農業大數據應用的機遇與挑戰

林萌萌*，于濱凱，張朋永，趙悅璇

（1.哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司，黑龍江哈爾濱，150001；2.中國電子科技集團公司第四十九研究所，黑龍江哈爾濱，150001；3.航天恒星科技有限公司（503所），北京，100086）

農業大數據應用的機遇與挑戰

林萌萌1*，于濱凱2，張朋永3，趙悅璇1

（1.哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司，黑龍江哈爾濱，150001；2.中國電子科技集團公司第四十九研究所，黑龍江哈爾濱，150001；3.航天恒星科技有限公司（503所），北京，100086）

隨著物聯網、云計算、移動互聯、智能傳感器等技術的發展，農業跨步邁入大數據時代。傳統農業正在發生深刻變革，新一代信息技術正在顛覆傳統手工勞作方式，彌補傳統農業不足，使農業邁向集約化、精準化、智能化、數據化的時代。然而無論是農業大數據的收集，還是農業大數據的共享應用都面臨著諸多困難，如何克服重重困難實現農業大數據的挖掘應用對現代農業發展具有重要作用。本文將國內外農業大數據應用現狀、農業大數據面臨的機遇與挑戰進行了詳細闡述，并給出農業大數據未來發展的應用建議。

大數據；農業；物聯網；云計算

引言

當下，隨著物聯網、云計算、移動互聯、智能終端等技術的發展，大數據已迅速進入人們的視野，成為國家基礎性戰略資源，將是下一階段社會發展的“石油”和“金礦”。隨著海量信息的爆發，農業跨步邁入大數據時代，農業農村大數據已經成為現代農業的重要資源要素。農業大數據的應用將進一步推動精準農業的建設，通過對精準農業、農產品流通、糧食安全、病蟲害預測與防治等信息的收集和挖掘，可以為農業生產提供全程服務，為政府決策提供依據，也可以為農業產品銷售提供指導，農業大數據已經成為現代農業發展的黃金數據庫。

1 國內外農業大數據應用現狀

1.1 國外農業大數據應用現狀

農業大數據是利用大數據理念、技術和方法等來解決涉農產業（廣義農業）相關問題的云計算技術，是大數據理論和技術在農業上的應用和實踐。目前國外在農業大數據領域的研究和發展已經形成全方位、立體化的創新體系，包括研究、示范和應用等。作為引領世界農業的美國，已經具備強大的數據支撐體系，實時、全面、準確的數據為其釋放市場信號、發布產品報告、顯示權威預期提供強大的數據支撐。目前，無論是迪爾（Deer）公司的 FramSight、孟山都（Monsanto）公司的ClimatePro 或 Field Scripts、先鋒（Pioneer）公司的Field360，都已經廣泛使用農業大數據系統，這些系統與氣候云（Climate Cloud）相結合，整合農民機械化農場設備的種植和產量數據，以及氣象、種植區劃等多樣數據，從而得到較為詳盡的種植決策，精準化農事生產，幫助農民提高產量和利潤。在美國，農業大數據與精準農業概念相結合，已經應用于大部分農場并產生理想收益，通過對農業生產全過程的精準化、智能化管理，極大程度地減少化肥、水資源、農藥等的投入，同時提高了作業質量，農業經營變得有序化，為轉向規模經營打下良好基礎。

日本也已經開始利用云和大數據指導農業生產。通過傳感器、攝像頭等各種終端采集農產品的各項指標，并將數據匯聚到云端進行實時監測、分析和管理。富士通和新福青果合作進行卷心菜的生產改革，兩家公司在農田里安裝了內置攝像頭的傳感器，把每天的氣溫、濕度、雨量、農田的圖像儲存到云端，還向農民發放了智能手機和平板電腦，讓大家隨時記錄工作成果和現場注意到的問題，并保存到云端，極大地提高了作物的產量。

德國已經在農作物生產中成功地運用了3S技術，對土地精確定位，按肥力程度確定播種量和施肥量，可節省肥料10%，節約農藥23%，每公頃可節省種子25公斤。利用3S技術，調動大型農業機械，既節省工時又節省資金，效益得到極大提高。

