石家庄市智慧果业的发展路径与方向

张力栓，武子鑫，李 梅，徐小伟

（石家庄市林果技术研究推广服务中心，河北 050051）

近年来，移动互联网、大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术在我国迅猛发展，应用的范围和领域日益扩大，与传统产业渗透融合的步伐明显加快。农业是典型的传统产业，农业的发展道路将从分散化的传统小农经济发展到农业现代化，未来将依托信息技术这个倍增器，最终进化到融合互联网的高度智能化的智慧农业模式，这是农业生产方式转型升级的必由之路[1-2]。果树产业是农业的重要组成部分，是果树产区的支柱产业，具有前期投入高、技术管理环节细、生产管理过程多、生命周期与收益期长、受自然灾害影响大、形成资产难等特点，是唯一既有年生长周期又有生产周期性质的产业，对提高农民经济收入、改善农村生态环境、丰富农产品种类、推进产业融合发展作用明显。从总体看，目前果树生产中机械化应用率较低，信息化水平更低，果树产业迈向智能化之路任重而道远。河北省石家庄市是林果大市，全市果树种植面积32.015万hm2，果树树种齐全，管理水平较高，其中枣、梨的种植面积与产量均居全省首位。近年来，石家庄市在智慧果业发展上进行了有益探索，显示了良好的应用效果，呈现出广阔的应用前景。现将主要做法和思路总结如下。

1 智慧果业的内涵与特征

目前，国内的智慧果业尚无准确的定义，但智慧农业已有基本明确的概念[3]。借用智慧农业的定义，结合果树产业的特点，现将智慧果业的内涵初步归纳如下：智慧果业是指充分应用现代信息技术成果，集成移动互联网、大数据、云计算、物联网等信息技术，依托部署在果树生产现场的传感节点，实现果树生产环境的智能感知、智能预警、智能分析、专家在线指导诊断，为果树生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策，为种植者果品营销提供便捷平台和快捷服务。广义的智慧果业还包括农村电商、果品商标防伪、果品质量安全追溯、果业信息服务与果业休闲旅游等方面的内容。智慧果业属于智慧农业的分支，二者略有差别，智慧果业的复杂性与实施难度要高于智慧农业。2018年11月1日，首届中国智慧果业高峰论坛在山西省运城市举办。该论坛的成功举办，标志着智慧果业在国内已从概念认识阶段走向产业独立阶段[4]。

智慧果业是果树生产的高级阶段。智慧果业以高效率利用农业资源、最大程度地降低能耗和成本、最大限度地保护生态环境以及实现果业效益最大化为目标；以果树生产全产业、全过程、全链条、全区域的智能控制为特征，以全面感知、可靠传输和智能处理等物联网技术为支撑和手段；以可视化生产、最优化控制、智能化管理、系统化物流、电子化交易为主要生产方式的高效、低耗、优质、生态、安全的现代果业发展模式与形态。

2 智慧果业的主要内容

从本地应用实践看，智慧果业主要包括四大系统——智慧栽培管理系统、智慧经营系统、信息服务系统、果品质量安全溯源管理系统。

2.1 智慧栽培管理系统

本系统主要由果品生产企业建设运营，包含果园土壤与环境参数监测、视频监控、果树生产管理等分系统，以及依据各分系统监测记录的数据建立的栽培管理数学模型等，是智慧果业的建设主体。

2.1.1土壤与环境参数监测

在露地果园或温室大棚内，通过配备多种传感器、路由器、无线或有线传输系统等设备，实时、快速、高精度地监测土壤湿度、土壤温度、pH值、土壤电导率、空气温度、空气湿度、CO2浓度、风速、风向、光照强度、雨量等参数，通过数据采集终端实现参数的定时自动采集、运算、动态显示、存储、分析处理，并以图表或曲线的方式直观显示。技术人员可根据以上各类参数的反馈，通过网络控制终端对露地果园或温室大棚实现水肥一体化灌溉、弥雾降温、通风、卷膜、放膜、卷帘、补光、液体肥料施肥等管理活动的自动控制或智能手机手动操控[5]。这大大提高了数据管理与空间分析能力，使栽培管理和决策实施过程更加科学和智慧。

