農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)推進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展新變革

付強(qiáng)強(qiáng),徐恒軍，沈 振，沈彥輝

(1.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，山東 臨沂 276700; 2.金正大諾泰爾化學(xué)有限公司，貴州 黔南州 550400)

1 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)內(nèi)容及意義

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是當(dāng)前大數(shù)據(jù)發(fā)展的一個(gè)分支，是大數(shù)據(jù)理念、技術(shù)和方法在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的實(shí)踐。涉及農(nóng)業(yè)育種、土壤耕地、播種育苗、施肥管理、病害預(yù)防、收獲存儲(chǔ)、市場銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)，是融合了農(nóng)業(yè)地域性、季節(jié)性、多樣性、周期性等自身特征后產(chǎn)生的來源廣泛、類型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有潛在價(jià)值，并難以應(yīng)用通常方法處理和分析的數(shù)據(jù)等的多元化集合。其同樣具備了大數(shù)據(jù)規(guī)模巨大(volume)、類型多樣(variety)、價(jià)值密度低(value)、處理速度快(velocity)、精確度高(veracity)和復(fù)雜度高(complexity)等特點(diǎn)。是通過多粒度、多層次、多渠道對(duì)跨行業(yè)、跨專業(yè)、跨業(yè)務(wù)的多元化數(shù)據(jù)，使用分析模型對(duì)龐大的數(shù)據(jù)總體進(jìn)行挖掘分析，以及數(shù)據(jù)可視化。

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)呈爆發(fā)趨勢。通常借助衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)以及必要的傳感器等設(shè)備，利用信息采集技術(shù)和信息處理技術(shù)，將采集的不同格式、不同領(lǐng)域、不同類型的海量數(shù)據(jù)資源整合成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，并進(jìn)行分析應(yīng)用，繼而產(chǎn)生巨大的應(yīng)用價(jià)值。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)可以說是當(dāng)前農(nóng)業(yè)智能化研究的熱點(diǎn)，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展、作物產(chǎn)量品質(zhì)及糧食食品安全有重大意義[2]。

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略意義主要體現(xiàn)在三個(gè)層面上。宏觀層面上，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)對(duì)于水土資源的充分利用、氣候環(huán)境的預(yù)測、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化合理化分配，糧食資源的合理分配，食品安全等國家政策調(diào)控具有重要意義。中觀層面上，大數(shù)據(jù)可指導(dǎo)于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，幫助實(shí)現(xiàn)農(nóng)生生產(chǎn)過程中資源最優(yōu)化配置(如育種、施肥、植保、收獲、加工、存儲(chǔ)等環(huán)節(jié))。微觀層面上，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)可有效整合上游農(nóng)業(yè)資源與終端消費(fèi)者的對(duì)接，可直接調(diào)節(jié)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)。在農(nóng)業(yè)信息化的大環(huán)境下，大數(shù)據(jù)可使農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)及商戶獲取市場最新信息，占據(jù)市場資源優(yōu)勢。

2 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

我國在農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展上需要統(tǒng)一規(guī)范數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，迫切需要解決從育種到產(chǎn)品整個(gè)過程的產(chǎn)業(yè)優(yōu)化及結(jié)構(gòu)布局。通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，已經(jīng)在農(nóng)業(yè)品種選擇及育種、農(nóng)業(yè)栽培、科學(xué)施肥、水肥調(diào)控、病蟲害防治、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測等方面得了顯著成就。

2.1 在農(nóng)業(yè)育種上的應(yīng)用

傳統(tǒng)的育種手段主要是通過化學(xué)、放射和雜交等手段來改變品種性狀，優(yōu)選其中的品種提高下一代品種質(zhì)量。即常規(guī)育種。但是這種育種方法耗時(shí)長、選擇準(zhǔn)確性低，會(huì)占用大量的時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)新品種的成功培育，從篩選培育到市場應(yīng)用，大約需要花費(fèi)10年時(shí)間。然而，在SNP(single nucleotide polymorphism，單核苷酸多態(tài)性)分子標(biāo)記檢測設(shè)備的輔助下，可快速檢測數(shù)出基因序列，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)基因組測序數(shù)據(jù)處理，可大幅度地提高了優(yōu)良性狀的識(shí)別速度與效率，可快速篩選出基因片段，獲取目標(biāo)基因性狀，此過程可在很短的時(shí)間內(nèi)完成，品種培育更具針對(duì)性和目標(biāo)性，效率更高[3]。但這些育種技術(shù)都要都建立在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，即要具備海量的基因組數(shù)據(jù)信息。毋庸置疑，基于大數(shù)據(jù)的育種技術(shù)是下一步發(fā)展研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。