1.2 國內農業大數據應用現狀

我國是一個農業大國，自然條件十分復雜，自然災害頻繁，由于多種原因限制，目前農業生產技術仍然處于相對傳統、經驗型的水平上，與世界發達國家相比，較為粗放、浪費大、效率低。國內農業大數據研究應用起步也相對較晚，所形成的相關成果尚未應用到實際生產中。近年來隨著計算機及傳感器技術的發展，逐漸形成融合傳感器、物聯網、大數據挖掘技術為一體的新的農業生產思想，農業數據庫、農業信息系統、農業專家系統、農業遙感、農業物聯網等信息技術已經取得顯著進展。目前，包括我國政府部門、高等院校、科研機構和部分企業等在內的農業領域都在積極部署解決農業大數據方面的研究，已經初步構建了基于物聯網技術的數據采集，基于互聯網、移動互聯網等的信息傳輸，基于數據挖掘技術的分析及可視化技術的數據展示技術體系。其中，中國農業科學院農業信息研究所發起了信息聯盟，旨在促進涉農信息資源與專家隊伍的集成、共享，聯合推進農業信息云服務；山東農業大學較早地意識到大數據對現代農業發展的機遇與挑戰，其于2013年成立了農業大數據專門研究機構，制定了發展規劃，開展了農業大數據的建設和研究工作并取得顯著成果[1-2]；2014年，科學數據大會舉行，專門設立農業與農村信息化大數據技術與應用分論壇；2017年3月，黑龍江省農業大數據管理中心正式成立，旨在以數據化、信息化推動現代農業健康、有序發展；中國農業大學與軟通動力信息技術有限公司成立農業互聯網大數據研究中心，以智慧農業互聯網與大數據應用為研究領域，重點聚焦于智慧農業、互聯網與大數據應用研究、智慧農業信息化系統、農業物聯網應用和農業大數據應用系統等相關領域的開發與應用研究。

除此之外，中國科學院上海物理研究所、航天恒星數據系統科技有限公司、東北農業大學、哈爾濱工業大學等相關科研機構也致力于農業大數據領域的研究，并取得重要研究成果。

2 國內農業大數據應用的機遇與挑戰

2.1 國內農業大數據應用的機遇

2.1.1 農業數據量庛大

目前，農業大數據的積累初具規模，中國每年產生并被存儲的數據總量超過800EB，農業每年產生的數據量約為8000PB，其中農業自然資源數據3500PB，農業生產數據2500PB，農業市場數據800PB，農業管理數據1200PB，數據每年將以50%-80%的速度增長。截至 2012年，農業科學數據中心數據總量達到448.93GB，全國基層農技推廣信息平臺記錄超過10萬條農技服務，視頻數據超過 5000個[3]。作為全面服務三農的搜索引擎，中國搜農網持續運行6年，獲取了海量的農業信息，信息總量超過100TB。如此巨大的數據規模，為農業大數據的應用提供了數據支持。

2.1.2 農業農村信息化條件建設日趨完善

當前，我國農村網民數量迅速增長，農村互聯網發展迅速，農村信息終端擁有量持續增長，電話網絡向農村快速延伸，農業農村信息服務體系日趨完善。目前32個省級單位(含新疆生產建設兵團)均設有市場信息行政管理機構和信息中心，信息中心隊伍規模不斷擴大，基層農業信息服務體系不斷壯大。全國近39%的鄉鎮設立了信息服務站，大多與鄉鎮農技推廣、質檢機構或政府服務機構合并建站，終端設備配置及互聯網接入條件良好。22%的行政村設立了信息服務點，主要與黨員遠程教育點及陽光書屋、農民專業合作社、農資超市合并建點，絕大部分配置了計算機并具備互聯網接入能力。全國專兼職農村信息員超過18萬人，村干部和大學生村官是主要力量。

