关于河南省数据驱动苹果产业发展的探讨——以二仙坡绿色果业智慧果园为例

一、河南省苹果产业基本情况

近年来，河南省苹果产业得到快速发展，生产规模不断扩大，全省苹果种植面积15.65 万hm2、产量438.6 万t，种植面积占全国苹果总面积的6.7%，占全省水果总面积的35.0%；产量占全国苹果总产量的10.0%，占全省水果总产量的47.5%。随着河南省果品质量逐步提高、配套体系日益完善、产业链条逐步延伸、比较效益稳步增长，苹果种植已成为农民增收最稳定、农业增效最具潜力的特色支柱产业。

本文以二仙坡智慧果园建设的实践经验为背景，结合大数据成果的试点推广应用，探讨开启河南省数据驱动苹果产业发展的基础和条件。

二仙坡智慧果园从2010 年开始建设物联网示范基地，先后修建提灌站2 座，修建200～8000m3 的蓄水池16 座，铺设田间喷灌管道、滴灌管道20 多万m，实现了低水高灌、管网相连、节水灌溉。果园利用生态环境监控仪、自动化节水灌溉控制系统、果园生产动态监控设备，建立了果品生产信息化物联网。监测参数主要有空气温湿度、土壤水分、光照、降雨量等，结合数据监测，对果园全面实现智能灌溉。同时，园区也实现了远程视频、病虫害远程诊断等功能。

二、二仙坡智慧果园主要做法

（一）建立信息采集点

二仙坡智慧果园在山坡果园分区建立信息采集点，利用气象传感器、墒情传感器将采集数据每2h 自动采集1 次，并传递至控制中心。

（二）进行自动化控制

二仙坡智慧果园对提灌设施进行自动化控制，利用无线局域网与监控中心连接，在灌溉控制器中进行土壤含水量上下限参数设置，低于设定范围下限时，灌溉控制器会打开电磁阀进行灌溉补充水分；高于设定范围上限时，停止灌溉。全区分布14 个高清网络摄像机和60 个监控网络摄像机，用于实现果品展示、远程病虫害诊断和安防等功能。

果园灌溉自动控制系统围绕“信息监测—决策控制—系统集成”3 个关键环节，综合运用传感器技术、自动控制技术及现代通讯技术，实现了苹果种植过程中的精准监测、高效灌溉和科学管理。

（三）采用分层分布式结构

系统采用分层分布式结构，主要由2 个墒情信息采集点、14 个高清视频信息采集点、11 个灌溉控制点、1 个监控中心组成。墒情信息采集点监测空气温度、空气湿度、风速、风向、辐射强度、降雨量6 个关键指标，土壤含水量指标包括同一土壤剖面4 个深度（表土层、心土层、底土层和潜育层）的温度和容积含水量。

系统工作整体流程为：气象信息采集点与作物生理信息采集点采集各类传感器数据，通过485 总线将上述数据上传到控制中心；控制中心接收到数据后，对数据进行处理分析，形成决策指令，通过无线数传电台发送到井房控制点；井房控制点接收到控制指令后，首先启动柴油机供水系统，待检测到供水压力正常后，开启指定阀门供水。同时，系统实时将现场数据与远程服务器同步，所有数据均在远程服务器中备份，用户只需录入服务器指定网址，通过密码登录，即可实时获取所有数据，并掌握整个系统的运行情况。

三、二仙坡智慧果园应用分析

（一）气象信息采集点

气象信息采集点由采集模块、太阳能充放电设备、各种气象传感器及安装支架组成，利用485 总线与控制中心连接。气象传感器监测空气温度、空气湿度、风速、风向、辐射、降雨量6 个信息。气象信息采集点及作物生理信息采集点均设计冗余供电方式，通常情况下采用市电供电，当市电掉电时，自动切换到太阳能供电，保证传感器数据信息采集正常。

