基于大數據的智慧農業發展現狀與應用

朱林軍

(江蘇沃得農業機械股份有限公司，江蘇 丹陽 212311)

0 引言

隨著智能技術的發展，智慧農業成為熱點問題。基于大數據的智慧農業發展迅速，智慧農業與互聯網技術、云計算、人工智能和大數據技術密切相關。在農產品養殖方面，涵蓋了飼料配方、疾病防治、均衡營養和品質檢測等環節；在農作物生長方面，涵蓋了生長狀態、田間管理、產量監測和收獲后處理等環節；在農產品運輸儲存方面，涵蓋了物流管理、車輛管理和運輸狀態等環節；在農產品銷售和售后服務方面，涵蓋了農產品基本信息、銷售記錄和物流運輸信息等環節。上述多個環節均需要進行實時監控、跟蹤和管理，大數據技術的利用對實現上述功能提供了必要的技術支撐，可以不斷提高農業管理水平，進而促進智慧農業的建設和發展[1-3]。

1 發展現狀

近幾年，我國逐步重視智慧農業的發展，農業生產包括方面很多，發展不夠均衡。目前，智慧農業主要體現在無人機技術、溫室大棚、生態養殖柜、智能配肥技術、智慧養殖場和智慧農業園區等方面，在協助農業整合資源配置、節省生產成本、提高生產效率及優化生產流程方面，做出了一定的貢獻，其他領域也在逐步開始引入智慧農業的思想和理念[4-6]。

目前，我國智慧農業整體發展狀況呈現出以下特點。

(1)從發展前景看，市場對以互聯網農業發展為中心的智慧農業產品需求不斷增加，市場不斷擴大，相關的農業資產不斷上升，農產品的配送收益也達到前所未有的水平，智慧農業發展潛力較大。

(2)從發展模式看，互聯網行業與智慧農業深度融合。據有關數據顯示，以阿里巴巴、蘇寧、京東等大型電商企業為代表的互聯網巨頭逐步擴展農村電商業務，逐步深入到智慧農業中。

(3)從發展特點看，智慧農業產品的附加值不斷增加，品牌更加獨特。隨著生活水平的提高，消費者越來越關注產品的品牌。智慧農業產品比普通農業產品更能獲得消費者的認可，并且智慧農業產品的營銷模式也較為便捷，從而更能夠搶占市場。

(4)從國家層面看，智慧農業屬于國家重點發展領域，2015年的政府工作報告中，已經重點關注智慧農業的發展；2016年之后，智慧農業的發展逐步上升到國家經濟發展戰略；2017年，政府推行了多項支持智慧農業發展的優惠政策，加速了智慧農業發展，成為智慧農業生產發展的新動力[7-9]。

2 關鍵技術

2.1 物聯網技術

物聯網是互聯網的延伸和擴展，是指一種廣義上的巨型網絡，物品與物品之間依據事先約定的協議，利用GPS全球定位系統、激光掃描器和各種感應器等信息傳感設備相互聯系在一起，實現物品的智能化識別、定位、追蹤、監控及管理。目前，物聯網技術在農業、電力、城市和家居等領域應用較為廣泛。

2.2 云計算技術

云計算是傳統計算技術和網絡技術發展到一定程度的產物，目的是利用網絡將成本相對較低的計算實體整合成具有強大計算能力的系統，從而減輕終端的數據處理負擔，并使其享受更多的云端服務。其具有虛擬化、高可靠性、經濟性、需求服務自助化、分布式和資源池化等特點。云計算技術可以使人們通過網絡便捷、高效和低成本地獲取所需的資源和服務，如強大的計算能力、存儲能力和軟硬件資源等，并且能夠實現數據和信息共享。在現代農業發展過程中，云計算技術的使用大大降低了基礎設施的建設成本，適合在農村推廣應用。

