大數據技術在農田規劃設計中的應用研究

徐志英，劉興波 ，都 春，張 紅

（1.朝陽師范高等專科學校，遼寧 朝陽 122000；2.朝陽市自然資源局，遼寧 朝陽 122099）

1 背景介紹

國土空間規劃在國家可持續發展和宏觀調控中起著重要作用。我國自古以來就是農業大國，為滿足生存需要，必須在有限的土地上獲得更高的產量，農田的規劃設計至關重要。傳統農業靠天吃飯，種植戶無法對農業生產進行精細化管理，產量無法保障。隨著信息時代的到來，大數據技術的應用可以為農田規劃設計提供數據支持，農業信息化水平得到提升，精準農業概念也隨即產生，對農田的規劃設計、農業生產的監控管理和信息化數據采集工作隨之開展起來，智慧農業應運而生。在決策部門之間信息共享的同時也提高農田規劃的科學性和合理性，從而推動國土空間規劃的發展，提高國土資源的利用率。

2 大數據技術概述

大數據是國內近幾年科研領域的熱點，是一種超大規模的數據集合，在獲取、存儲、管理及分析等方面大大超過傳統數據庫軟件工具的能力范圍，具有海量的數據規模、快速的數據流轉、多樣的數據類型和價值密度低四大特征。大數據在農業中的應用已十分廣泛，比如農業生產、經營、管理和服務方面，尤其是在現代農業的產業鏈、經營體系、管理體系等方面發揮重要作用，但是在農田規劃設計上的應用還不夠深入。傳統的農田規劃設計停留在小數據的基礎上，無法對區域內研究對象進行全面規劃，而大數據通過集成各類結構化、半結構化和非結構化的數據，對研究對象進行時空化的長期追蹤，通過各種標簽識別農田的各種特征并預測其發展趨勢。

3 大數據在農田規劃設計中的應用

3.1 大數據在農田規劃設計中的應用優勢

3.1.1 解決傳統規劃銜接不當、標準不一致的問題

大數據技術的應用，實現跨部門之間的信息共享，制定更為合理的決策，建立有效的農業地理空間經濟用地，實現農業生態環境為基礎的規劃，建立良好的系統運作平臺。解決農田規劃標準不一致、交叉布局等方面的問題，實現資源高效配置。

3.1.2 健全農田空間規劃體系

相關部門對農田空間規劃功能和作用的掌握具有局限性，對相關規劃職能的應用并不完善，由于之前農田缺乏完善的空間規劃體系，影響到空間規劃協調性和整體性。因此大數據技術的應用能更好地掌握當前農田的利用狀況和發展趨勢，構建起整體性的農田空間規劃體系，構建起自上而下的空間協調規劃方式。通過對大數據的信息處理，選擇出最為合理的規劃方案并通過調控手段完成對農田的合理規劃設計。

3.1.3 保證規劃科學性

首先，地理信息大數據技術和地理信息大數據系統將所有與農田、建設等相關的信息融合在一起，提供農田區域內的自然地理信息，包括土壤條件、光照條件、溫度濕度條件等，這是農田規劃設計的基礎；其次，大數據技術將農田以往的建設信息呈現出來，包括種植的農作物、水利灌溉工程、農業科技運用情況等；最后，大數據技術可提供市場信息，尤其是農產品的銷售信息，將市場信息及時反饋給決策者，為農田規劃設計提供參考。在大數據技術的幫助下，有關單位在修正或規劃中未考慮全面的地方可利用數據平臺打破時間與空間上的限制，為各級工作人員提供更加便利的辦公環境，提高辦公效率，提高規劃設計的科學性，提升管理水平。

3.1.4 加強農田資源利用監督

以自然資源調查評價、確權登記為基礎，結合數字影像、衛星遙感、人工智能等先進技術，融合政務、企業、網絡等數據，建立全面覆蓋、上傳下導、實時預警的監測系統，實現對農田利用的精準管控。

3.2 大數據技術在農田規劃設計中的應用現狀

3.2.1 起步稍晚，理論為主

由于農田大數據研究較之農業其他版塊研究起步稍晚，因此其文獻檢索數量遠低于其他農業研究領域。當今國內對農田大數據的研究以理論說明為主，宣傳法律法規或者應用前景，缺乏實際操作應用。部分對農田規劃設計研究照搬古巴、美國等操作模式，缺乏本土化經驗，脫離國情。