2.1.2实时图像与视频监控

通过视频监控及实时图像，可随时直观地观测果树不同品种、果树枝叶果形态变化、树体营养水平、有害生物类群的发生数量与分布状况等情况，为技术人员或专家远程诊断提供更加科学的决策依据，便于制定下一步更精准的栽培管理与病虫害防控方案。另外，视频监控也是工人田间作业管理、果品防盗管理的重要工具。

2.1.3果树生产管理

果树是多年生作物，每个年度都要循环经历发芽、开花、坐果、新梢生长、花芽分化、果实膨大、果实成熟、采摘、落叶等过程，并伴随多个生产管理环节。无论从技术实施、成本核算还是果品质量安全追溯角度，均需对果树生产管理过程建立电子档案，长久保存，例如对果园内种植小区或不同果树每个生产管理环节的实施时间与用工量，每次施用肥料、每次喷药的种类、数量、浓度等如实记录。

2.1.4建立数学模型

将当地大宗果树的生长发育规律与采集的环境因子参数，通过分析计算以数学模型表达出来，创建大宗果树生长发育数学模型，在其基础上建立果树专家系统、模拟决策系统等，使果树生产管理更加智慧，产量更加精准，生产的果品更加安全。农业科技人员足不出户，就能把数学模型放到异地的计算机中心进行计算和模拟，以指导该地的果树生产实践。

2.2 智慧经营系统

本系统主要由果品生产企业建设运营，通过自备计算机系统创建企业网站，与国内农产品信息网联通，推介自产优质果品，通过电商平台销售。同时还可了解国内外大中城市农产品市场的果品实时价格，以便做出最合理且效益最大化的营销决策。

2.2.1企业创建网站

果品生产企业创建网站，是建立对外沟通的窗口，是建立企业品牌的渠道，是果品营销的工具。通过自建、租借或服务外包方式对网站进行日常的运营维护，随时回应消费者或客商的产品购买需求或问询，保持沟通的畅通，进一步扩大果品企业产品与品牌的影响力。

2.2.2水果智能分拣

水果分级包装是把控果品质量的关键环节，是水果进入流通领域的前提条件。水果分拣系统上的摄像机和红外发射器对传送线上的水果进行影像采集和扫描，将采集到的影像上传到计算机系统进行分析运算处理，通过分析分拣目标的运动轨迹，获得水果的形状、颜色、果肉密度等特征量，识别出水果的等级差异，再由PLC控制器控制机器人动作对水果进行分级。水果分级之后，再进入包装、入库环节。

2.2.3水果物流

水果属生鲜农产品，易失水萎蔫；组织幼嫩，不耐碰撞，易受机械伤；营养丰富，易被微生物侵染而腐烂变质。从分拣系统分级后的水果，经包装、质检、密封、粘贴二维码标签等环节后，具有冷藏设施的企业要对已包装水果进行预冷处理，最后或随冷链物流体系直接运往市场销售，或存入冷库冷藏日后销售。水果物流要严格把握快速便捷、防震防摔、防冻防热、防腐保鲜的要求。

2.2.4果品电商销售与平台

水果具有明显的生鲜特征，这决定着果品生产企业适宜将电商销售建立在从事食品类网络直售、以生鲜类商品为主打的这一类线上平台，重点采用B2C、B2B、C2C模式，打造垂直型电商；同时要注重消费者对产品需求个性化、订单化的变化趋势。

2.3 信息服务系统

本系统建设运营主体为政府主管部门（或政府部门授权委托的公司）、科研单位及相关农业企业。系统平台主要有农业大数据中心、网络、广播电视节目、微信公众号等。果农可通过上述平台学习最新的农林知识与技能，获取外界生产生活信息，开拓眼界，提升技术素质。