2.3 大數據技術

目前，大數據技術在各行各業發展迅速，可以解決海量數據的搜集、存儲、計算和挖掘等問題，并且從搜集的數據中獲得有價值的信息，發現其中蘊含的知識并予以利用，以便進行科學預測和正確決策，尤其在電商平臺、外賣平臺等利用十分廣泛。上述平臺可以根據統計的銷售數據去判斷用戶的喜好，并有針對性的進行產品推薦，以期最大化的實現精準銷售。大數據技術在農業領域的專業化應用被稱為農業大數據，不僅具有大數據的共同特點，也具有農業自身的特點，主要包括生產過程管理數據、農業資源和生態環境管理數據、農產品與食品安全管理數據和農業裝備與設施監控數據等。通過綜合分析和利用各類數據，可以及時、科學和有效地解決生產過程中的實際問題，切實保護用戶的利益。

2.4 3S技術

地理信息系統(GIS)、全球定位系統(GPS)和遙感技術(RS)統稱為3S技術，在現代農業發展過程中，通常將3S技術有機結合成一個整體，并將其運用到農業實踐中。

地理信息系統(GIS)集采集、儲存、分析處理和直觀描述地理分布數據為一體，屬于綜合性信息技術系統。利用GIS具有空間信息可視化的特點，制作各類農田信息分布圖，可全面了解農田作業狀況，如制作作物產量分布圖、地形狀況分布圖和病蟲災害覆蓋圖等。

全球定位系統(GPS)可以為農業生產提供實時和全方位的三維導航和定位服務，在地理信息系統(GIS)提供數據信息的基礎上，利用GPS系統的實時定位及精確定時功能，可以實現實時進行澆水、施肥和施藥量調整，并且將水、化肥和農藥作用到準確位置。

與地理信息系統(GIS)相似，遙感技術(RS)也是一種綜合性的空間信息獲取技術。利用RS技術可以感知土壤狀況的變化；監測不同生長期農作物的情況，進而采取相應措施；預測農作物產量，進而實施宏觀調控；評估農作物病蟲害及自然災害對農作物產量的影響，從而采取相應的生產補救措施。RS核心工作部件是傳感器。

2.5 農產品質量安全溯源技術

農產品質量安全是關系到民生的大事，利用互聯網等技術手段追溯農產品從農田到餐桌的各個環節，如生產、加工和銷售等，通過互聯網將產品信息向消費者公開。農產品自身貼有信息標識，一旦該產品出現質量問題，可以從各個環節去追溯，找到問題的源頭，及時進行解決和處理，避免發生更大的安全問題。農產品質量安全溯源技術涉及到的關鍵技術包括信息標識、采集、查詢、存儲和管理技術。

3 大數據平臺構建

近年來，農業數字化和信息化發展迅速，通過構建大數據平臺，可以有效提高農業生產的產量和作業效率，幫助用戶發現農業生產中存在的問題和規律，加速農業信息的傳遞，對建立完善的智慧農業體系和模式有重要作用，能夠不斷推動智慧農業的發展。大數據平臺的建設必須符合目前各類用戶的應用需求，把用戶作為重點，構建面向農戶的個性化系統，以高效準確地滿足用戶需求為設計原則，運用物聯網、云計算等信息技術，結合大數據技術，通過改進設計思路，建立完整的智慧農業大數據應用平臺。

以華為智慧農業平臺構架為例，分析大數據平臺的框架和數據流程。該平臺建立了4個層級、5大模塊。

3.1 平臺框架

華為智慧農業平臺構架如圖1所示，包括應用層、服務層、傳輸層和感知層4個層級。應用層分為智慧農業指揮中心、農產品生產管理、農產品智能制造、農產品溯源和農業智能服務5大模塊，包含了從農業狀態、指揮調度、農業決策、環境監測、病蟲害管理、農機管理、農產品加工管理、倉儲管理、溯源管理、流通管理、數字服務及市場評估等功能。服務層包括農機服務、指揮調度、食味分析、遠程控制、專家服務、區塊鏈服務、農業大數據、GIS圖、視頻云和指揮調度等功能。傳輸層主要通過eLTE集群專網、eLTE物聯專網和運營商網絡進行數據傳輸。感知層能夠對設備工況、作物長勢、病蟲害、土壤養分、環境和作業狀況等進行監測。各層之間依據智慧農業的數據和協議標準相互連接，形成一個整體。

