信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與實踐

陳凱

摘要： 《2006—2020年國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略》中提出了大力發(fā)展服務(wù)“三農(nóng)”的信息服務(wù)的戰(zhàn)略方針[1]。發(fā)展農(nóng)業(yè)信息化，是我國現(xiàn)代化建設(shè)和實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要組成部分。隨著信息技術(shù)快速發(fā)展，在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，專家系統(tǒng)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式技術(shù)正在促使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式發(fā)生變革，成為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力最有效的手段。通過信息技術(shù)升級農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，發(fā)展帶動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。作為農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)平臺的軟件開發(fā)工程師，結(jié)合本人實際工作經(jīng)驗和公開數(shù)據(jù)，本文著重論述了現(xiàn)今階段信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的實際應(yīng)用，以及當(dāng)前農(nóng)業(yè)信息化實踐成果。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)信息化;信息化實踐;信息技術(shù);農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

1 信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)實踐的發(fā)展

1.1農(nóng)業(yè)信息化的早期發(fā)展

隨著通用計算機“ENIAC”于1946年2月14日誕生，計算機技術(shù)開始興起，飛速發(fā)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(jīng)濟、工業(yè)、科技發(fā)展，信息產(chǎn)業(yè)和信息技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用和飛速發(fā)展。信息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。農(nóng)業(yè)信息化也開始作為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化重要的一環(huán)，開始發(fā)展起來。我國是農(nóng)業(yè)大國，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)向信息化農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求更加迫切。在我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程中，計算機技術(shù)和信息技術(shù)也開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

在美國，應(yīng)用農(nóng)業(yè)信息化，可以追溯到20世紀(jì)50年代初。那時，用計算機處理線性規(guī)劃等問題，得到一些美國的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟學(xué)家的首先應(yīng)用。隨后60年代，美國的農(nóng)業(yè)科研和決策部門已經(jīng)開始普遍使用計算機;到80年代，已經(jīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)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(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)上更晚于歐美，也導(dǎo)致我國的農(nóng)業(yè)的信息化的發(fā)展起步較晚。直到70年代初期我國開始在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用計算機，但是一直到80年代才有了比較好的發(fā)展。80年代初我國先在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程方面應(yīng)用了計算機。農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用領(lǐng)域隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展進步和大量農(nóng)業(yè)應(yīng)用軟件的開發(fā)，便得到了不斷擴展，現(xiàn)如今已包括從宏觀的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟管理到微觀的植物光合作用，幾乎囊括了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的所有方面[2]。

1.2 現(xiàn)階段信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展

過去信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中一般作用只是提供信息服務(wù)，如通過搜索引擎查找相關(guān)資料、知識、交易數(shù)據(jù)等，在電子商務(wù)發(fā)展起來之后，也有農(nóng)戶開網(wǎng)店，利用網(wǎng)絡(luò)的便利提高收入。如今計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用更加廣泛，從種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、畜牧業(yè)逐步的擴大到農(nóng)牧業(yè)、漁業(yè)、林業(yè)，不再局限于數(shù)據(jù)、知識獲取、科學(xué)研究。更是擴大到數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)管理。

信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，也從科學(xué)計算、數(shù)據(jù)管理逐漸發(fā)展到信息處理、實時控制以及通過計算機模擬技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)模擬試驗等。信息技術(shù)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中非常重要的工具，并幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動獲得更高的質(zhì)量、效率以及效益。農(nóng)業(yè)本身就是極其復(fù)雜且含有眾多因素的龐大系統(tǒng)。即包括生產(chǎn)前，生產(chǎn)中，生產(chǎn)后，又包括農(nóng)耕、養(yǎng)殖、畜牧，關(guān)系到經(jīng)濟、人文社會，也包含生態(tài)自然。

信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的常見應(yīng)用領(lǐng)域，如數(shù)據(jù)整理、分析、自動化。這種應(yīng)用領(lǐng)域體現(xiàn)為各種農(nóng)業(yè)管理平臺。常見的農(nóng)業(yè)管理平臺有為農(nóng)服務(wù)平臺、農(nóng)資管理、作物管理、土地資源管理、畜牧家禽生產(chǎn)管理，農(nóng)產(chǎn)品進銷存、財務(wù)管理、自動化養(yǎng)殖、環(huán)境控制、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺等。

隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用范圍的不斷發(fā)展增加，領(lǐng)域越來越廣泛，無論是在信息，數(shù)值的處理，還是在計算分析等方面都顯示出巨大作用。已經(jīng)成為現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志，其應(yīng)用都可劃分為數(shù)據(jù)分析，自動化控制、計算機模擬、數(shù)據(jù)整理、預(yù)測等方面。

1.3 信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)的未來發(fā)展趨勢

信息技術(shù)發(fā)展已經(jīng)進入了新的階段，21世紀(jì)以來隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)的迅速發(fā)展，信息技術(shù)的發(fā)展將走向了更高層次的專業(yè)化、集成化、規(guī)模化、數(shù)字化和全球化，這將給傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)帶來史無前例的技術(shù)革命。

信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中進入了一個新的發(fā)展時期。可以通Geographic Information System（地理信息系統(tǒng)）、Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）和Remote Sensing（遙感技術(shù)）實現(xiàn)精確管理、精準(zhǔn)種植。可以利用大數(shù)據(jù)分析各種條件對種植養(yǎng)殖生產(chǎn)的影響，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行模擬，甚至是對農(nóng)業(yè)活動進行預(yù)測預(yù)報。利用互聯(lián)網(wǎng)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和上下游廠商可以更高速的溝通、持續(xù)高效獲得市場信息，于是農(nóng)民就可以實時調(diào)整作物、養(yǎng)殖產(chǎn)品和生產(chǎn)、銷售。避免盲目扎堆經(jīng)營，產(chǎn)品互相碾壓。

2 現(xiàn)階段信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)整理

目前已經(jīng)有了成熟的大數(shù)據(jù)處理環(huán)境，無論是Hadoop還是Spark都 提供了穩(wěn)定且優(yōu)秀的大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐，以前人們在工作中同數(shù)據(jù)打交道的方式往往是進行各種各樣的計算，計算機的出現(xiàn)提升了計算效率，而近年大數(shù)據(jù)技術(shù)，機器學(xué)習(xí)技術(shù)的高速發(fā)展，使人們擺脫了復(fù)雜的工作，不但實現(xiàn)了大量復(fù)雜數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，更實現(xiàn)了在更高層次的抽象、歸納總結(jié)。使以前人工無法完成的數(shù)據(jù)處理，可以使用大數(shù)據(jù)技術(shù)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(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展成熟，使這種海量的數(shù)據(jù)處理成為可能。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)耕作業(yè)受大量條件影響，如天氣、種肥、農(nóng)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(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進行分析、處理，甚至可以進行預(yù)測，對未發(fā)生的問題提前提示農(nóng)民采取措施，預(yù)防風(fēng)險、提高農(nóng)業(yè)收益。

過往的知識、經(jīng)驗作為數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)中，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)對前面的數(shù)據(jù)進行整理、回歸分析、聚類等，通過這種方式總結(jié)規(guī)律，就可以建立有效的模型。得到模型后，再用模型分析當(dāng)前的數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的預(yù)測。不斷對歷史數(shù)據(jù)進行分析、整理，使模型越來越完善，分析的規(guī)律、預(yù)測的結(jié)果越來越精確。例如黑龍江省、浙江省、江蘇省都利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對病蟲害的發(fā)生程度進行預(yù)測預(yù)報。提前施藥，避免了損失。其中，浙江省通過數(shù)據(jù)分析僅1981、1985兩年中，就增加經(jīng)濟效益達(dá)850多萬元，這個系統(tǒng)就是通過使用系統(tǒng)分析方法和信息技術(shù)，來建立符合當(dāng)?shù)氐那闆r特點的模型[3]。