2.3.1农林业生产信息服务

定期发布农业政策及政策解释、农资供求信息、农产品供求信息、农产品价格信息、农林业科技新成果、农林业科技服务动态等。

2.3.2农林业生活信息服务

主要开展气象和灾害预警服务、农林业保险服务、农林业知识与技能网络培训、农村土地流转咨询服务、社会公共信息服务等内容。

2.4 果品质量安全溯源管理系统

本系统由果品生产企业和政府主管部门共同建设运营，以果品生产企业为运营主体，政府主管部门可实时监控。

2.4.1消费者可视化溯源

果品生产企业设置视频监控系统，让特定消费者或客商通过显示终端随时远程查看果树四季生产管理、病虫害防治、采摘和分级包装的全过程，既可直观证实果品产地的真实性，公示果品生产的全过程，让消费者对果品质量与安全性更加放心，又可提升其果品的公信力和溢价能力。

2.4.2果品农药残留速测

果品生产企业设立小型化验室，配备果品农药残留速测设备，对不同果树的上市果实、同一树种不同成熟期品种的上市果实分别进行速测，再将果品采样过程、果品处理与速测过程、速测结果的照片或视频上传到企业网站和县市级果品质量安全溯源管理系统。

2.4.3果品质量安全追溯

果品生产企业与县市级果品质量安全溯源管理系统联网，并将移动互联网、物联网、RFID技术、二维码标志等技术在果品生产、包装、仓储、流通、销售各环节推广应用，建立“源头可追溯、安全可预警、产品可召回、责任可追究”的全程追溯体系[6]，让普通消费者通过扫描粘贴在果面或果品包装箱上的二维码标签，实现终端查询，并获取果品及其生产企业的相关信息。

3 石家庄市智慧果业的发展路径

3.1 果业发展现状

近年来，石家庄市林果业紧紧围绕发展现代林业、打造绿色省会、建设果品强市的总体目标，调整优化果业种植结构，大力推广标准化生产，全面加强科技支撑体系建设，产业链条延伸步伐加快，果业提质增效取得新成效，农民增收迈上新台阶。

截至2017年底，石家庄市果树种植面积32.015万hm2，果品总产量239.44万t，总产值81.8亿元。其中枣种植面积7.816万hm2，总产量27.4万t；梨种植面积3.831万hm2，总产量149.2万t；苹果种植面积1.958万hm2，总产量25.8万t。枣、梨的种植面积与产量均居全省首位。在布局上形成了平原以梨为主，山区以枣、核桃、苹果为主的果树种植格局，这些树种已成为规模种植区的支柱产业。

3.2 智慧果业发展现状

石家庄市智慧果业生产应用起步于2000年代后期，最初主要是灵寿县、深泽县在棚室葡萄，辛集市在日光温室草莓上应用，以生产环境控制为主，应用面积较小。随着全市观光果业的兴起与蓬勃发展，2010年代中期，部分县（市）区的农业园区先后建设了一批高标准的钢架连栋温室与日光温室，发展设施果树，并引用了物联网设备和水肥一体化灌溉设备，以实现环境条件的调控，促使果实提早成熟和上市。从此全市智慧果业发展驶入了快车道。截至2019年底，石家庄市共建成省市级现代农业园区100家，其中涉林果花现代农业园区51家（省级13家，市级38家）；建成市级现代林果示范园区20家。这些园区中，已开展智慧果业建设应用的有20家，总应用面积超过2 000 hm2，应用的规模与范围已走在河北省前列。总体来看，石家庄市智慧果业发展处于试验示范阶段。

3.2.1智慧果业应用系统建设初具规模并初见成效

石家庄市智慧果业的建设应用主体为省市级现代农业园区，现已有20家建成并投入应用。这些园区建设的应用系统主要为智慧栽培管理系统、智慧经营系统、果品质量安全溯源管理系统，总应用面积达到2 066.6 hm2。目前已建成的系统在温室大棚栽培中的环境参数控制、露地栽培中的水肥一体化灌溉、特定客户群的果品销售等方面发挥着重要的作用，有效减轻了劳动强度，降低了生产成本，拓展了销售渠道，扩大了应用园区的产品知名度。

