我國園藝產(chǎn)業(yè)信息化發(fā)展現(xiàn)狀與建議*

陳亞東，郭淑敏，劉現(xiàn)武，趙崎儒

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，北京 100081；）

園藝產(chǎn)業(yè)作為農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是一個(gè)典型的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)[1]。我國的園藝業(yè)目前還處于發(fā)展階段，在栽培和生產(chǎn)中常出現(xiàn)產(chǎn)量質(zhì)量低下、農(nóng)藥殘留嚴(yán)重、栽培技術(shù)落后、自動(dòng)化程度低、產(chǎn)銷脫節(jié)等一系列問題[2-3]。近年來，信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)交叉結(jié)合，有效解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的一些問題，園藝產(chǎn)業(yè)正朝著生產(chǎn)智能化、經(jīng)營網(wǎng)絡(luò)化、以信息化促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級的方向發(fā)展[4]。目前，加快和加強(qiáng)我國園藝產(chǎn)業(yè)的信息化發(fā)展已成為推動(dòng)農(nóng)業(yè)改革進(jìn)程中的必經(jīng)之路。

1 我國園藝產(chǎn)業(yè)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀

近年來，我國園藝產(chǎn)業(yè)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)初見成效。在硬件建設(shè)方面，至2010年，全國能上網(wǎng)的城鄉(xiāng)比例已經(jīng)達(dá)到100%，寬帶上網(wǎng)、手機(jī)、電視、電話、廣播等在農(nóng)村已經(jīng)普及[5]。截止2015年12月，我國網(wǎng)民中農(nóng)村人口占28.4%，規(guī)模達(dá)1.95億[6]。農(nóng)民對于信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求的增加，標(biāo)志著信息化在園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要作用。軟件建設(shè)方面，各地政府部門為生產(chǎn)者提供了信息保障系統(tǒng)，例如果樹服務(wù)站、信息聯(lián)絡(luò)站、果樹服務(wù)咨詢中心專業(yè)合作社等。一些地區(qū)還建立了農(nóng)村信息服務(wù)機(jī)構(gòu)，如圖書資料室、農(nóng)村圖書室等設(shè)施，全面提升了信息基礎(chǔ)設(shè)施水平，為生產(chǎn)者更好的獲取農(nóng)業(yè)信息提供了有利的保障。

2 信息技術(shù)在園藝產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 智能農(nóng)業(yè)—農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)

基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的引領(lǐng)，各種智能化的專家系統(tǒng)在園藝生產(chǎn)中應(yīng)運(yùn)而生，具有代表性的專家系統(tǒng)可分為以下3類。

2.1.1 解釋型專家系統(tǒng)

解釋型的專家系統(tǒng)是根據(jù)事物的基本表征現(xiàn)象和信息來解釋其深層含義的智能系統(tǒng)，例如將無線通訊網(wǎng)、固定電話網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，快速為果農(nóng)提供服務(wù)的“無公害果樹生產(chǎn)管理知識(shí)系統(tǒng)”，就是利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段構(gòu)建的信息服務(wù)平臺(tái)[7]。農(nóng)戶可以將移動(dòng)手機(jī)和電話作為終端實(shí)時(shí)交互信息，通過在線提問和信息咨詢將表象數(shù)據(jù)輸入，系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和分析后反饋給用戶所需要的信息，農(nóng)民可以根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)信息來進(jìn)行相關(guān)操作，專家系統(tǒng)在果樹產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用，有效解決了生產(chǎn)者栽培技術(shù)落后，知識(shí)水平薄弱的問題。

2.1.2 決策型專家系統(tǒng)

決策型專家系統(tǒng)是通過對各種數(shù)據(jù)和信息的綜合分析，從而對各種可能發(fā)生的決策進(jìn)行綜合評判。3G技術(shù)目前實(shí)現(xiàn)了對園藝作物農(nóng)情信息的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)測，農(nóng)技推廣人員可以通過農(nóng)技推廣信息平臺(tái)快速地了解蔬菜病蟲害發(fā)生和當(dāng)前防控的情況[8]。相關(guān)的數(shù)據(jù)通過定線傳遞后，采取標(biāo)準(zhǔn)化處理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與數(shù)據(jù)挖掘，可用于種植分析與價(jià)格推斷，從而為管理者提供科學(xué)決策的依據(jù)，基于決策型專家系統(tǒng)的推斷與分析，可以優(yōu)化蔬菜產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)模式，提升市場效益。

2.1.3 預(yù)測型專家系統(tǒng)