2.2 計算機模擬試驗

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

使用計算機模擬技術(shù)建立一個作物模擬系統(tǒng)，用來模擬作物生長發(fā)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(jīng)濟效益和水、氮管理、溫度濕度、土壤條件等，系統(tǒng)不但可以模擬出作物在各種條件下的生長狀態(tài)、大小形狀，還可以得到最佳收益方案。不僅是個模擬系統(tǒng)，更是一個決策系統(tǒng)，幫助農(nóng)民選擇最優(yōu)解，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。

2.3 農(nóng)業(yè)管理自動化

自動化灌溉技術(shù)，如計算機控制滴灌和噴灌技術(shù)，運用計算機控制控制滴灌和噴灌。如今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)也得到了充分的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，運用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的灌溉設(shè)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(nóng)業(yè)灌溉等多種場景，精準(zhǔn)化灌溉，即節(jié)水又節(jié)能。智慧灌溉系統(tǒng)中還包含土壤傳感器獲取土壤情況，氣象檢測系統(tǒng)，云數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。實時獲取、實時檢測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析，實時調(diào)整灌溉方式，自動灌溉。還支持客戶端下達(dá)指令，通過電腦、手機遠(yuǎn)程自動控制灌溉。

畜禽自動化養(yǎng)殖技術(shù)，畜禽養(yǎng)殖系統(tǒng)搭配各類傳感器，也使用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式技術(shù)。系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程采集養(yǎng)殖場的音頻、視頻和傳感器發(fā)送的其他信息（空氣、溫度、濕度、監(jiān)測水質(zhì)）和監(jiān)測畜禽的行為，實時監(jiān)測養(yǎng)殖環(huán)境的信息，及時對異常情況進行報警，降低風(fēng)險，避免損失。養(yǎng)殖管理系統(tǒng)中還存儲著畜禽出生、死亡、生長、出售的數(shù)據(jù)和管理過程中所需的各種數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)的整理、分析，可以預(yù)測交配、產(chǎn)仔、所需飼料、退化、最佳良種替代和銷售等;還可根據(jù)存儲數(shù)據(jù)進行商務(wù)分析、根據(jù)管理系統(tǒng)中的養(yǎng)殖數(shù)據(jù)、品種、品質(zhì)、飼料和市場價格結(jié)合分析，還能得出畜禽的商業(yè)價值和經(jīng)濟效益。提高養(yǎng)殖業(yè)的收益水平。

自動化農(nóng)業(yè)機械管理，可以幫助農(nóng)民或農(nóng)業(yè)合作社選用合適的農(nóng)業(yè)機械，降低成本，通過自動化農(nóng)業(yè)機械管理確定農(nóng)機的折舊損耗。

農(nóng)副產(chǎn)品加工方面也廣泛地應(yīng)用信息技術(shù)，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(chǎn)流程進行自動控制。在農(nóng)產(chǎn)品倉庫中使用計算機自動控制技術(shù)，大幅延長貯藏期。

3 農(nóng)業(yè)信息化實踐的工作經(jīng)驗

作為一名軟件開發(fā)工程師，在最近3年參與開發(fā)了多個農(nóng)業(yè)服務(wù)軟件。主要有農(nóng)業(yè)資源管理的《好收成農(nóng)機社》《好收成農(nóng)機手》、為農(nóng)服務(wù)平臺、合作社管理平臺、土地資源平臺、農(nóng)資倉庫管理平臺。可見農(nóng)業(yè)信息化實踐中，依托于云服務(wù)技術(shù)的成熟發(fā)展，農(nóng)業(yè)上云，使用云服務(wù)的主要方式是管理自動化和數(shù)據(jù)分析。

合作社管理平臺：農(nóng)耕作業(yè)管理，查看軌跡、面積、回放作業(yè)（圖2）。

對農(nóng)業(yè)機械、土地資源、農(nóng)作物情況進行實時監(jiān)控，歷史數(shù)據(jù)管理、分析，輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，使農(nóng)業(yè)機械，衛(wèi)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(shù)據(jù)實時傳輸?shù)椒?wù)器，基于TCP/IP協(xié)議族的MQTT（消息隊列遙測傳輸）保障了高效的實時數(shù)據(jù)傳輸。對農(nóng)業(yè)機械、作物、土地的實時監(jiān)控，避免不必要的支出和損失。大數(shù)據(jù)技術(shù)Hadoop、Spark支撐了作業(yè)數(shù)據(jù)智能分析，預(yù)測作業(yè)情況，建議措施提醒，不但提高了農(nóng)業(yè)產(chǎn)值。也提升了農(nóng)事作業(yè)的效率，降低了成本。