以赞皇县小西川市级现代农业园区智慧果业应用为例。这是一个以露地苹果种植为主导产业的园区，核心区位于赞皇县许亭乡军营村和岭根底村，面积153.3 hm2，2019年7—10月完成智慧果业建设施工并试运行。该园区智慧果业系统由3个层次组成：一是信息感知层，主要包括土壤墒情传感器、小型气象站配属各类传感器、高清摄像头、环控开关等；二是信息传输层，主要包括服务器、网络机柜、交换机、光纤收发器、无线网桥、物联网流量卡等；三是处理应用层，主要包括水肥一体化灌溉设备及控制终端、大型液晶屏显示组块、电脑显示器、应用软件等。在终端显示平台上，土壤和大气环境数据、果品农药残留数据、园区生产管理信息、树体生长视频图像、国内大型农产品市场农产品实时价格信息可自如切换显示，有力推动了园区的信息化、智能化、精准化建设。

3.2.2市智慧农业大数据中心投入运行

2018年初，石家庄市智慧农业大数据中心建成并投入运行。该中心按“1+2+4+N”的框架搭建，“1”是指一个市智慧农业综合支撑服务平台，“2”是指智慧农业大数据云计算中心、智慧农业应急调度指挥运营服务中心，“4”包括三农综合信息服务体系、石家庄电子政务应用综合业务体系、农业电子商务体系、石家庄三农舆情监测预警体系4个体系，“N”代表37个业务支撑系统[7]。1个平台支撑了整个智慧农业大数据，2个中心形成数据管理池，4大体系在市、县、乡、村整个铺开，互联互通，纵横交错，形成农业行业精准服务。4大体系+N个系统打通了数据上传通道，数据源源不断地上传到农业大数据形成农业云，从云到客户端，服务农业全产业链。

3.2.3林果业信息服务平台不断创新

石家庄市智慧果业建设首先从系统平台建设起步。2004年，石家庄市林业局门户网站“石家庄市林业局”建成并投入运行。2013年，市农业局直属单位创办的“农村大喇叭”在全市18个县（市）区的广大农村开播，每天定时广播3次，向农民传授农业政策和农林果牧实用技术。2018年6月，市林业局创建的“林果科技大讲堂”微信公众号上线开通，2019年6月，市林业局和市广播电视台联办的“林果科技大讲堂”广播版开通，通过文字、广播、点播、录播、直播、互动交流等方式传播林果信息和林果实用技术。全市各县级林业部门、果品生产企业、果树种植大户、农民专业组织相继建设了自己的网站。经过十几年的完善提升和资源整合，逐步形成了层级分明、功能互补、覆盖广泛、传播迅速的林果业信息网络。

3.2.4农业物联网生产应用稳步推进

在石家庄市涉林果花省市级现代农业园区、市级现代林果示范园区中，设施果树占比不断提高，先进栽培模式持续推广，新型果园机械陆续应用，如电动修剪工具、遥控式中耕机械、弥雾喷药机、机动式升降操作平台、水肥一体化节水灌溉设备、农产品冷藏保鲜设施等加速投入生产。一些农业设施装备基础好、经济实力较强、发展智慧果业积极性高的果树生产主体，主动探索物联网在果树生产上的应用，努力提高生产的精细化、自动化、智能化水平，如日光温室草莓、葡萄、桃、樱桃、枣等果树、露地矮化密植苹果的智能化监测和远程控制，为推进智慧果业发展进行了有益的尝试和示范。

3.2.5林果业监管网络进一步完善

2014年以来，石家庄市林业局在全市18个县（市）区的84个示范果园或果品生产基地设立了果品质量安全追溯点，统一为其配备农药残留速测仪、电脑及打印机，实时监管果园用药情况，大宗水果类质量安全追溯管理基本实现重点覆盖。2017年以来，全市40多个省市级涉林果现代农业园区新建了农残检测室，纳入果品质量安全追溯体系，全市果品质量安全追溯点共计104个。2016年，市林业局在辖区县建成3套自动化林业有害生物预测预报系统，技术人员在实验室电脑上即可实时观测林果害虫成虫的发生聚集情况，提高了虫情预测预报的快捷性和准确性，初步实现了果品生产监管的数字化、规范化、网络化。