3.2.2 規劃管理機制彈性不足

現行農田規劃設計與經濟社會發展的需要及土地管理實際需要相比，較為理想化，舊的管理方式難以適應規劃方案實施的動態變化要求。規劃設計是面向未來的，需要不斷適應未來各因素的動態變化。對于較長的規劃期，難以保證規劃設計的每個要素都能按照預定方案發展，也難以保證安排的項目能落實到位。

除此之外，大數據技術是數據的科學，是基于數據本身展開的相關研究，不能直接將農田規劃設計中的大數據與農業信息化或者互聯網農業等同起來，否則就脫離數據實質。

3.2.3 缺乏統一體系

現有的針對農田規劃設計的大數據技術各自為政，缺乏統一體系，限制了在農業整個產業中的發展，使得充滿活力的大數據技術變得部分失能，危及了整個大數據生態系統。未能充分發揮國家或者地方大數據技術在農田規劃設計中的帶頭推廣作用，沒有達到智慧農業的示范目的。由于缺乏統一體系，進而缺乏相應的基礎數據支持，指標分解的依據不足，指標分解方法相對簡單，重點強調了指標的數量分解，對農田的各種利用率考慮不足，對指標分解的合理性論證不足，從而在一定程度上弱化了指標的剛性調控作用。

3.2.4 缺乏核心研究

由于缺乏對大數據技術核心的研究，因此缺少對具體應用的研究。雖然農業數據已可視化，將繁雜的農田規劃設計轉化為直觀的圖案，可以更好地展示數據效果，但是大數據技術還不夠完整，可視化并不是大數據技術的全部，因此規劃技術手段有待完善。現行對農田的適宜性評價、利用布局及分區、規劃方案等主要沿用定性分析方法，定量研究特別是模型研究相對較少。而定性分析法主要以經驗判定為主，在對客觀事物觀察的基礎上進行綜合分析，制定規劃設計目標。定性分析法具有靜態性特點，對于年限較長的規劃設計，存在與現實發展之間較大誤差，規劃設計方案最終脫離現實[1]。

4 大數據技術在農田規劃設計中的應用策略

4.1 加強政策引導和資金支持

完善并嚴格農田使用制度，在這一政策制度的規定下引入大數據技術。大數據技術是現代信息技術的重要發展領域，需要相關主管部門在政策上給予大力支持，這是大數據技術在農田規劃設計中得以運用的政策基礎。相關部門既要強調農田規劃設計對于農業發展的重要性，又要明確大數據技術對農田規劃設計的積極帶動作用。除此之外，大數據技術作為先進技術，其開發過程需要一定的經濟成本，其中包括開發硬件的成本及人力資源軟件成本。資金支持既可以是相關的財政撥款，也可以與科研團體、社會企業開展合作，開展科研成果的共享以及科學合理的融資渠道，將最新的創新科技成果迅速轉換成可操作性強的系統模塊設計，建立大數據技術運用于農田規劃設計的“產學研”互動體系，將大數據科研技術迅速轉化成生產力。

大數據技術通過環境與氣象、耕地土壤、育種、產品檢測及市場供需等數據，將農田的原始資料呈現出來，相關人員要充分挖掘和處理數據的共性問題，將數據及時上傳共享，實現資源分享，為農田的統一規劃設計提供決策支持，為進一步解決農業生產中的實際問題提供預案。

4.2 建立農田規劃設計大數據體系

建立以大數據技術為參照的農田規劃設計體系，深化大數據技術在各部門之間的融合。深入挖掘農田規劃設計與大數據技術之間的內在聯系，實現二者的融合。借助于大數據技術對傳統農田的規劃設計進行優化，構建相關的預測模型。從源頭上對數據進行分類和整合，在與其他農業數據融合的基礎上開展農田規劃設計，梳理農業、土地、自然地理、地質災害防治等各類土地資源數據，匯聚整合其他部門、行業和互聯網等大數據資源，建立內容全面、標準統一的農田規劃設計大數據體系，實現數據與規劃之間的有機融合，提升規劃設計的科學性。

