大數據在農業(yè)信息化中的應用機制與價值創(chuàng)造

張玲 任利成

摘要 對我國農業(yè)信息化進行綜述，分析了大數據在農業(yè)中的應用現狀及應用機制，從流程視角研究了農業(yè)大數據的價值創(chuàng)造，構建了大數據的價值創(chuàng)造過程模型，分析了大數據在農產品監(jiān)測預警、農業(yè)信息透明度提高、農產品各流通主體決策機制科學化等方面的發(fā)展前景，為后續(xù)研究提供理論基礎。

關鍵詞 大數據；農業(yè)信息化；應用機制；價值創(chuàng)造

中圖分類號 S126 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-341-04

隨著全球信息化的飛速發(fā)展，衡量一個國家農業(yè)現代化水平和農村綜合實力的一個重要指標就是農業(yè)的信息化水平。隨著云計算、物聯網、大數據的崛起，農業(yè)信息化進程在新科技的拉動下將會有長足發(fā)展。農業(yè)數據涵蓋面廣、數據源復雜，包含種植、養(yǎng)殖、農業(yè)科技、農業(yè)裝備、氣象、土地、水利、農資、病蟲害防治、生態(tài)環(huán)境、市場、食品安全、農產品加工等諸多環(huán)節(jié)。生物作為農業(yè)生產過程的主體特質，導致農業(yè)的區(qū)域化、多樣化、差異化、動態(tài)性以及復雜性，農業(yè)生產時刻面臨著不斷產生的大量的結構化和非結構化數據的獲取、挖掘、存儲、處理與應用的問題。 農業(yè)大數據是發(fā)展現代農業(yè)的重要技術支撐，基于大數據的理論和技術，開展大數據研究與開發(fā)服務，對推動我國農業(yè)信息化的發(fā)展將發(fā)揮重大作用。

1 研究綜述

農業(yè)信息化是信息經濟時代農業(yè)現代化的本質特征，亦是農業(yè)發(fā)展的必然趨勢。隨著農業(yè)信息化的持續(xù)推進，與農業(yè)信息化相關的研究也大量出現。其研究主要集中在內涵、評價方法、發(fā)展現狀及對策等方面。

對于農業(yè)信息化的內涵，主要有以下幾種觀點：其一，農業(yè)信息化指的是在人類農業(yè)生產活動和社會實踐中，通過大量的應用以信息技術和物聯網技術等高科技信息技術來更好地挖掘農業(yè)信息資源的價值，以達到促進農業(yè)經濟發(fā)展的目的[1-2]。其二，農業(yè)信息化主要是利用信息管理系統(tǒng)來為農業(yè)的產供銷壞節(jié)提供相應的技術支持服務，增強農業(yè)的綜合管理效率，形成農業(yè)數據從收集到加工再到服務三位一體的農業(yè)信息服務框架體系。其三，農業(yè)信息化就是把在其他領域成熟應用的先進信息技術應用于農業(yè)領域，使其滲透到農業(yè)產業(yè)的全流程中。其四，農業(yè)信息化主要囊括農業(yè)產業(yè)信息結構化、農業(yè)生產資料信息化、農業(yè)經營管理信息化、農民素質教育信息化、農村經濟基礎信息化等[3]。農業(yè)信息化是農業(yè)全過程的信息化，是在農業(yè)領域全面地發(fā)展和應用現代信息技術，使之滲透到農業(yè)生產、消費、市場等各個具體環(huán)節(jié)。

對農業(yè)信息化評價的研究較多，我國學者在農業(yè)信息化指標體系及評價中常用的方法有波拉特法、層次分析法、因子分析、結構方程模型、主成分分析和數據包絡分析等。李優(yōu)柱等[4]提出一種基于粒子群優(yōu)化算法優(yōu)化LSSVR的混合智能評價方法，研究表明該方法能較好地評價與預測農業(yè)信息化對農業(yè)總產出的貢獻率。

