信息技術在農業中的應用與實踐

陳凱

摘要： 《2006—2020年國家信息化發展戰略》中提出了大力發展服務“三農”的信息服務的戰略方針[1]。發展農業信息化，是我國現代化建設和實現鄉村振興戰略的重要組成部分。隨著信息技術快速發展，在我國的農業生產中得到了廣泛應用，專家系統、人工智能技術、大數據技術、物聯網、嵌入式技術正在促使傳統農業的生產方式發生變革，成為提高農業生產力最有效的手段。通過信息技術升級農業生產，發展帶動農業現代化。實踐是檢驗真理的唯一標準。作為農業綜合服務平臺的軟件開發工程師，結合本人實際工作經驗和公開數據，本文著重論述了現今階段信息技術在農業中的實際應用，以及當前農業信息化實踐成果。

關鍵詞：農業信息化;信息化實踐;信息技術;農業現代化

1 信息技術在農業實踐的發展

1.1農業信息化的早期發展

隨著通用計算機“ENIAC”于1946年2月14日誕生，計算機技術開始興起，飛速發展，最初是在美國等西方國家，隨后才進入中國，隨著國家改革開放，經濟、工業、科技發展，信息產業和信息技術也得到了廣泛應用和飛速發展。信息技術的應用領域越來越廣泛。農業信息化也開始作為農業現代化重要的一環，開始發展起來。我國是農業大國，傳統的農業向信息化農業發展的需求更加迫切。在我國農業現代化的進程中，計算機技術和信息技術也開始應用于農業生產。

在美國，應用農業信息化，可以追溯到20世紀50年代初。那時，用計算機處理線性規劃等問題，得到一些美國的農業經濟學家的首先應用。隨后60年代，美國的農業科研和決策部門已經開始普遍使用計算機;到80年代，已經農業生產實現了計算機化、自動化。

我國的計算機研究起步晚于歐美，將計算機技術應用到農業上更晚于歐美，也導致我國的農業的信息化的發展起步較晚。直到70年代初期我國開始在農業中應用計算機，但是一直到80年代才有了比較好的發展。80年代初我國先在農業系統工程方面應用了計算機。農業信息化應用領域隨著計算機應用技術的發展進步和大量農業應用軟件的開發，便得到了不斷擴展，現如今已包括從宏觀的農業經濟管理到微觀的植物光合作用，幾乎囊括了農業領域中的所有方面[2]。

1.2 現階段信息技術在農業中的發展

過去信息技術在農業中一般作用只是提供信息服務，如通過搜索引擎查找相關資料、知識、交易數據等，在電子商務發展起來之后，也有農戶開網店，利用網絡的便利提高收入。如今計算機技術在農業中的應用更加廣泛，從種植業、養殖業、畜牧業逐步的擴大到農牧業、漁業、林業，不再局限于數據、知識獲取、科學研究。更是擴大到數據分析、生產管理。

信息技術在農業方面的應用，也從科學計算、數據管理逐漸發展到信息處理、實時控制以及通過計算機模擬技術實現農業模擬試驗等。信息技術成為農業生產中非常重要的工具，并幫助農業生產活動獲得更高的質量、效率以及效益。農業本身就是極其復雜且含有眾多因素的龐大系統。即包括生產前，生產中，生產后，又包括農耕、養殖、畜牧，關系到經濟、人文社會，也包含生態自然。

信息技術在農業上的常見應用領域，如數據整理、分析、自動化。這種應用領域體現為各種農業管理平臺。常見的農業管理平臺有為農服務平臺、農資管理、作物管理、土地資源管理、畜牧家禽生產管理，農產品進銷存、財務管理、自動化養殖、環境控制、環境監測、農業信息服務平臺等。

隨著計算機技術的應用范圍的不斷發展增加，領域越來越廣泛，無論是在信息，數值的處理，還是在計算分析等方面都顯示出巨大作用。已經成為現代信息技術發展的標志，其應用都可劃分為數據分析，自動化控制、計算機模擬、數據整理、預測等方面。

1.3 信息技術在農業的未來發展趨勢

信息技術發展已經進入了新的階段，21世紀以來隨著網絡技術、多媒體技術、人工智能技術、物聯網技術、大數據技術、云計算技術的迅速發展，信息技術的發展將走向了更高層次的專業化、集成化、規模化、數字化和全球化，這將給傳統農業帶來史無前例的技術革命。

信息技術在農業中進入了一個新的發展時期?？梢酝℅eographic Information System（地理信息系統）、Global Positioning System（全球定位系統）和Remote Sensing（遙感技術）實現精確管理、精準種植?？梢岳么髷祿治龈鞣N條件對種植養殖生產的影響，對農業生產進行模擬，甚至是對農業活動進行預測預報。利用互聯網，農業產業鏈和上下游廠商可以更高速的溝通、持續高效獲得市場信息，于是農民就可以實時調整作物、養殖產品和生產、銷售。避免盲目扎堆經營，產品互相碾壓。

