心。

（二）進行自動化控制

二仙坡智慧果園對提灌設施進行自動化控制，利用無線局域網與監控中心連接，在灌溉控制器中進行土壤含水量上下限參數設置，低于設定范圍下限時，灌溉控制器會打開電磁閥進行灌溉補充水分；高于設定范圍上限時，停止灌溉。全區分布14 個高清網絡攝像機和60 個監控網絡攝像機，用于實現果品展示、遠程病蟲害診斷和安防等功能。

果園灌溉自動控制系統圍繞“信息監測—決策控制—系統集成”3 個關鍵環節，綜合運用傳感器技術、自動控制技術及現代通訊技術，實現了蘋果種植過程中的精準監測、高效灌溉和科學管理。

（三）采用分層分布式結構

系統采用分層分布式結構，主要由2 個墑情信息采集點、14 個高清視頻信息采集點、11 個灌溉控制點、1 個監控中心組成。墑情信息采集點監測空氣溫度、空氣濕度、風速、風向、輻射強度、降雨量6 個關鍵指標，土壤含水量指標包括同一土壤剖面4 個深度（表土層、心土層、底土層和潛育層）的溫度和容積含水量。

系統工作整體流程為：氣象信息采集點與作物生理信息采集點采集各類傳感器數據，通過485 總線將上述數據上傳到控制中心；控制中心接收到數據后，對數據進行處理分析，形成決策指令，通過無線數傳電臺發送到井房控制點；井房控制點接收到控制指令后，首先啟動柴油機供水系統，待檢測到供水壓力正常后，開啟指定閥門供水。同時，系統實時將現場數據與遠程服務器同步，所有數據均在遠程服務器中備份，用戶只需錄入服務器指定網址，通過密碼登錄，即可實時獲取所有數據，并掌握整個系統的運行情況。

三、二仙坡智慧果園應用分析

（一）氣象信息采集點

氣象信息采集點由采集模塊、太陽能充放電設備、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。氣象傳感器監測空氣溫度、空氣濕度、風速、風向、輻射、降雨量6 個信息。氣象信息采集點及作物生理信息采集點均設計冗余供電方式，通常情況下采用市電供電，當市電掉電時，自動切換到太陽能供電，保證傳感器數據信息采集正常。

在實際項目建設中，為真實反映蘋果園中的實際氣象信息，果園因地制宜采用較高支架將氣象信息采集點設置在蘋果園中。

（二）視頻信息采集點

田間安裝高清視頻攝像頭，實現對田間視頻圖像的實施采集。

果園采用海康威視DS-2DF7286-A 型紅外網絡高清高速智能球機，有效像素200 萬，30 倍光學變焦，16 倍數字變焦，支持自動光圈、自動聚焦、自動白平衡、背光補償、寬動態、3D 數字降噪；采用高性能傳感器，圖像清晰，最大分辨率可達1920×1080；云臺水平方向360°連續旋轉，垂直方向-2°-90°（-10°-90°可選），無監視盲區；采用高性能平臺，性能可靠穩定，支持以太網控制，同時支持模擬輸出；支持斷電狀態記憶功能，上電后自動回到斷電前的云臺和鏡頭狀態；防雷、防浪涌、防突波；室外球達到IP66 防護等級，可廣泛應用于需要大范圍高清畫質監控的無光和光線較弱的場所。

（三）灌溉控制點

灌溉控制點由測控模塊、土壤水分傳感器、電磁閥及安裝附件組成，利用485 總線經光端機與綜合控制中心連接。在實際項目建設中，每個灌溉區內有1個電磁閥，控制田間灌溉。

（四）現場控制中心

現場控制中心由采集控制一體機、無線數傳電臺、手機模塊、液晶電視、UPS 及配套網絡設備組成。現場控制中心供電、通訊采用綜合冗余方案：市電供電時，由采集控制一體機獲取采集點傳感器數據，并實時與遠程服務器進行數據同步；市電掉電時，自動切換成UPS 僅為手機模塊供電，由遠程服務器通過GPRS 網絡直接獲取采集點傳感器數據；待市電正常時，由遠程服務器將掉電期間的數據返回到現場控制中心。

（五）中央控制軟件

中央控制軟件是蘋果智能灌溉控制系統的核心，采用力控組態軟件開發，具有安全管理、傳感器參數集中顯示、數據查詢和統計分析、自動灌溉控制、數據遠程發布等功能。

四、大數據應用于全省蘋果產業發展的思考

系統的建立，對基地的日常管理提供了第一手的數據，將數據與滴灌控制相結合有利于實現河南省蘋果產業監測數據的應用，達到精準節水灌溉、節省人工成本和管理成本的目的。一是在墑情數據采集方面，相對于傳統的人工采集，采用數字傳感器進行采集，可以得到比較完整的、系統的、精準的數據，能夠形成河南省蘋果生產基地連續多年果樹生產環境數據庫，為研究指導生產提供人工無法獲得的依據。二是果樹實現遠程高清視頻監控后，能夠為管理者和消費者提供全過程的可視的生產監督平臺，實現全省果樹認養和果品電子商務，提高了果樹種植經濟利潤。三是數據驅動蘋果產業發展，可以通過電腦或手機遠程查看全省蘋果產業墑情數據和實時視頻數據，使管理人員隨時掌握蘋果基地情況，獲得及時預警信息，能顯著提高工作效率。四是通過應用，將土壤水分傳感器或空氣溫濕度傳感器感知的數據通過電腦及網絡與滴灌電磁閥門關聯，當數據低于一定值時，電腦指令開啟電磁閥進行滴灌、微噴等；當數據達到設定的標準值時，閥門自動關閉，達到節約灌溉、澆水的目的。五是果樹實現遠程高清視頻監控后，在其出現不良情況時，可以隨時請專家進行遠程會診，快速診斷出病蟲害，及時指導采取應對措施，將損失減少到最低，實現經濟利益最大化。

五、對河南省數據驅動蘋果產業發展的啟示

以綠色發展理念為引領，以創新驅動為支撐，以發展優質高效生態安全現代果業為目標，以促進農民增收為核心，以提質增效為主攻方向，河南省蘋果產業轉型升級不僅需要苗木質量的提高、栽培管理模式的升級和產業政策的支持，更需要大數據、物聯網和人工智能技術，尤其是智能裝備和大數據平臺的開發應用。搭建一個能夠滿足農民建園決策、栽培管理、精準投入、市場分析和加工儲運需求，為政府主管部門提供宏觀決策依據，為相關企業提供產品與技術服務，為科技人員提供基礎數據的大數據平臺，不僅是果農的迫切需求，也是政府主管部門、相關企業和科技人員的需求。按照“創新、協調、綠色、開放、共享”五大發展理念為總體要求，河南省蘋果產業發展要進一步強化政策扶持、創新引導和示范帶動，積極轉變果業發展方式，著力構建現代生產體系、科技支撐體系、質量安全保障體系和產業經營體系，全面提升蘋果產業的整體素質，促進全省由蘋果大省向蘋果強省跨越。