關于農業(yè)信息化發(fā)展的相關研究較多。郭永田[5]研究表明我國農業(yè)農村基礎設施不斷完善，農村互聯網迅速發(fā)展，農村信息終端擁有量迅速增多，并且農業(yè)電子商務也在逐步發(fā)展，利用物聯網技術開展的農產品供應鏈管理、食品安全追溯、農業(yè)病蟲害監(jiān)測預警、種植業(yè)大田生產控制、智能化養(yǎng)殖已逐步得到應用。李道亮[6]從物聯網及智慧農業(yè)的內涵出發(fā)，概述了農業(yè)物聯網的體系架構和關鍵技術，科學分析了農業(yè)物聯網技術應用現狀并提出促進我國農業(yè)物聯網發(fā)展的對策與建議。崔文順[7]研究了云計算在農業(yè)信息化中的應用及發(fā)展前景，云存儲及云服務在農業(yè)信息資源共享及服務領域具有重要的價值和意義。伍丹華等[8]探討了云計算技術在農業(yè)信息化中的理論基礎和技術支持，分析了云計算在農業(yè)信息化中的初步應用前景。綜上所述，互聯網、移動終端在農村的普及以及物聯網技術、云計算技術在農業(yè)信息化中的應用為我們獲取與存儲農業(yè)大數據提供了必要性與可能性，為大數據技術在農業(yè)信息化中的應用提供了前提條件。

目前有少量關于農業(yè)大數據的相關研究。孫忠富等[9]闡述了大數據發(fā)展的背景、大數據與物聯網等的關聯、大數據基本內涵和關鍵技術等，并結合農業(yè)特點，分析了大數據在農業(yè)上的需求、主要應用領域及其在智慧農業(yè)中的關鍵地位。溫孚江[10]認為我國的農業(yè)大數據研究具有重要戰(zhàn)略意義：為政府決策當智囊，為企業(yè)管理做支撐，為學科發(fā)展建平臺，為管理升級提供手段。孟祥寶等[11]從服務、管理、應用、技術、資源 5 個關鍵環(huán)節(jié)分析設計了農業(yè)大數據應用體系架構，并在此基礎上設計了一個農業(yè)大數據智能分析平臺，分析了平臺的總體架構、功能設計及技術實現。許世衛(wèi)[12]研究表明大數據推動了農產品監(jiān)測預警全面變革，使監(jiān)測對象和內容更加細化，數據獲取技術更加快捷，信息處理分析技術更加智能，表達和服務技術更加精準，使其在數據標準、采集工具、分析能力、表達方式等方面向標準化、實時化、智能化和可視化的方向發(fā)展。

綜上所述，關于大數據在農業(yè)信息化中的應用研究大都是從農業(yè)大數據基本概述、戰(zhàn)略意義、應用前景及應用平臺幾個角度來進行，對大數據在農業(yè)信息化中的應用機制及其價值創(chuàng)造過程尚無充分研究。因此，該研究將從這兩方面來研究大數據在農業(yè)信息化中的應用。

2 大數據及其在農業(yè)信息化中的應用機制

2.1 大數據及大數據在農業(yè)信息化中的應用現狀

2.1.1 大數據。

伴隨著近代傳感器、無線通信、計算機與互聯網等技術的迅猛發(fā)展及在各個領域的廣泛應用，人類獲取數據的手段和途徑越來越多，成本越來越低，所獲數據的種類、層次和尺度也越來越多樣化，這就在廣度、速度和深度3個方面催生了大數據時代的到來。大數據是一種新型技術、架構，用于從大量的形式各異的原始數據中分離出經濟價值。大數據的特點即“4V”：①數據量大（Volume）；②數據類型繁多（Variety）；③產生和增長速度快（Velocity）；④高價值、低密度（Value）[13]。