2.1.3 最新信息技術提供農業大數據解決手段

農業是產生大數據的無盡源泉，也是大數據應用的廣闊天地。農業數據涵蓋面廣、數據源復雜。關于農業大數據，顧名思義，就是運用大數據理念、技術和方法，解決農業或涉及農業領域數據的采集、存儲、計算與應用等一系列問題，是大數據理論和技術在農業上的應用和實踐[4]。隨著計算機、物聯網、云計算、衛星遙感等技術的不斷成熟，農業大數據將更加精確、安全、智能，農業數據處理系統將更加完善。

2.1.4 農業信息服務發展迅猛

以農業部“三電合一”工程建設為抓手，精心構建了全國12316農業信息服務平臺體系、信息資源體系和服務體系，以 12316熱線為紐帶，包括農業信息網站、電視節目、手機短（彩）信等多種手段相結合的農業信息服務格局初步形成，為廣大農民提供了及時、準確、有效的信息服務[5]。在全國很多省份，12316已經成為農民和專家的直通線、農民和市場的中繼線、農民和政府的連心線，是農業部門指揮調度生產、農民生產生活和新農村建設都離不了的有效手段。如遼寧省12316總話務量已突破200萬人次，目前每天話務量超過3000個；浙江省“農民信箱“實名制用戶已達236萬；上海市“農民一站通”遍及全市每個行政村。

2.2 國內農業大數據應用的挑戰

2.2.1 數據獲取處理能力低

農業大數據的迅猛增長以及數據的復雜多樣對傳統的數據處理技術體系提出了巨大地挑戰，過去的數據收集、存儲和分析等方法都不足以應對農業大數據的強度、規模和復雜性，需要我們在數據采集、數據標準、數據處理、數據分析、數據展現等方面做全面的升級，包括大規模并行處理數據庫、數據挖掘、分布式文件系統、分布式數據庫、云計算平臺、互聯網技術、物聯網技術和可擴展的存儲系統等[6]。

2.2.2 農業環境限制

中國是典型的小農經濟，人口眾多，地勢遼闊，土地資源分配不均，地塊普遍偏小。中國的新疆、東北、山東等地，有大規模農業，比較適用，大規模農業生產相對成熟，但其他省份以小農業為主，小規模的農業生產方式以及巨大的地域差距，推廣精準農業、做大數據分析依然舉步維艱。

2.2.3 農民在生產管理上、觀念及思維方式的頑固性

傳統農村的封閉性一定程度上影響了農民的觀念，造成了農民思想上的保守。這種保守性主要體現在兩個方面，一是內生的創新動力不足，二是對外來新生事物的排斥。這種保守觀念在農業生產中則表現為，農民農業生產以經驗和感覺為主，習慣于沿襲過去的生產方式和生產習慣，因循守舊，安于現狀。對于新品種、新事物以及新的生產方式首先抱有懷疑的態度，并存在著排斥的心態而拒絕接受。同時，因此，農民思想觀念和傳統生產理念的落后將延緩農業大數據的推廣應用[7]。

2.2.4 初始投入成本太高

做精準化的農業大數據，高投入高產出是必經之路，中國農民根本支付不起前期的高投入。美國農民大多以農場經營，人少地多，人均可有十余畝至上百畝地，土地租賃成本比中國低5倍多，這對與人均幾畝地的中國農民而言，是可望而不可及的事。

2.2.5 農業大數據人才缺乏

農業大數據的采集、處理、保存、挖掘和服務，還沒有引起足夠的重視，主要限于人才和技術水平，特別是跨學科復合人才欠缺。大數據農業的發展離不開雄厚的人力資源保障，需要既懂農業又懂大數據的復合型人才，但是就目前的農村現狀而言，發展大數據農業的人才極為欠缺。一方面，大量青壯年勞動力涌入城市務工，有能力掌握新技術的勞動力不斷流失；另一方面，由于政治、經濟、社會、自然等多方面的綜合原因，導致廣大農村地區難以引進到急需的專業技術人才，即使幸運地引進到相關技術人，往往也由于沒有完善的配套激勵措施等原因致使大量專業技術人才逃離農村，造成大數據農業的實踐主題嚴重缺位。