除了構建大數據農田規劃設計體系外，還應積極構建規劃決策支持系統，鑒于物聯網、云計算、時空大數據集成等新技術，通過對人口規模、人口流動方向、農田利用、農業產業發展等相關數據的信息挖掘和分析，揭示人口、農業、土地之間的時空變化規律，建立集基礎評價、農田空間演變、農田利用自動化監測和預警等功能為一體的農田規劃設計決策支持系統，為規劃設計方案提供支持。

4.3 創新規劃設計大數據編制方法

隨著大數據、互聯網+相關技術的發展，為農田規劃設計提供了有力的技術支持。在農田規劃設計中，應加強動態空間模擬模型、綜合決策模型等定量分析模型、多自主體系在農田利用空間規劃中的運用，加強對農田周邊環境承載力的評價規劃，強化規劃設計的合理性與可操作性。以耕地大數據集成技術為例，運用新的模型技術，實現對多種針對數據缺失現象的耕地缺失數據填充算法，提升了數據質量，提高了耕地數據RDF圖分割的平衡性，同時提高了RDF分割質量和分割效率，這也是耕地大數據知識挖掘和輔助技術的發展，實現了遙感識別、連片性分析、挖掘算法、多數據聯合分析的融合，為農田耕地規劃設計的預處理提供基礎。

利用新的編制方法，運用定量模型分析后，一方面加大對閑置農田清理力度的規劃設計，改變農田土地資源浪費的現象，提高農田的利用率。另一方面加強對農田資源潛力的挖掘設計，對于城鎮化帶來的農田閑置情況，根據自然地理條件將農田進行分類后實行有效的規劃設計。比如將人口較少的村莊合并，然后將農田進行統一開墾的規劃設計，盤活閑置農田的利用價值。

4.4 完善農田規劃設計動態監測系統

以農田生命周期業務流程為主線，集成并改進農田使用動態監控技術、信息動態聯動技術等，以便實時掌控農田的利用狀態、農田更新情況等。其中農田的利用及更新狀況，可通過航空攝影影像技術和衛星，結合我國農田調查章程和規定，將農田的實時利用情況進行調查比對，從而建立一套更加合理、科學、完善的影像數據庫，利用圖像和數據相結合來適應國土資源的新目標。首先通過遙感技術將影像資料搜集保存，形成農田基礎的信息資料，再將基礎圖件與實際野外作業進行比對調查，在經過科學勘察測繪后將新的數據進行采集、匯總、分析。GPS可準確定位，同時采集空間位置信息，GIS將采集信息和數據進行有效地調整和改變，使工作更加自動化，從而提高了工作效率[2]。

4.5 規劃農業市場經濟金融體系

在農田規劃設計中，建立與農業市場經濟、農業金融市場相聯系的體系。在農業市場經濟中，運用大數據技術設計果蔬區塊鏈，將質量追溯相關數據通過物聯網感知設備采集后添加大區塊鏈，建立“數據庫+區塊鏈”雙存儲設計同時結合數據二次上鏈和驗證的方法，增強果蔬質量追溯可信度的同時反饋農產品市場銷售信息，為農田的種植品種選擇提供參考，也為農田的拓展空間設計提供數據支持。

4.6 提升農田規劃設計人才的專業素養

大數據技術領域較為復雜，因此相關人員要掌握大數據信息處理與判斷級數，了解大數據信息的深層次規律，掌握農田規劃與管理的基本規律，才能做出科學合理的規劃設計。這就要求對相關專業人員進行專業培訓，完成人員專業技能的調整和提升，才能保障大數據技術在農田規劃設計的決策作用。

4.7 建立農田規劃設計管理機制

農田的規劃設計工作重要且復雜，因此需要建立一套與之相適應的管理機制，保障規劃工作有序進行。一是建立規劃設計、信息化技術建設和大數據分析機構等多部門統籌管理機制；二是搭建網絡、數據交換與共享以及規劃設計三大平臺聯通機制，保障規劃設計的科學性與便捷性；三是時反饋的規劃設計以及規劃實施后的檢測評估機制，保障大數據引入后農田規劃設計后期的順利進行[3]。

5 結束語

綜上所述，大數據技術在農田規劃設計中的應用具有重要作用。在農田規劃設計中，相關部門要深刻認識到大數據技術的重要性，搭建大數據系統平臺，為農田的科學規劃設計提供支撐。