在寬帶化、移動網絡、物聯網尤其是云計算的催生下，海量數據已經成為今天人們生存環(huán)境的基本特征。大數據的應用已經有了許多典型案例。美國在各個州實行的油氣上游信息透明化制度對油氣行業(yè)的良性發(fā)展起到最直接作用，所有的油氣生產者必須把自己的信息詳細的公布在該平臺上，包括具體生產環(huán)節(jié)、每口井的開井日期、產量的數據、鉆井的技術數據等，所以美國所有開采頁巖氣的中小公司，能夠在很短的時間內根據同行的經驗，很快地做出自己的判斷，由此節(jié)約了研發(fā)成本，促使頁巖氣產量爆發(fā)式增長。日本宮崎縣西南部的都城市已經開始利用云和大數據進行農業(yè)生產，通過傳感器、攝像頭等各種終端和應用收集和采集農產品的各項指標，并將數據匯聚到云端進行實時監(jiān)測、分析和管理。丹麥風電巨頭維斯塔斯的風力系統(tǒng)，依靠BigInsights軟件和IBM超級計算機氣象數據進行分析，找出安裝風力渦輪機和整個風電場最佳的地點。利用大數據，以往需要數周的分析工作，現在僅需要不足1 h便可完成。通過對地鐵刷卡數據、公交刷卡數據、公交線網數據、公交站點數據、公交車輛GPS數據的獲取、存儲與分析，可使我國公共交通事業(yè)的布局更合理、換乘更便利、客流更加均衡、運行更可靠、運營更有效益。綜上所述，大數據已廣泛應用于諸多領域。

2.1.2 大數據在農業(yè)信息化中的應用現狀。

在大數據時代，數據逐漸成為各行業(yè)最重要的資產之一，決策行為將日益基于數據分析做出，而不是憑借經驗和直覺。農產品生產、流通、銷售等環(huán)節(jié)都將產生大量數據，通過對這些數據加以利用，同時綜合分析農業(yè)氣象預測、市場需求與供給等數據，為農業(yè)產業(yè)鏈中的各企業(yè)及政府提供決策依據，及時糾正農業(yè)生產中的偏差和失誤。

當前，大數據技術已廣泛應用于國外農業(yè)領域。位于美國加州的The Climate Corporation為農業(yè)種植者提供名為Total Weather Insurance（TWI）、涵蓋全年各季節(jié)的天氣保險項目。該項目利用公司特有的數據采集與分析平臺，每天從250萬個采集點獲取天氣數據，并結合大量的天氣模擬、海量的植物根部構造和土質分析等信息對意外天氣風險做出綜合判斷，以向農民提供農作物保險。公司聲稱該保險的特點是：當損失發(fā)生并需要賠付時，只依據天氣數據庫，而不需要繁瑣的紙面工作和惱人的等待。土壤抽樣分析服務商Solum獲得Andreessen Horowtitz等公司投入的1 700萬美元的資金，該公司致力于使用數據分析技術來確定化肥的投入量問題，通過對農業(yè)大數據的分析來幫助農民提高產出、降低成本。創(chuàng)建于克羅地亞的Farmeron公司旨在為全世界的農民提供類似于Google Analytics的數據跟蹤和分析服務。農民可在其網站上利用這款軟件，記錄和跟蹤自己飼養(yǎng)畜牧的情況（飼料庫存、消耗和花費，畜牧的出生、死亡、產奶等信息，還有農場的收支信息）。其可貴之處在于，Farmeron 幫著農場主將支離破碎的農業(yè)生產記錄整理到一起，用先進的分析工具和報告有針對性地監(jiān)測分析農場及生產狀況，有利于農場主科學地制定農業(yè)生產計劃。位于美國硅谷的Solum公司致力于提供精細化農業(yè)服務，目標是幫助農民提高產出、降低成本。其開發(fā)的軟、硬件系統(tǒng)能夠實現高效、精準的土壤抽樣分析，以幫助種植者在正確的時間、正確的地點進行精確施肥。使用者既可以通過公司開發(fā)的No Wait Nitrate系統(tǒng)在田間地頭進行分析，即時獲取數據；也可以把土壤樣本寄給該公司的實驗室，讓他們進行分析。