預(yù)測型專家系統(tǒng)是根據(jù)以往的數(shù)據(jù)來預(yù)測未來發(fā)生事物和情況的智能系統(tǒng)，預(yù)測型專家系統(tǒng)在園藝領(lǐng)域應(yīng)用較多，主流的模型是作物生長模擬模型。生長模擬預(yù)測是將計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)有機(jī)結(jié)合，融合作物科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)后形成的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)[9-10]。園藝領(lǐng)域常見的是番茄干物質(zhì)生產(chǎn)與干物質(zhì)分配的生長發(fā)育動(dòng)力學(xué)模型和黃瓜干物質(zhì)生產(chǎn)模擬模型[11-16]，通過定量和動(dòng)態(tài)的描述園藝作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量分配形成過程，系統(tǒng)性的分析環(huán)境因子對園藝作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響與線性關(guān)系，可以規(guī)律性的探索干物質(zhì)分配的影響因素。在生產(chǎn)過程中可以通過調(diào)控環(huán)境因子，利用模型來精準(zhǔn)化配置作物的生長發(fā)育外源可調(diào)控因素，優(yōu)化生長發(fā)育和促進(jìn)產(chǎn)量的提高，從而實(shí)現(xiàn)智能化與現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理模式。

2.2 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

基于全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展起來的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，是以提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本、精確調(diào)控作物生長發(fā)育的知識(shí)化、智能化集成系統(tǒng)[17]。部分發(fā)達(dá)國家的園藝產(chǎn)業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)化生產(chǎn)，例如荷蘭的無土栽培切花生產(chǎn)[18]、日本的水培蔬菜生產(chǎn)[19]、美國的生菜生產(chǎn)線等[20]，都是通過精準(zhǔn)定位與導(dǎo)航，精確控制園藝作物生長過程中的生產(chǎn)類物質(zhì)使用劑量，如營養(yǎng)液濃度，肥料等，最佳程度適應(yīng)土壤等生長環(huán)境的需求，實(shí)現(xiàn)精確投入，產(chǎn)出效益最大化。信息技術(shù)的進(jìn)步將我國的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)帶入到了新的發(fā)展階段，實(shí)現(xiàn)了粗放型農(nóng)業(yè)向精細(xì)型農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型。20世紀(jì)90年代起，北京、上海、黑龍江等地相繼開始建立了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的示范園區(qū)，開發(fā)了蔬菜花卉育苗、溫室栽培等基地，并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化管理[21]。由于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)投資較高，需要引進(jìn)昂貴的設(shè)備，在我國大范圍推廣目前還有一定的難度。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的概念最早于1999年正式提出，是基于光聲電磁的傳感器、3S技術(shù)、激光掃描器等各類裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、融合、處理和智能化識(shí)別管理[22]?；谖锫?lián)網(wǎng)的果園環(huán)境信息檢測系統(tǒng)就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在園藝學(xué)上的一個(gè)重要應(yīng)用，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)管理模塊組成[23]，通過位于不同地理位置的傳感器來準(zhǔn)確采集環(huán)境因子的相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)果園的數(shù)字化和智能化管理。我國寧波地區(qū)的葡萄栽培[24]、基于物聯(lián)網(wǎng)的家庭園藝養(yǎng)護(hù)[25-26]也是利用互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地感知與傳輸各類信息，如土壤情況、水分控制、空氣濕度等，通過數(shù)據(jù)處理和智能化的分析來科學(xué)化和精密化的實(shí)現(xiàn)栽培。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從一定程度上將以人類生產(chǎn)為中心的生產(chǎn)模式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕畔橹行?，通過數(shù)據(jù)分析來判斷與調(diào)控生產(chǎn)的模式。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控農(nóng)業(yè)種植環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，科學(xué)的進(jìn)行生產(chǎn)判斷和智能化管理。

2.4 多媒體技術(shù)

多媒體技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)對文本、圖形、視頻及圖像等數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行綜合處理后，建立數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系和人機(jī)交互的現(xiàn)代化技術(shù)[27]。多媒體技術(shù)在園藝產(chǎn)業(yè)較為典型的應(yīng)用是園藝植物的可視化，通過多媒體技術(shù)可以建立不同類園藝植物的三維參數(shù)化模型及圖像，根據(jù)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以提取不同部位和整個(gè)植物的參數(shù)。在建模的基礎(chǔ)上，可以真實(shí)模擬園藝作物各器官的生長發(fā)育情況，實(shí)現(xiàn)植物的可視化。目前，園藝作物可視化研究開展較少，僅在部分蔬菜和花卉上有些報(bào)道[28-29]。園藝植物的可視化研究為園藝作物的生長提供了虛擬平臺(tái)，但從技術(shù)角度來看，還需要更多的算法來支持。

