基于GIS的釀酒葡萄園信息化實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

劉金豹，隋壽山，張靜，劉建波，白翎，袁小單，馬君，汪之，李澤福*

（1. 中糧長(zhǎng)城葡萄酒（煙臺(tái)）有限公司，山東蓬萊 265608；2. 山東省蓬萊市農(nóng)業(yè)局，山東蓬萊 265600；

3. 西門子工業(yè)軟件（上海）有限公司，上海 200042）

基于GIS的釀酒葡萄園信息化實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

劉金豹1，隋壽山1，張靜2，劉建波1，白翎1，袁小單1，馬君3，汪之3，李澤福1*

（1. 中糧長(zhǎng)城葡萄酒（煙臺(tái)）有限公司，山東蓬萊 265608；2. 山東省蓬萊市農(nóng)業(yè)局，山東蓬萊 265600；

3. 西門子工業(yè)軟件（上海）有限公司，上海 200042）

以出產(chǎn)葡萄品質(zhì)均一性為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合品種、土質(zhì)、小氣候條件等，將釀酒葡萄園進(jìn)行地塊劃分。以地塊為基本信息，通過(guò)GIS技術(shù)，將釀酒葡萄園進(jìn)行電子化轉(zhuǎn)化。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)釀酒葡萄園進(jìn)行信息化改造，以地塊二維碼為信息載體，為釀酒葡萄園的信息化管理提供基礎(chǔ)。

葡萄園；GIS技術(shù)；信息化；改造

近年來(lái)，GIS技術(shù)在產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測(cè)、病蟲害防治等方面應(yīng)用越來(lái)越多[1-2]。在葡萄園管理方面，GIS技術(shù)也得到一定程度的應(yīng)用[3-4]。帶有GIS定位信息的傳感器有序分布在葡萄園內(nèi)，定期檢測(cè)葡萄園土壤溫濕度、有害物的數(shù)量，確保葡萄健康生長(zhǎng)。以GIS為基礎(chǔ)的信息化葡萄園不僅能以影像的形式為果農(nóng)提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，而且還能對(duì)記錄下的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存存檔，形成數(shù)據(jù)庫(kù)。逐年積累，就能就不同年份的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，構(gòu)建起土壤狀況、氣候狀況和葡萄品質(zhì)之間的關(guān)系體系，為將來(lái)的葡萄園管理決策做指導(dǎo)[4-5]。此外，此項(xiàng)技術(shù)能極大地節(jié)約人力成本。而在我國(guó)，這種以GIS為基礎(chǔ)的信息化葡萄園技術(shù)還未見(jiàn)實(shí)施。本研究基于GIS地理信息系統(tǒng)，以信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，對(duì)現(xiàn)有釀酒葡萄園進(jìn)行信息化改造，為釀酒葡萄園信息化構(gòu)建提供基礎(chǔ)條件。

1 材料與方法

1.1 場(chǎng)地選擇

選擇中糧長(zhǎng)城葡萄酒（煙臺(tái)）有限公司自控基地作為試驗(yàn)場(chǎng)地，涉及公司葡萄基地200 hm2，分別位于蓬萊市新港街道趙格莊村、蓬萊市劉家溝鎮(zhèn)劉家溝村、蓬萊市大辛店鎮(zhèn)南鄭家村、蓬萊市大辛店鎮(zhèn)仙人腳羅家村。土地類型包含平地及丘陵坡地，土質(zhì)有從黏質(zhì)壤土到砂土不等。種植的紅色品種主要包括馬瑟蘭、小味兒多、品麗珠等，白色品種主要為小芒森、貴人香、霞多麗等。

1.2 主要儀器設(shè)備

IBM X3650M4型服務(wù)器2臺(tái)，成為手持終端8臺(tái)，Zebra 105SL標(biāo)簽打印機(jī)1臺(tái)，托普環(huán)境監(jiān)測(cè)站4套，TM-YS型葉面濕度記錄儀1臺(tái)，YM-BZY孢子捕捉儀2臺(tái)，1080P彩色嵌入式網(wǎng)絡(luò)球型攝像機(jī)5臺(tái)，其他輔助設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)布線等若干。

1.3 技術(shù)路線

葡萄園要實(shí)現(xiàn)信息化管理，首先要在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)葡萄園的基本信息進(jìn)行維護(hù)，將品質(zhì)信息、位置信息、土壤信息、種植戶信息等導(dǎo)入系統(tǒng)，組成地塊信息，通過(guò)生成地塊二維碼，實(shí)現(xiàn)地塊信息的可讀性。通過(guò)布局在葡萄園內(nèi)的自動(dòng)氣象站，自動(dòng)發(fā)送氣象信息，通過(guò)連接到系統(tǒng)內(nèi)的程序控制，實(shí)現(xiàn)氣象信息的在線共享。實(shí)地測(cè)量地塊GPS坐標(biāo)，在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行輸入，生成地塊電子地圖，實(shí)現(xiàn)地塊的電子化定位（圖1）。