在实际项目建设中，为真实反映苹果园中的实际气象信息，果园因地制宜采用较高支架将气象信息采集点设置在苹果园中。

（二）视频信息采集点

田间安装高清视频摄像头，实现对田间视频图像的实施采集。

果园采用海康威视DS-2DF7286-A 型红外网络高清高速智能球机，有效像素200 万，30 倍光学变焦，16 倍数字变焦，支持自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、背光补偿、宽动态、3D 数字降噪；采用高性能传感器，图像清晰，最大分辨率可达1920×1080；云台水平方向360°连续旋转，垂直方向-2°-90°（-10°-90°可选），无监视盲区；采用高性能平台，性能可靠稳定，支持以太网控制，同时支持模拟输出；支持断电状态记忆功能，上电后自动回到断电前的云台和镜头状态；防雷、防浪涌、防突波；室外球达到IP66 防护等级，可广泛应用于需要大范围高清画质监控的无光和光线较弱的场所。

（三）灌溉控制点

灌溉控制点由测控模块、土壤水分传感器、电磁阀及安装附件组成，利用485 总线经光端机与综合控制中心连接。在实际项目建设中，每个灌溉区内有1个电磁阀，控制田间灌溉。

（四）现场控制中心

现场控制中心由采集控制一体机、无线数传电台、手机模块、液晶电视、UPS 及配套网络设备组成。现场控制中心供电、通讯采用综合冗余方案：市电供电时，由采集控制一体机获取采集点传感器数据，并实时与远程服务器进行数据同步；市电掉电时，自动切换成UPS 仅为手机模块供电，由远程服务器通过GPRS 网络直接获取采集点传感器数据；待市电正常时，由远程服务器将掉电期间的数据返回到现场控制中心。

（五）中央控制软件

中央控制软件是苹果智能灌溉控制系统的核心，采用力控组态软件开发，具有安全管理、传感器参数集中显示、数据查询和统计分析、自动灌溉控制、数据远程发布等功能。

四、大数据应用于全省苹果产业发展的思考

系统的建立，对基地的日常管理提供了第一手的数据，将数据与滴灌控制相结合有利于实现河南省苹果产业监测数据的应用，达到精准节水灌溉、节省人工成本和管理成本的目的。一是在墒情数据采集方面，相对于传统的人工采集，采用数字传感器进行采集，可以得到比较完整的、系统的、精准的数据，能够形成河南省苹果生产基地连续多年果树生产环境数据库，为研究指导生产提供人工无法获得的依据。二是果树实现远程高清视频监控后，能够为管理者和消费者提供全过程的可视的生产监督平台，实现全省果树认养和果品电子商务，提高了果树种植经济利润。三是数据驱动苹果产业发展，可以通过电脑或手机远程查看全省苹果产业墒情数据和实时视频数据，使管理人员随时掌握苹果基地情况，获得及时预警信息，能显著提高工作效率。四是通过应用，将土壤水分传感器或空气温湿度传感器感知的数据通过电脑及网络与滴灌电磁阀门关联，当数据低于一定值时，电脑指令开启电磁阀进行滴灌、微喷等；当数据达到设定的标准值时，阀门自动关闭，达到节约灌溉、浇水的目的。五是果树实现远程高清视频监控后，在其出现不良情况时，可以随时请专家进行远程会诊，快速诊断出病虫害，及时指导采取应对措施，将损失减少到最低，实现经济利益最大化。

五、对河南省数据驱动苹果产业发展的启示

以绿色发展理念为引领，以创新驱动为支撑，以发展优质高效生态安全现代果业为目标，以促进农民增收为核心，以提质增效为主攻方向，河南省苹果产业转型升级不仅需要苗木质量的提高、栽培管理模式的升级和产业政策的支持，更需要大数据、物联网和人工智能技术，尤其是智能装备和大数据平台的开发应用。搭建一个能够满足农民建园决策、栽培管理、精准投入、市场分析和加工储运需求，为政府主管部门提供宏观决策依据，为相关企业提供产品与技术服务，为科技人员提供基础数据的大数据平台，不仅是果农的迫切需求，也是政府主管部门、相关企业和科技人员的需求。按照“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念为总体要求，河南省苹果产业发展要进一步强化政策扶持、创新引导和示范带动，积极转变果业发展方式，着力构建现代生产体系、科技支撑体系、质量安全保障体系和产业经营体系，全面提升苹果产业的整体素质，促进全省由苹果大省向苹果强省跨越。