2.5 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

數(shù)據(jù)庫技術(shù)是通過對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)管理的理論與方法研究來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)處理的一門信息技術(shù)[30]。近年來，園藝產(chǎn)業(yè)在發(fā)展的過程中積累了大量的數(shù)據(jù)，包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、文本文檔、圖片和視頻等等[31]，形成了紛雜無序的信息流，數(shù)據(jù)庫技術(shù)為園藝產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)的管理提供了技術(shù)支撐。近年來，各網(wǎng)站與實(shí)體機(jī)構(gòu)中規(guī)模與存儲(chǔ)量不同的各類數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)平臺(tái)，從一定程度上將園藝產(chǎn)業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理與整合，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供數(shù)據(jù)資源支撐，如病蟲害防治系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)共享中、國家種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫等，都是利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)將多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、裝載和處理后保存，實(shí)現(xiàn)園藝產(chǎn)業(yè)中分散無序、無法利用的數(shù)據(jù)變成有序、可利用的數(shù)據(jù)資源，如我國蘋果產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)資源的專業(yè)整合[32]。數(shù)據(jù)庫技術(shù)與園藝產(chǎn)業(yè)的結(jié)合意義重大，是園藝產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)資源體系的重要支撐。

3 園藝產(chǎn)業(yè)信息化發(fā)展的建議

3.1 建立完善的信息服務(wù)保障體制

園藝產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化普及有著較多制約因素，主要原因有兩個(gè)，一是我國信息化基礎(chǔ)設(shè)施條件比較落后；二是從事園藝產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)者大部分是地處偏遠(yuǎn)和偏僻地區(qū)的農(nóng)民，文化程度較低，對農(nóng)業(yè)的信息化認(rèn)知能力有限[33]。在推進(jìn)園藝產(chǎn)業(yè)信息化的進(jìn)程中，首先需要加大政府的重視和投入，進(jìn)一步建立和規(guī)范服務(wù)機(jī)制，提升園藝產(chǎn)業(yè)公益化服務(wù)的能力和水平，同時(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，盡可能實(shí)現(xiàn)分區(qū)域制定個(gè)性化信息服務(wù)政策，發(fā)達(dá)地區(qū)可率先試行人員的培訓(xùn)和設(shè)施購進(jìn)，“引進(jìn)來”和“走出去”相結(jié)合，逐步探索適宜的發(fā)展模式。

3.2 加強(qiáng)信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的融合

園藝產(chǎn)業(yè)信息化發(fā)展的前提條件是信息技術(shù)的進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)融合。近年來，各種信息技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)組織技術(shù)等，最近興起的大數(shù)據(jù)技術(shù)，就是數(shù)據(jù)處理技術(shù)中的一種[34]。目前來看，信息技術(shù)與園藝產(chǎn)業(yè)交叉融合的滲透度及融合的高度和密度還有所欠缺。從實(shí)現(xiàn)園藝產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)化、管理現(xiàn)代化和服務(wù)團(tuán)隊(duì)化的目標(biāo)來看，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合十分必要。首先，需要在實(shí)踐中培養(yǎng)一批既懂信息技術(shù)又懂農(nóng)業(yè)的專業(yè)人才。受待遇和地域條件影響，高精尖人才到偏僻地區(qū)工作受到了一定限制[35]，國家政策性支持及高校專業(yè)創(chuàng)新性設(shè)置是解決這個(gè)問題的有效路徑。另一方面，促進(jìn)科技立項(xiàng)與重視產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)向，可以普及和推動(dòng)園藝產(chǎn)業(yè)的信息化發(fā)展。

3.3 加強(qiáng)信息資源整合和數(shù)據(jù)庫建設(shè)

在信息泛濫爆炸的時(shí)代，信息超負(fù)荷反而給使用者造成一定的負(fù)擔(dān)，無法區(qū)分和快速提取有效信息[36]，因此，信息資源的深度整合和數(shù)據(jù)挖掘顯得至關(guān)重要。目前，園藝產(chǎn)業(yè)的數(shù)據(jù)和信息資源過于分散，大大小小的數(shù)據(jù)庫質(zhì)量良莠不齊。加強(qiáng)信息資源的整合與分類，開展知識(shí)挖掘和數(shù)據(jù)建設(shè)是提高信息利用率的必要措施。數(shù)據(jù)庫的建設(shè)首先應(yīng)朝多元化的方向發(fā)展[37]，如為科研工作者建立以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、科研報(bào)告、論文文獻(xiàn)為主的知識(shí)型數(shù)據(jù)庫；為農(nóng)民建立以生產(chǎn)知識(shí)、專利技術(shù)為主的生產(chǎn)實(shí)踐型數(shù)據(jù)庫；為消費(fèi)者和果蔬供應(yīng)商建立以價(jià)格和供需信息為主的市場信息動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫。其次，園藝產(chǎn)業(yè)的信息資源建設(shè)還是應(yīng)該注重信息的準(zhǔn)確性、時(shí)效性與完整性，通過建立專業(yè)權(quán)威的平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)資源整合。

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