我國也開始了自己的實踐，以山東農業(yè)大學為首的部分高校已著手進行農業(yè)大數據的研究和應用。在河北廊坊的郊區(qū)，軟通動力的團隊在做著基于大數據的“智慧農業(yè)”嘗試。軟通動力在農田里安裝了內置攝像頭的傳感器，通過傳感器、攝像頭等終端應用收集、采集農產品的各項指標，并將數據匯聚到云端進行實時監(jiān)測、分析和管理，還向農民發(fā)放了智能手機和平板電腦，隨時隨地了解農作物的實時監(jiān)測信息、報警信息。

2.2 大數據在農業(yè)信息化中的應用機制

綜上所述，大數據技術的應用對各行業(yè)的發(fā)展及決策管理至關重要，數據量由少到多，數據形式由單一到全面，通過數據之間的交叉與組合從量變引發(fā)質變進而發(fā)現新問題，創(chuàng)造新價值。有學者用“DIKW”架構來描述大數據的應用，“D”即數據（Data），“I”即信息（Information），“K”即知識（Knowledge），“W”即智慧（Wisdom）[14]。有學者從數據的生成（Generation）、獲取（acqiusition）、存儲（Storage）、分析（Analysis）4步來分析大數據的應用[13]。還有學者從大量全面的數據獲取（Acquisition）；基于需求的實時的數據共享、檢索（Access）；基于相關性對數據進行分析（AnAlytics）；應用（application）4個步驟來分析大數據的應用[15]。該研究認為大數據應用始于數據的生成，再到數據的獲取、存儲、融合分析并將分析結果用于預測各行業(yè)的發(fā)展趨勢，為各行業(yè)決策提供依據。大數據的應用過程分為5步：數據生成、數據獲取、數據存儲、數據分析、數據應用。其應用機制見圖1。

大數據在農業(yè)信息化中的應用就是將大數據的理念、技術及方法用來處理農業(yè)產業(yè)鏈中產生的大量的數據，從中得到有用信息以指導農業(yè)生產經營、農產品流通和消費的過程。農業(yè)大數據在農業(yè)產業(yè)鏈中的應用機制見圖2。

農業(yè)產業(yè)鏈的產前階段，其數據源主要包括農業(yè)資源信息、農業(yè)生態(tài)環(huán)境信息等。以全球定位系統(tǒng)（GPS）提供的地理基本信息基于地理信息系統(tǒng)（GIS）建立農業(yè)用地的電子地圖，運用遙感（RS）技術感知電子地圖中的實地信息，全面掌握農業(yè)種植用地的范圍，實時了解區(qū)域內土壤條件、大氣環(huán)境等綜合信息并通過對信息的差異性分析將種植區(qū)域劃分為不同的管理區(qū)域，有針對性地進行規(guī)劃。對種植影響因素差異性較大的不同區(qū)域定量獲取影響作物生長的環(huán)境因素（如土壤肥力、含水量、苗情、病蟲害等）信息，分析影響區(qū)塊產量差異的原因，采取技術上可行、經濟上有效的耕作措施，區(qū)別對待，按需實施的“處方農業(yè)”。 利用遙感技術監(jiān)控農作物長勢，根據需要及時采取有效措施，并根據各種數據的綜合分析較準確地預估農作物產量。另外將包含實地遙感數據的電子地圖與種植業(yè)相關實驗數據相結合，實現種植業(yè)農

業(yè)資源的實時查詢、分析、決策功能。

農業(yè)產業(yè)鏈的產中階段即農產品價值增值過程，將農產品加工信息、檢測報告、產品品質的認證證明數據記錄到數據庫中，方便消費者對農產品的質量信息進行查詢。物流企業(yè)基于對自身設備運行狀況的分析可以為農產品選擇最優(yōu)運貨路徑。