2.2 與農(nóng)作物栽培管理結(jié)合

精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)(Precision agriculture)是農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)的一種完美結(jié)合。它是一種基于全球定位系統(tǒng)(GPS)、農(nóng)田地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感檢測系統(tǒng)(RS)、專家決策系統(tǒng)、智能化農(nóng)機(jī)具系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)和培訓(xùn)系統(tǒng)等的多元化大數(shù)據(jù)信息傳輸技術(shù)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)。

大數(shù)據(jù)技術(shù)可以根據(jù)特定地區(qū)、特定土壤及作物生長過程中的時(shí)空變動(dòng)給予監(jiān)測與反饋，系統(tǒng)地監(jiān)測并評(píng)估作物生長狀態(tài)，并提供合理的灌溉、防治病蟲害、施肥等措施更加科學(xué)合理。該技術(shù)還能合理的調(diào)配各類農(nóng)業(yè)資源，充分發(fā)揮土地資源生產(chǎn)能力，大幅提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益以及生態(tài)效益。

2.3 防治病蟲害

運(yùn)用大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，通過遙感監(jiān)測技術(shù)，可時(shí)刻對(duì)氣候、水文、作物病害情況、病菌侵染形勢和害蟲基數(shù)等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。借助智能蟲情測報(bào)燈、害蟲性誘測報(bào)系統(tǒng)等設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸、整合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)蟲害的發(fā)生期、發(fā)生量、發(fā)生類別以及危害趨勢預(yù)測。同時(shí)，還能對(duì)病蟲災(zāi)害發(fā)生后或發(fā)生期間向用戶提供防治的方法和措施。大數(shù)據(jù)創(chuàng)新了農(nóng)作物蟲害防治方式，能實(shí)現(xiàn)對(duì)蟲害的事前、事中、事后等環(huán)節(jié)的全程監(jiān)測。此外，精準(zhǔn)化的化學(xué)試劑噴灑及綠色的殺蟲防控方式，極大地提升了蟲害治理的水平與效率，同時(shí)還可以，保護(hù)環(huán)境、增加收益的作用，對(duì)降低種植管理風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)、農(nóng)民的增收有積極地作用。

2.4 農(nóng)業(yè)氣候環(huán)境監(jiān)測

常言道，“靠天吃飯”，在當(dāng)前的科技發(fā)展水平，仍然避免不了因氣候變化、自然災(zāi)害導(dǎo)致作物損失。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，可以通過傳感器對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(包括天氣情況，氣溫條件、水、土壤和生態(tài)狀態(tài)等環(huán)境要素)，通過采集農(nóng)作物生長環(huán)境中的各項(xiàng)指數(shù)數(shù)據(jù),再把這些采集的數(shù)據(jù)放到本地化的或云端的數(shù)據(jù)中心,從而對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析,提高對(duì)作物種植面積、生產(chǎn)進(jìn)度、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、天氣情況，氣溫條件，災(zāi)害強(qiáng)度，土壤濕度的關(guān)聯(lián)監(jiān)測能力。最終為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供準(zhǔn)確的預(yù)測與判斷。合理做好能也結(jié)構(gòu)布局，提前做好預(yù)防，規(guī)避氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的風(fēng)險(xiǎn)，減少生產(chǎn)過程的損失。