3.2.6市财政对智慧农（果）业建设全力扶持

2017—2019年，石家庄市政府加大了对现代农业示范园区建设的扶持力度，分别安排4 000万元、2 000万元、1 000万元财政资金予以支持。3年来，财政资金重点对辖区内11个县（市）区管理规范、效益突出的25个省市级现代农业园区提档升级建设项目通过以奖代补方式给予扶持，这其中直接用于智慧农（果）业建设项目的资金达到4 400万元，3个年度依次为2 000万元、1 400万元、1 000万元，对全市智慧农（果）业建设起到了关键性的引导与推动作用。

3.3 存在的主要问题

3.3.1果树经营主体种植规模化程度有待提高

目前实行的集体土地家庭承包经营模式，每户承包的耕地面积一般少于0.66 hm2，种植果树的面积就更小。限于资金、技术、意识等因素，在农户经营的小面积果园中推行智慧果业建设难度较大。那些具有一定经济实力的企业或大户以土地流转方式投资兴建的规模化、标准化果园，为降低生产及用工成本，实现效益最大化，更有意愿接受和建设智慧果业。

3.3.2软硬件的技术标准和模式不统一

由于石家庄市智慧果业目前无规范的顶层设计和行业标准，各果品生产企业投资兴建的智慧果业系统所采用的软件、硬件技术标准差异大，采集的土壤与环境参数的单位设置不统一、不规范；有的在同一个园区（基地）内使用的物联网分系统之间不能在一个统一的应用平台上兼容，不能自如切换显示，易形成碎片化的“孤岛”。

3.3.3恶劣的自然环境导致设备运行不稳定

暴露在恶劣自然环境下的农业物联网设备稳定性差，故障率高，维护成本高，后续技术服务不到位，影响了用户的使用积极性。另外由于农业行业的应用软件需求滞后，从事农业软件研发的科研单位或公司绝大多数规模小，缺乏现代软件工程开发的实力和基础，软件运行质量差，软件跟踪服务意识缺乏。

3.3.4智慧果业专业人才缺乏

智慧果业是知识和技术密集型产业，但目前全市各级农林业管理部门、果园经营主体、农业企业以及大中专院校普遍缺乏既懂果业经营管理又懂信息技术的复合型人才，一线的果业从业人员多数是年龄在50岁以上的农民，知识水平较低，接收现代信息技术能力弱，农业企业或园区严重缺少经过农业信息化系统知识培训的高校毕业生，成为制约智慧果业发展的突出瓶颈。

3.3.5果业技术推广机构与技术人员专业构成不匹配

新一轮市级机构改革完成后，石家庄市水果产业由市农业农村部门主管，干果产业由市林业部门主管。但多年来，河北省乃至石家庄市的林果产业一直由林业部门主管负责，林果技术推广机构与林果技术人员也集中在市林业部门。目前，市农业农村部门的农业技术推广机构缺乏果树方面的技术人员，果树技术推广工作面临一定困难，仍需由市林业部门技术人员代为履责。

4 今后的发展对策与方向

果业是石家庄市的优势农业产业，现为一些林果大县的支柱产业，果业收入在农民收入中占有较大比重。在国家全力推进“互联网+”的新形势下，石家庄市果业要充分发挥基础条件和树种优势，抢抓机遇，顺势而为，加快与新一代信息技术的融合渗透，形成果业发展新动能，促进石家庄市智慧果业发展迈上新台阶。

4.1 编制全市智慧果业科学合理的发展规划

坚持政府引导、规划先行的原则。从石家庄市林果资源禀赋和产业发展实际出发，科学谋划，反复论证，编制全市智慧果业总体发展规划，明确发展目标、建设思路、建设内容、保障措施等，作为全市智慧果业发展的行动指南。在财政资金的撬动下，引导和鼓励社会资本及各类经济实体投资建设，建立果品生产企业和社会投入的多元化投入机制，为智慧果业发展提供资金支持。