2 現階段信息技術在農業中的應用

2.1 數據分析與數據整理

目前已經有了成熟的大數據處理環境，無論是Hadoop還是Spark都 提供了穩定且優秀的大數據技術支撐，以前人們在工作中同數據打交道的方式往往是進行各種各樣的計算，計算機的出現提升了計算效率，而近年大數據技術，機器學習技術的高速發展，使人們擺脫了復雜的工作，不但實現了大量復雜數據的統計分析，更實現了在更高層次的抽象、歸納總結。使以前人工無法完成的數據處理，可以使用大數據技術來進行處理。如常用的多元回歸，逐步回歸，逐步判斷，聚類分析等等。

得益于大數據技術的發展成熟，使這種海量的數據處理成為可能。

農業生產中農耕作業受大量條件影響，如天氣、種肥、農藥、土壤條件、灌溉、濕度、溫度等條件的影響，可以把這些影響條件轉換成相應的數據，通過大數據技術進行分析、處理，甚至可以進行預測，對未發生的問題提前提示農民采取措施，預防風險、提高農業收益。

過往的知識、經驗作為數據錄入系統中，使用大數據技術對前面的數據進行整理、回歸分析、聚類等，通過這種方式總結規律，就可以建立有效的模型。得到模型后，再用模型分析當前的數據，就可以實現對農業生產的預測。不斷對歷史數據進行分析、整理，使模型越來越完善，分析的規律、預測的結果越來越精確。例如黑龍江省、浙江省、江蘇省都利用大數據技術對病蟲害的發生程度進行預測預報。提前施藥，避免了損失。其中，浙江省通過數據分析僅1981、1985兩年中，就增加經濟效益達850多萬元，這個系統就是通過使用系統分析方法和信息技術，來建立符合當地的情況特點的模型[3]。

2.2 計算機模擬試驗

如今人工智能技術和專家系統的不斷成熟，計算機對農業活動模擬和仿真越來越接近真實。在計算機化的農業管理中，農業模擬模型技術，涉及人工智能和模擬可視化技術，利用相應模型編制程序，輸入給定條件，系統輸出變化情況。例如，中國農業科學院智能農業研究室的《小麥-玉米連作智能決策系統研究》[4]（圖1）。

使用計算機模擬技術建立一個作物模擬系統，用來模擬作物生長發育過程的，通過對種植條件的模擬，得出最佳的種植方案，如品種合理搭配、播期選擇、經濟效益和水、氮管理、溫度濕度、土壤條件等，系統不但可以模擬出作物在各種條件下的生長狀態、大小形狀，還可以得到最佳收益方案。不僅是個模擬系統，更是一個決策系統，幫助農民選擇最優解，大大提高了農業生產的經濟效益。

2.3 農業管理自動化

自動化灌溉技術，如計算機控制滴灌和噴灌技術，運用計算機控制控制滴灌和噴灌。如今物聯網技術、嵌入式技術也得到了充分的發展和廣泛應用，運用了物聯網技術和嵌入式技術的灌溉設備變得更加小型化和智能化。智慧灌溉（滴灌、噴灌），適用于園林綠化，農業灌溉等多種場景，精準化灌溉，即節水又節能。智慧灌溉系統中還包含土壤傳感器獲取土壤情況，氣象檢測系統，云數據處理系統。實時獲取、實時檢測數據，并對數據進行分析，實時調整灌溉方式，自動灌溉。還支持客戶端下達指令，通過電腦、手機遠程自動控制灌溉。

畜禽自動化養殖技術，畜禽養殖系統搭配各類傳感器，也使用了物聯網技術和嵌入式技術。系統可以遠程采集養殖場的音頻、視頻和傳感器發送的其他信息（空氣、溫度、濕度、監測水質）和監測畜禽的行為，實時監測養殖環境的信息，及時對異常情況進行報警，降低風險，避免損失。養殖管理系統中還存儲著畜禽出生、死亡、生長、出售的數據和管理過程中所需的各種數據，通過對這些數據的整理、分析，可以預測交配、產仔、所需飼料、退化、最佳良種替代和銷售等;還可根據存儲數據進行商務分析、根據管理系統中的養殖數據、品種、品質、飼料和市場價格結合分析，還能得出畜禽的商業價值和經濟效益。提高養殖業的收益水平。

自動化農業機械管理，可以幫助農民或農業合作社選用合適的農業機械，降低成本，通過自動化農業機械管理確定農機的折舊損耗。

農副產品加工方面也廣泛地應用信息技術，比如飼料加工廠的混合飼料加工中心，使用計算機對20種混合飼料全部生產流程進行自動控制。在農產品倉庫中使用計算機自動控制技術，大幅延長貯藏期。