3 面臨的挑戰(zhàn)及解決方案

當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)正處于發(fā)展的起步階段，如何對(duì)多層次、多渠道、廣泛異構(gòu)性的多元化數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)效性的采集，比加以快速整合處理，是當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)面臨的主要的問題。如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步的挖掘和利用也是大數(shù)據(jù)下一步拓展的方向。利用農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)來解決實(shí)際問題，還需要要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析和論證。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)資產(chǎn)現(xiàn)狀嚴(yán)峻，需求緊迫，在其管理上亟需進(jìn)行突破。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)資產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)有很多方面。缺乏先驗(yàn)知識(shí)、隱私問題等挑戰(zhàn)。

3.1 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的多源異構(gòu)

數(shù)據(jù)采集是面臨大量多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)對(duì)象，數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣，且質(zhì)量參差不齊。在數(shù)據(jù)分析運(yùn)用之前，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中如何把握多元化數(shù)據(jù)，將無效價(jià)值不大數(shù)據(jù)剔除，同時(shí)避免故障數(shù)據(jù)、異常數(shù)據(jù)、虛假數(shù)據(jù)，是確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性和完整性的關(guān)鍵，也是預(yù)處理過程面臨的最大挑戰(zhàn)。

3.2 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性

大數(shù)據(jù)的價(jià)值最主要的特點(diǎn)之一就是數(shù)據(jù)價(jià)值的時(shí)效性，隨著時(shí)間的推移，大數(shù)據(jù)的信息價(jià)值也逐漸衰減，數(shù)據(jù)的時(shí)效性同樣決定了大數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值。需要根據(jù)不同的需求來確認(rèn)數(shù)據(jù)的時(shí)效性，過時(shí)數(shù)據(jù)即使分析出來了也不會(huì)產(chǎn)生價(jià)值。例如在天氣、環(huán)境狀況等時(shí)效性比較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析的方面，逾期之后數(shù)據(jù)即便在準(zhǔn)確，也沒有什么價(jià)值。數(shù)據(jù)的快速分析處理是確保農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵，這需要這要求對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)分析提出了極高的要求。在確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠的前提下，需要建立更加準(zhǔn)確復(fù)雜的模型和分析方法整合數(shù)據(jù)。

3.3 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的挖掘能力

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)包含多方面的資產(chǎn)價(jià)值，但是對(duì)數(shù)據(jù)的挖掘和價(jià)值利用發(fā)現(xiàn)還的較少，很多農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)資產(chǎn)閑置未被開發(fā)利用，造成數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)，進(jìn)一步挖掘農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)潛在價(jià)值也并不是數(shù)據(jù)的挖掘?qū)挿?、無限制的數(shù)據(jù)羅列，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘和信息收集方法并不適用于現(xiàn)在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展，需要制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程對(duì)數(shù)評(píng)估篩選，首先建立數(shù)據(jù)的規(guī)范性、一致性和可關(guān)聯(lián)性，還需要在數(shù)據(jù)源頭建立規(guī)范的數(shù)據(jù)評(píng)估體系。如何升是農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)資源管理也是當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)之一。

4 結(jié)束語

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)育種、種植栽培、預(yù)防病蟲害、氣候環(huán)境監(jiān)測等。在育種方面可大大縮短育種周期及成本；在栽培方面，可以提供最佳的栽培建議和"傻瓜式"一步到位的栽培服務(wù)，簡化栽培過程，并提高生產(chǎn)效率。在農(nóng)業(yè)病蟲害防控上，可精準(zhǔn)化噴灑藥劑或運(yùn)用綠色的殺蟲防控方式，提升蟲害治理的水平與效率，同時(shí)還可以，保護(hù)環(huán)境、增加收益的作用。在農(nóng)業(yè)氣候、土壤和經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)氣候、土壤和經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域，能合理做好產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局，提前做好預(yù)防，規(guī)避氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的風(fēng)險(xiǎn)，減少生產(chǎn)過程的損失。

可以說農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是農(nóng)業(yè)科技發(fā)展革新的新起點(diǎn)，是農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的利器，當(dāng)前要提高對(duì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)資產(chǎn)的意識(shí)，不斷將現(xiàn)代信息化、云平臺(tái)及物聯(lián)網(wǎng)化技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)及其相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展做好堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和服務(wù)支撐。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)將徹底改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)研究，極大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力和效率。對(duì)解決人類糧食短缺和食品安全問題起到關(guān)鍵性的推動(dòng)作用。