3 建議與措施

3.1 數據共享開放

要有效地運用農業大數據，必須充分挖掘數據背后的價值。政府部門統計出來的數據，例如天氣報告、土壤條件、水資源、市場需求等，沒有公開或者開放，限制了使用者地獲取，同時極大地限制了農業大數據的整合與應用。所以，政府和相關部門應該積極推動農業大數據的共享與開放，引導相關利益部門開放農業大數據共享平臺，防止出現利益割據現象，同時制定大數據使用管理規范，出臺相應數據保護規定，打破不同部門之間的大數據藩籬，實現農業大數據資源的無障礙流通[4][8-10]。

3.2 加快完善農業化標準和評價體系

數據增值的關鍵在于整合，但整合的前提是數據標準的統一，農業領域數據標準化是農業信息化建設有序發展的根本保障。要加快研究制定合理的農業大數據技術標準和使用規范，指導和規范農業大數據研究與應用，信息采集、傳輸、存儲、匯交的標準規范亟需大量出臺，農業基準數據庫亟需建立[1]。農業信息化測評工作是全國及地方開展農業大數據建設工作的風向標，是檢查、檢驗和推進農業大數據工作進展的重要手段，要加快推進農業信息化測評工作，建立和完善測評標準、辦法和工作體系，引領現代農業健康、快速、有序發展。

3.3 推動大數據應用人才建設

目前，大部分研究學科越來越依賴于數據的分析處理，越來越多的科學正在變為數據科學，以此需要的數據分析專員也越來越多。將來各行業競爭力的核心在于大數據，而大數據的核心在于擁有優秀的數據專員。目前國內專門培養數據科學領域的研究生還非常少，國內教育和科研機構應加大培養數據分析人才的廣度和深度[1]。另外，農業教育和科研機構在日常學生培養過程中，也應考慮開設大數據方向的課程和科研訓練。

4 結束語

隨著物聯網、云計算、移動互聯、智能終端等技術的發展，大數據浪潮迅速席卷全球，成為了國家基礎性戰略資源，這為我國農業大數據的發展提供了機遇。然而，中國的農業大數據體系還沒有形成，農業大數據的全面推廣依舊困難重重。但是，只要我們科學借鑒各國的成功經驗，加快農村農業信息化建設，提高各種科學技術研發，推進大數據共享開發，統一數據標準規范，健全法律保障機制，就一定能夠推動農業大數據與現代農業的健康有序發展，實現我國傳統農業向現代農業的轉型，助力我國農業信息化和農業現代化的融合。

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Opportunity and Challenge of Agriculture Big Data Application

LIN Mengmeng1*,YU Binkai2,ZHANG Pengyong3,ZHAO Yuexuan1
（1.Harbin Space Star Data System Technology Co.,Ltd.,Harbin,150001,China; 2.The forty-ninth Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation,Harbin 150001,China; 3.Space Star Technology Co.,Ltd.(503),Beijing,100086,China）

With the development of Internet of things,cloud computing,mobile Internet and smart sensors,agriculture strides into the era of big data. Traditional agriculture is undergoing profound changes. A new generation of information technology is subverting traditional way of manual labor mode and it maks up for a lack of traditional agriculture ,making agriculture entering intensive,precise,intelligent,digital era.However,it is difficult to collect agricultural data and share applications of big agricultural data. How to overcome the difficulties to realize the application of big data in agriculture plays an important role in the development of modern agriculture. This paper describes the present situation,the opportunities and challenges of agricultural big data,offering a proposal for the future development of agricultural data.

big data; agriculture; internet of things; cloud computing

TP315

A

1672-9129(2017)06-0046-03

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.015

林萌萌,于濱凱,張朋永,等. 農業大數據應用的機遇與挑戰[J]. 數碼設計,2017,6(6)： 46-47.

Cite：LIN Mengmeng,YU Binkai,ZHANG Pengyong,et al. Opportunity and Challenge of Agriculture Big Data Application[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 46-47.

2017-01-23；

2017-02-25。

林萌萌（1990-），黑龍江，哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司系統設計師，研究方向：農業大數據/精準農業。

Email：973311494@qq.com