農業(yè)產業(yè)鏈的末端及銷售環(huán)節(jié)，基于前期以及當期農產品供求信息、價格行情的分析，對未來一段時間農產品的需求信息進行預測；基于消費者信息的分析，可以有效了解到消費者的偏好、消費習慣等信息，進而為精準營銷與個性化推薦提供依據。

基于云計算構架和大數據技術，整合數據資源、規(guī)范數據標準、統(tǒng)一標識和規(guī)范協(xié)議等，將農產品生產、流通、消費全過程的數據進行采集存儲，綜合應用二維碼、物聯網、移動互聯網、數據庫等現代信息技術，實現農產品的生產記錄可存儲、產品流向可追蹤、儲運信息可查詢、產品質量有保證，將農產品從生產到加工直至質檢銷售等全過程所有數據信息記錄在數據庫中，實現農產品信息的及時提取，保障農產品質量，建立有效的農業(yè)數據共享平臺，從而有效提高農業(yè)信息服務的工作效率、管理水平和服務質量。

3 農業(yè)大數據的價值創(chuàng)造

3.1 農業(yè)大數據的價值創(chuàng)造過程模型

該研究從流程視角研究農業(yè)大數據的價值創(chuàng)造過程模型。大數據在農業(yè)信息化中的價值創(chuàng)造可分為3個層次：第一層次著重于識別那些特定的資源與大數據的價值創(chuàng)造有關；第二層次進一步研究哪種作用關系與大數據價值產生有關，逐步區(qū)分開資源和能力；第三層次更深入地研究哪種作用過程與大數據價值產生有關，提出資源、能力與流程之間存在著產生價值的作用過程。該模型包括戰(zhàn)略規(guī)劃、資源、大數據能力以及大數據應用價值4個維度的變量，具體見圖3。

農業(yè)大數據戰(zhàn)略規(guī)劃就是通過制定農業(yè)大數據戰(zhàn)略和實施計劃，集成規(guī)劃和利用相關人力資源、技術資源以形成大數據管理能力（采集能力、存儲能力、挖掘能力）并最終達到產生農業(yè)大數據價值即農業(yè)信息化的戰(zhàn)略目標。

資源是指在進行農業(yè)大數據的應用中能夠獲取和利用的人力、技術、原始數據等物質要素。該研究將其分為軟件資源和硬件資源2類。前者如大數據處理平臺的開發(fā)和維護、非結構化數據處理和分析工具的獲取和學習、分析結果的呈現及各種算法的開發(fā)等；后者包括大數據存儲和處理設備，以及基于物聯網技術的農產品信息感知設備的購置、安裝與維護等。

大數據能力即管理數據的能力，是指利用各種感知設備、存儲設備獲取并保存數據，再使用各種算法對數據進行分析的能力。包括數據采集能力、數據存儲能力和數據挖掘能力。各種大數據能力的提升依賴于前文所述的軟硬件資源的開發(fā)，從大量且結構各異的農業(yè)數據中獲取有價值的信息取決于農業(yè)大數據的挖掘能力，只有挖掘到有價值的信息才能提供及時、有效、科學的決策支持服務。

農業(yè)大數據應用價值是農業(yè)大數據對農業(yè)信息化帶來的發(fā)展。經過農業(yè)大數據戰(zhàn)略規(guī)劃、資源開發(fā)與利用、大數據的管理，大數據為農業(yè)信息化帶來了新的機遇。農業(yè)大數據戰(zhàn)略規(guī)劃有助于軟硬件資源的開發(fā)與配備，軟硬件資源的完善有助于數據的采集、存儲與挖掘，并最終促進農業(yè)信息化的發(fā)展。

3.2 大數據在農業(yè)信息化中的應用前景

大數據改變了農業(yè)企業(yè)生存發(fā)展的生態(tài)環(huán)境，提高了整個農產品產業(yè)鏈，包括農業(yè)資源管理過程、農業(yè)生態(tài)環(huán)境檢測過程、農產品生產管理過程、農產品安全管理過程、市場信息檢測過程等的效率，對農業(yè)資源管理有助于資源合理開發(fā)、高效利用，對生態(tài)環(huán)境的檢測有助于提前做好防御措施，對生產過程及產品品質的管理能夠確保農產品質量安全，對市場信息的監(jiān)測預測為農產品生產者提供必要的決策依據。大數據在農業(yè)信息化中的應用前景包括以下3方面：