圖1 華為智慧農業平臺構架Fig.1 Framework of Huawei smart agriculture platform

3.2 數據流程

華為智慧農業平臺的數據流程如圖2所示。第1步，數據源進入大數據后臺處理中心；第2步，經過處理后的數據從處理中心被傳輸到農業的實際應用過程中。

圖2 華為智慧農業平臺數據流程Fig.2 Data flow of Huawei smart agriculture platform

4 生產應用研究

在實際應用的智慧農業系統中，主要分為3級。第1級是農產品生產企業，主要收集農作物種植、生產加工、物流運輸、銷售和售后服務等數據，并且以報表的形式上報管理部門。第2級是地方縣級農業管理部門，主要是統計和管理農產品生產企業上報的相關數據，并對數據進行存儲。第3級是省級農業管理部門，主要管理縣級農業部門上報的數據，然后對數據進行分析統計，同時完成災害監測預警、應急處理、農作物生產情況評估預測和氣象預警等工作。智慧農業中大數據的應用研究主要包括以下4個方面。

4.1 農業環境監控

在農業環境應用方面，重點是實時監測農作物生長的環境數據，并且對環境狀況做出評價，當環境數據不利于農作物生長時，進行預警提示。衛星遙感技術可以收集作物生長環境指標數據，然后將數據上傳到云數據庫，通過對比分析以往歷史數據和實時監測到的數據，選擇適宜的種植模式和防治措施，提前有效避免由于氣候等自然災害帶來的農作物產量損失。土壤環境是農業環境的重要方面，農田土壤鹽堿度、pH值等土壤信息對農作物生長影響較大，實時監測農田土壤環境為農作物的科學生產提供依據。

4.2 農作物種植和畜牧養殖應用

利用智能設施和互聯網技術得到農業測土配方、茬口作業計劃等數據，然后對這些數據進行分析，從而獲得精準的種植建議，如適宜的種植品種、土壤類型和種植模式等。這樣可以達到農作物產量最大化，獲取最佳的經濟效益。

在畜牧養殖方面，通過開展農產品差異化生產，提高種養殖生產效益。如針對不同的養殖個體，采用不同的飼料配方，通過生成的飼料報表和健康數據報表指導畜牧養殖活動。

4.3 農產品物流跟蹤

隨著人們生活水平的不斷提高，人們越來越關注農產品安全，對農產品的質量要求也越來越高。任何一項農產品從田間到餐桌要經歷諸多環節，跟蹤和監控農產品越來越重要。一旦發生食品安全問題，可以及時發現導致農產品質量問題的原因。通過農產品追溯大數據系統，可以獲得農產品的產地、檢測狀況、農產品質量和客戶評價等信息，可以達到全程監控農產品的目的。

4.4 市場需求預測

市場時刻處于動態變化過程中，不同個體消費者需求差異較大，為了最大化降低庫存風險，可以利用大數據平臺收集消費者需求，指導農產品生產企業根據需求進行生產，達到供需平衡，防止農產品短缺或過剩問題。還可以利用大數據分析某種產品的用戶需求、營銷現狀及存在問題，提出農產品精準營銷實施策略，實現精準營銷。

5 結束語

智慧農業是一種新的經濟形態，通過融合物聯網、云計算和大數據等信息技術，將農業全產業鏈的各環節有效連接起來，改變了傳統農業的生產方式，提高生產效率的同時，還可以提高農產品產量和質量，有利于實現傳統農業向現代農業轉變。

雖然近幾年我國智慧農業發展迅速，但仍然存在一些問題。農業生產部分環節發展滯后，如產品營銷、農業信息平臺等，還有從業人員信息技術水平落后等問題也影響智慧農業的發展進度。隨著互聯網技術在農業領域的不斷深入，智慧農業的發展也將迎來良好的發展機遇[10]。