圖1 GIS信息化管理構(gòu)建圖

1.4 地塊劃分與定義

按照地理位置特點(diǎn)，將基地內(nèi)基礎(chǔ)信息一致的葡萄園劃分為一個(gè)地塊。地塊內(nèi)的品種信息、土壤信息、地理位置信息、種植戶信息等保持一致，保證地塊所生產(chǎn)原料的一致性。在系統(tǒng)內(nèi)，地塊的定義為：系統(tǒng)內(nèi)能夠獨(dú)立進(jìn)行所有信息化操作的最小葡萄園單元，包含了所代表葡萄園所有信息。

1.5 數(shù)字化地圖構(gòu)建

葡萄園內(nèi)通過(guò)手持GPS設(shè)備，實(shí)地測(cè)量地塊的GPS坐標(biāo)，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計(jì)GPS位置定位程序，輸入GPS坐標(biāo)后，系統(tǒng)生成地塊的電子地圖。電子地圖在實(shí)時(shí)更新的衛(wèi)星地圖上顯示，電子地圖和地塊信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并顯示地塊的基本信息（圖2）。

1.6 地塊二維碼創(chuàng)建

根據(jù)地塊信息，系統(tǒng)通過(guò)二維碼生成程序生成地塊二維碼，地塊二維碼信息包含地塊的品種、面積等信息，掃描二維碼和系統(tǒng)連接后，可追溯該地塊進(jìn)行的所有農(nóng)事操作、病蟲害防控、產(chǎn)量質(zhì)量等信息。

在葡萄基地地塊內(nèi)粘貼系統(tǒng)生成的二維碼圖標(biāo)，在進(jìn)行施肥施藥、中耕鋤草、葡萄采收等農(nóng)事操作時(shí)，掃描地塊二維碼，則上述農(nóng)事操作信息自動(dòng)納入系統(tǒng)內(nèi)。

葡萄采收時(shí)，掃描系統(tǒng)二維碼，并將對(duì)應(yīng)的二維碼附帶在葡萄收購(gòu)單據(jù)上，葡萄入廠檢測(cè)時(shí)，生產(chǎn)部門通過(guò)掃描二維碼，將地塊葡萄收購(gòu)信息與生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)接，可實(shí)現(xiàn)從葡萄酒到原料的正反向追溯。

2 結(jié)果與分析

2.1 園區(qū)信息維護(hù)

圖2 通過(guò)GPS坐標(biāo)定位釀酒葡萄園

種植園基本信息包括：種植園編碼、種植園名稱、面積、地理位置等（圖3）。其中，種植園編碼作為種植園的身份代碼是固定不變的，命名規(guī)則為種植園所在地漢語(yǔ)拼音首字母大寫。種植園名稱、面積、地理位置可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改。新建或放棄一個(gè)種植園時(shí)，可在系統(tǒng)內(nèi)新建種植園，或者將當(dāng)前種植園刪除。

通過(guò)GPS定位信息，將種植園位置在電子地圖上進(jìn)行顯示，并顯示種植園的基本信息。選中某個(gè)種植園滾動(dòng)鼠標(biāo)可進(jìn)一步顯示種植園詳細(xì)的地塊信息。

將種植園信息準(zhǔn)確、全面的錄入系統(tǒng)進(jìn)行管理，可非常方便的實(shí)時(shí)了解各種植園的實(shí)際情況，對(duì)整個(gè)基地的面積、品種、病蟲害等情況做到隨時(shí)掌控。與系統(tǒng)建立前相比，位置精準(zhǔn)定位，信息傳遞快速準(zhǔn)確，方便基地管理者隨時(shí)掌握基地情況，并對(duì)基地管理作出針對(duì)性措施。

2.2 品種品系信息統(tǒng)計(jì)分析

將種植園所有品種信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并在品種內(nèi)劃分詳細(xì)的品系信息，結(jié)合苗木類型和砧木品種信息，統(tǒng)計(jì)后在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)對(duì)品種品系基本特征進(jìn)行描述，方便品種識(shí)別。品種品系ID命名規(guī)則為品種英文拼寫首字母加品系名稱加苗木類型，無(wú)品系名稱時(shí)以“000”代替，苗木類型A代表嫁接苗，B代表扦插苗（圖4）。