第一，農產品監(jiān)測預警。農產品監(jiān)測預警是對農產品生產、市場運行、消費需求、進出口貿易及供需平衡等情況進行全產業(yè)鏈的數據采集、信息分析、預測預警與信息發(fā)布的全過程[12]。在大數據的推動下，監(jiān)測對象和內容更加細化，數據分析技術智能化，監(jiān)測預警周期縮短，推動我國農業(yè)向精細化、智能化發(fā)展。

第二，農業(yè)信息透明度提高。在市場經濟條件下，農業(yè)的分散經營和生產模式，使得在參與市場競爭中對信息的依賴性比任何時候都更加重要，信息和服務的滯后性，往往對整個產業(yè)鏈產生巨大的負面影響。通過對農產品生產、流通、消費各環(huán)節(jié)數據的收集、存儲、共享有助于提高市場透明度，降低信息不對稱。農產品生產者可基于市場需求信息做出更加合理的決策，可基于土壤信息、氣候信息進行種子的選擇，基于天氣預測信息來進行農產品提前防護等。簡言之，農業(yè)產業(yè)鏈上的各企業(yè)可獲取更多有價值的信息，促進自身快速、高效發(fā)展。

第三，農產品各流通主體決策機制科學化。在大數據時代，數據逐漸成為各行業(yè)最重要的資產之一，決策行為將日益基于數據分析做出，而不是憑借經驗和直覺。農產品生產者將自身的土壤信息、作物信息、天氣信息、化肥信息等數據共享，便于其他生產者根據同行經驗快速做出自己的判斷。物流企業(yè)通過對農產品源頭、運輸路線、目的地、運輸量等信息的記錄與分析，找出最優(yōu)的運輸路徑，節(jié)約燃料和運輸時間。消費者可根據產品的二維碼對農產品信息進行追蹤，進而挑選滿意的產品。

4 結論與展望

該研究在文獻綜述的基礎上，分析了大數據在農業(yè)信息化中的應用機制，從流程視角研究了大數據的價值創(chuàng)造過程，建立了大數據在農業(yè)信息化中的價值創(chuàng)造模型。研究表明：

（1）大數據在農業(yè)信息化中的價值創(chuàng)造過程是由戰(zhàn)略—資源-能力-價值的因果關聯關系構成的動態(tài)轉化過程，可以分為從“農業(yè)大數據戰(zhàn)略規(guī)劃軟硬件資源”到“軟硬件資源轉化為數據管理與分析能力”直至“促進農業(yè)信息化發(fā)展”的3個推進階段，這一結論系揭示了大數據的內在作用機制。

（2）在我國農業(yè)信息化的發(fā)展進程中，要切實分析其所處的動態(tài)環(huán)境，制定出有效的戰(zhàn)略規(guī)劃，一方面要為農戶配置各種先進的硬件設備，建立信息自動化采集、檢測系統(tǒng)，另一方面對農戶進行相應的培訓，從而促進農業(yè)信息化真正為民所用。

（3）構建大型模型系統(tǒng)，挖掘算法，提升數據管理與分析能力，是實現大數據在農業(yè)信息化應用中的核心能力。由于數據的管理與分析能力對農業(yè)信息化的發(fā)展產生直接影響，因此，應采取措施培養(yǎng)技術人才，挖掘算法，進而達到促進農業(yè)信息化發(fā)展的目的。

然而，該研究僅針對大數據的應用機制及價值創(chuàng)造過程模型進行了理論分析，并未通過數據進行實證研究，因此該模型的適用性及準確性尚待進一步的檢驗。后續(xù)研究可采用實證研究來彌補該研究的不足。

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