4.2 制订地方智慧果业相关系统的技术标准

根据全市智慧果业的建设现状和发展趋势，充分依托高校、科研机构和企业技术力量，由市级农业技术推广机构牵头，组织市级相关部门的果树、网络、教育等方面的专家，同时参考外地已实施的相关标准，研究制订农业（果业）物联网相关基础标准和行业应用标准，规定适合石家庄市环境气候特点的农业物联网传感器技术标准、数据传输通讯协议标准和智慧果业平台建设、运营和管理规范等，为今后全市智慧果业建设树立统一的遵循标准。

4.3 扩充智慧农业大数据中心应用服务范围

市智慧农业大数据中心的建成运行，奠定了全市农业、林果业、畜牧业、水产业、气象等信息实现聚合、共享和应用的基础。按照“政府主导、社会参与”的建设方式，搭建起一个面向政府、企业、市民应用需求的市级智慧农业服务平台，在中心原有4大体系的基础上，完成与市水务、气象、林业、供销等部门的数据对接，扩充各涉农部门大数据信息、气象灾害预警服务、有害生物监测预警服务、农产品质量追溯等信息。在平台功能上，充分考虑政府管理、企业应用和市民服务三方便捷应用需求；在接口标准上，尽可能兼容并蓄各级各类已建农业信息系统，并使纳入平台的各类应用主体的农业物联网系统尽量不改动或少改动，实现低成本或无成本接入。充分发挥该平台的生产管理、预测预报、会商决策、应急处理、公共服务等职能作用。

4.4 培养智慧果业方面的专业人才

由于物联网在生产生活中的广泛渗透及在农业生产上的普及应用，今后一段时期既懂果业又懂物联网技术的复合型人才的需求将明显增加。要建立人才吸引机制，通过优惠待遇吸引高层次物联网科技人才来石家庄工作，研发农业物联网关键技术，鼓励专业人才投身智慧果业建设，支撑智慧果业可持续发展。另外要组织各种形式的针对性培训，培养本地新型职业农民和智慧果业实用人才，切实提高信息技术在果业上的应用能力。

4.5 探索创新有效的运营机制和模式

目前全市20个已建成的智慧果业示范项目中，17个为政府资助的园区或生产基地。但高额的资金投入和短期内难以获得预期经济效益的矛盾，加上居高不下的后续使用和运行维护成本使许多应用主体背负压力。基于智慧果业政府管理、公益服务的性质，市级扶持资金要重点支持智慧果业软硬件建设、综合服务平台建设与运维、信息通道建设、基层信息服务站建设与运维，可对建设与运维制定有差异的扶持政策，使智慧果业真正发挥应有的作用。要积极探索创新有效的智慧果业运营机制和模式，合理配置盈利点，责任共担，利益共享；也可采取前端应用推广多免费、补贴等手段，让生产经营主体先享受实惠，再逐步从果品销售利润中找回企业收益，实现生产经营主体、物联网企业、管理部门等多方的共赢。

4.6 打造活跃的农产品电子商务服务平台

按照2020年中央一号文件的要求，各级政府要大力支持农产品冷链物流设施的建设。利用北斗卫星和移动通信技术，建立移动冷藏车、存储中心冷库的实时监测系统，实现对配送过程中冷链环境的精确控制。在农产品销售上，改善市场对接方式，完善农产品电子商务信息服务平台，引导果品生产企业充分利用现有电商平台、农产品大宗交易平台开展网上销售，建立季节性合同预订和时令果品促销机制，积极开展直接面对消费者的线上交易。建立全市优势特色农产品的营销、订单、配送、结算等全供应链跟踪机制，打造具有地域特色的农产品交易平台，引导农产品经营企业、农村合作社和农业经纪人等积极开展活跃的果品网上销售等业务，尽最大可能让广大市民足不出户就能买到更多更丰富的本地优质果品。