圖3 種植園基本信息

圖4 種植園品種信息圖示

釀酒葡萄的品種有自己獨(dú)特的特性，在同一品種內(nèi)，根據(jù)育種情況，又分為很多品系。在長(zhǎng)期的栽培管理過(guò)程中，種植者不斷淘汰表現(xiàn)不好的品系，使得優(yōu)良品系得到推廣。但是，在不同的地理和氣候條件下，優(yōu)良品系的表現(xiàn)是有差別的，類似的情況發(fā)生在扦插苗與嫁接苗上的表現(xiàn)。因?yàn)椴煌恼枘酒贩N具有自己的特性，不同砧木在抗寒性、抗旱性、抗?jié)承砸约翱共⌒苑矫姹憩F(xiàn)各異，因此砧木對(duì)栽培品種長(zhǎng)勢(shì)有一定影響。通過(guò)統(tǒng)計(jì)基地所有品種品系信息，基地管理者可及時(shí)了解這些信息，結(jié)合地塊的葡萄長(zhǎng)勢(shì)、歷年產(chǎn)量、質(zhì)量情況等，對(duì)品種品系表現(xiàn)進(jìn)行分析，更有利于篩選適合本產(chǎn)區(qū)的優(yōu)良品種品系。

2.3 農(nóng)戶及農(nóng)機(jī)信息統(tǒng)計(jì)

根據(jù)基地類型和種植戶與公司合同關(guān)系，將種植戶信息進(jìn)行收集并對(duì)種植戶進(jìn)行命名。種植戶信息包括姓名、類別、種植戶狀態(tài)、身份證號(hào)碼、聯(lián)系方式、住址等信息。當(dāng)某個(gè)種植戶與公司解除合同關(guān)系時(shí)，可定義該種植戶的狀態(tài)為失效。失效的種植戶不能在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行任何操作。

基地管理者可隨時(shí)了解種植戶的情況，當(dāng)種植戶的登記信息有變動(dòng)時(shí)，要隨時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)種植戶信息進(jìn)行更新，保證種植戶信息的準(zhǔn)確性。種植戶信息與產(chǎn)量質(zhì)量信息、葡萄結(jié)算信息相關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部設(shè)定程序，可直接進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)，方便了財(cái)務(wù)和技術(shù)分析。

2.4 地塊配置情況

地塊是葡萄栽培的載體，是基地管理的基本單元，地塊劃分的合理性直接關(guān)系到葡萄園管理的精細(xì)度；地塊劃分以同一地塊產(chǎn)出的葡萄質(zhì)量盡量均一，滿足釀酒對(duì)于葡萄質(zhì)量均一度的要求為原則；地塊劃分依據(jù)：土壤同質(zhì)、葡萄同品種品系、苗木類型一致、樹齡相同劃為同一地塊；地塊信息：地面面積、樹體信息、農(nóng)戶信息（圖5）。建立地塊和葡萄品種品系的關(guān)系。

圖5 地塊主要配置示意圖

圖6 葡萄園在衛(wèi)星地圖上的信息示意圖

以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，在衛(wèi)星地圖上顯示各葡萄園的地塊位置、葡萄品種品系、種植面積等靜態(tài)數(shù)據(jù)信息；同時(shí)可以在地圖上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的氣象信息、病蟲害信息，幫助用戶直觀、快捷的了解種植園的基本信息和關(guān)鍵信息（圖6）。

3 討論

本文利用GIS技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，開(kāi)發(fā)信息化葡萄園操作系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)葡萄園地塊信息、品種品系信息、種植戶信息等的信息化改造，使得該系統(tǒng)具有了進(jìn)行信息化操作的基本條件。在后續(xù)開(kāi)發(fā)中，可通過(guò)系統(tǒng)功能的不斷開(kāi)發(fā)完善，在精準(zhǔn)栽培管理、食品安全管控、病蟲害預(yù)警與辨識(shí)等方面進(jìn)行研究，充分利用信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不斷提高葡萄栽培的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化水平。

[1] 郝濤, 錢慶, 石道良. 地理信息系統(tǒng)在我國(guó)森林病蟲害信息管理中的應(yīng)用[J]. 湖北林業(yè)科技, 2005(3): 46-49.

[2] 周星, 楊信延, 汪善勤, 等. GIS支持下的安全農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究, 2007, 23(4): 389-393.

[3] 鐘禮珍, 張小栓, 穆維松, 等. 基于GIS的葡萄綠色果品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)[J]. 中國(guó)果樹, 2011(1): 26-28.

[4] 秦文韜, 王忠躍. GIS在葡萄研究與生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 中外葡萄與葡萄酒, 2012(3): 54-57.

[5] 李華, 王慶偉, 劉樹文, 等. 智能系統(tǒng)在葡萄與葡萄酒產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006, 22(7): 193-199.

10.13414/j.cnki.zwpp.2017.01.012

2016-11-10

山東省自主創(chuàng)新專項(xiàng)（編號(hào)：2013CXB90201）

*通訊作者：李澤福，高級(jí)工程師，從事葡萄種植及釀造工作。E-mail: greatwallgrape@163.com