在項目中對于農(nóng)機、土地、作物的監(jiān)控，利用Geographic Information System（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)和Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)來對農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)、土地資源、作物情況實時監(jiān)控、記錄。實際的項目實現(xiàn)上數(shù)據(jù)庫技術(shù)使用了PostgreSQL。PostgreSQL多年來在Geographic Information System（地理信息系統(tǒng)）領(lǐng)域處于優(yōu)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(shù)組、bitmap 等數(shù)據(jù)類型。前端使用Leaflet來建設(shè)移動設(shè)備友好的互動地圖，提供Geographic Information System（地理信息系統(tǒng)）服務(wù)，Leaflet是一個現(xiàn)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(guān)地理分布的數(shù)據(jù)。在這些技術(shù)的支持下，對于農(nóng)機、土地、作物實時監(jiān)控成為可能。不但可以實時查看當(dāng)前情況，隨著時間的推移，歷史數(shù)據(jù)也在不斷積累。量變到質(zhì)變，通過海量據(jù)整理、分析實現(xiàn)了在更高層次的抽象、歸納總結(jié)，即可以對當(dāng)前作業(yè)分析指導(dǎo)，也可以對可能發(fā)生的問題、病蟲害進行提前預(yù)測、處理和提前預(yù)防。從而大大節(jié)省支出，減少農(nóng)民損失，幫助提高農(nóng)業(yè)收益。

最近還有一些先進的農(nóng)業(yè)合作社，已經(jīng)開始使用農(nóng)業(yè)無人機進行植保作業(yè)。安徽省桐城市現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園的智慧溫室大棚在桐城有關(guān)部門積極扶持下，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)、水肥一體化、自動滴灌等新技術(shù)的高效利用，推動農(nóng)業(yè)種植向現(xiàn)代化、智能化發(fā)展[5]。在2019年的農(nóng)業(yè)機械展銷會上，親眼看到了無人駕駛的農(nóng)業(yè)機械。可以看到農(nóng)業(yè)信息化已經(jīng)進入了一個全新階段，一個新的發(fā)展時期。從親身體驗來說農(nóng)業(yè)信息化高度自動化、智能化的未來已經(jīng)越來越近了。

4 結(jié)論

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

信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用是提高農(nóng)業(yè)效益及實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化不可或缺的手段，農(nóng)業(yè)信息化助力農(nóng)業(yè)實現(xiàn)優(yōu)產(chǎn)高產(chǎn)，幫助農(nóng)民脫貧致富。

農(nóng)業(yè)信息化的高速發(fā)展對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展來說是機遇，也是挑戰(zhàn)。我國的農(nóng)業(yè)與發(fā)達(dá)國家相比，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、機械化水平低、農(nóng)民文化素質(zhì)較差，農(nóng)業(yè)信息化的應(yīng)用還處于基礎(chǔ)階段，還需要進一步提高。即需要計算機科學(xué)研究人員和開發(fā)人員共同努力促進信息技術(shù)發(fā)展，也需要農(nóng)業(yè)體系升級，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員學(xué)習(xí)新技術(shù)新知識。推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、加速發(fā)展農(nóng)業(yè)信息化;加強投入、加強科研和大力發(fā)展信息技術(shù)、農(nóng)業(yè)技術(shù);加速發(fā)展的同時也要加強農(nóng)業(yè)信息人才的培訓(xùn)，共同發(fā)展，更要加強農(nóng)民運用信息技術(shù)的能力。當(dāng)然這離不開發(fā)揮政府、科研部門和企業(yè)的支持。隨著農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展，農(nóng)業(yè)收益的提高，助力農(nóng)民脫貧致富，推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，全面助力鄉(xiāng)村振興。

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：唐一東】