3 農業信息化實踐的工作經驗

作為一名軟件開發工程師，在最近3年參與開發了多個農業服務軟件。主要有農業資源管理的《好收成農機社》《好收成農機手》、為農服務平臺、合作社管理平臺、土地資源平臺、農資倉庫管理平臺?？梢娹r業信息化實踐中，依托于云服務技術的成熟發展，農業上云，使用云服務的主要方式是管理自動化和數據分析。

合作社管理平臺：農耕作業管理，查看軌跡、面積、回放作業（圖2）。

對農業機械、土地資源、農作物情況進行實時監控，歷史數據管理、分析，輔助農業生產工作。物聯網技術發展，使農業機械，衛星遙感和各類高精度的傳感器的全面配合，每分每秒都有溫度、濕度、深度、酸堿度等大量數據實時傳輸到服務器，基于TCP/IP協議族的MQTT（消息隊列遙測傳輸）保障了高效的實時數據傳輸。對農業機械、作物、土地的實時監控，避免不必要的支出和損失。大數據技術Hadoop、Spark支撐了作業數據智能分析，預測作業情況，建議措施提醒，不但提高了農業產值。也提升了農事作業的效率，降低了成本。

在項目中對于農機、土地、作物的監控，利用Geographic Information System（地理信息系統）技術和Global Positioning System（全球定位系統）技術來對農業機械的作業、土地資源、作物情況實時監控、記錄。實際的項目實現上數據庫技術使用了PostgreSQL。PostgreSQL多年來在Geographic Information System（地理信息系統）領域處于優勢地位，因為它有豐富的幾何類型，實際上不止幾何類型，PostgreSQL有大量字典、數組、bitmap 等數據類型。前端使用Leaflet來建設移動設備友好的互動地圖，提供Geographic Information System（地理信息系統）服務，Leaflet是一個現代的、開源的 JavaScript 庫。在計算機軟、硬件的支持下，采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述地球表層（包括大氣層）中的有關地理分布的數據。在這些技術的支持下，對于農機、土地、作物實時監控成為可能。不但可以實時查看當前情況，隨著時間的推移，歷史數據也在不斷積累。量變到質變，通過海量據整理、分析實現了在更高層次的抽象、歸納總結，即可以對當前作業分析指導，也可以對可能發生的問題、病蟲害進行提前預測、處理和提前預防。從而大大節省支出，減少農民損失，幫助提高農業收益。

最近還有一些先進的農業合作社，已經開始使用農業無人機進行植保作業。安徽省桐城市現代智慧農業產業園的智慧溫室大棚在桐城有關部門積極扶持下，實現了物聯網、水肥一體化、自動滴灌等新技術的高效利用，推動農業種植向現代化、智能化發展[5]。在2019年的農業機械展銷會上，親眼看到了無人駕駛的農業機械?？梢钥吹睫r業信息化已經進入了一個全新階段，一個新的發展時期。從親身體驗來說農業信息化高度自動化、智能化的未來已經越來越近了。

4 結論

從農業信息化實踐來看，我國的農業信息化已經取得了很大進步。國家大力推廣與發展農業信息化，在實踐中已經取得了收益，提高了效益，但也存在許多問題，如農業從業人員信息技術能力不足，缺少專業技術人員，缺少適合于農民專門需要的軟件等[6]。另一方面農業從業人員整體文化水平不高也限制了農業信息化的推進速度。

信息技術在農業中的應用是提高農業效益及實現農業現代化不可或缺的手段，農業信息化助力農業實現優產高產，幫助農民脫貧致富。

農業信息化的高速發展對我國農業的發展來說是機遇，也是挑戰。我國的農業與發達國家相比，農業生產規模小、機械化水平低、農民文化素質較差，農業信息化的應用還處于基礎階段，還需要進一步提高。即需要計算機科學研究人員和開發人員共同努力促進信息技術發展，也需要農業體系升級，農業從業人員學習新技術新知識。推進農業現代化、加速發展農業信息化;加強投入、加強科研和大力發展信息技術、農業技術;加速發展的同時也要加強農業信息人才的培訓，共同發展，更要加強農民運用信息技術的能力。當然這離不開發揮政府、科研部門和企業的支持。隨著農業信息化的發展，農業收益的提高，助力農民脫貧致富，推進農業現代化，全面助力鄉村振興。

參考文獻：

[1] 農業部. 農業部關于進一步加強農業信息化建設的意見[J]. 中國信息界， 2006（1）：92-95.

[2] 葛忠良. 計算機在農業領域中的應用[J]. 今日科技， 1992 （12）：7-7.

[3] 徐海軼. 計算機技術與農業信息化[J]. 農村實用科技信息， 2010（11）：56.

[4] 佚名. 小麥——玉米連作智能決策系統研究[J]. 農業科技通訊， 2003（1）：40.

[5] 江勝. 智慧農業助力鄉村振興 [N]. 人民日報，2020-11-17（6版）.

[6] 李道亮. 中國農村信息化發展報告[M]. 中國農業科學技術出版社， 2019.

【通聯編輯：唐一東】