農(nóng)業(yè)信息化資源管理現(xiàn)狀及大數(shù)據(jù)在其中的應用

董定超 張慧堅

[摘 要] 農(nóng)業(yè)信息化資源管理是為了服務農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)信息資源利用價值而采取的一系列措施。農(nóng)業(yè)資源管理在數(shù)十年的發(fā)展中取得了豐碩成果。本文簡述了農(nóng)業(yè)信息化資源管理的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了農(nóng)業(yè)信息化管理特點，總結(jié)了目前存在的問題，并提出了基于大數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)信息化資源管理方法和對策，為農(nóng)業(yè)信息化資源管理提供了新的途徑。

[關(guān)鍵詞] 大數(shù)據(jù)；農(nóng)業(yè)信息化；資源；信息技術(shù)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 21. 058

[中圖分類號] F302.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）21- 0077- 03

0 前 言

農(nóng)業(yè)信息化資源是指通過科技、政策與經(jīng)濟等多種手段對農(nóng)業(yè)資源、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品流通服務與監(jiān)管過程中獲得的規(guī)劃、測量、控制、協(xié)調(diào)、服務等一系列數(shù)據(jù)集合。海量農(nóng)業(yè)信息化資源因來源的多樣以及數(shù)據(jù)格式的復雜，分布較分散。目前大多數(shù)農(nóng)業(yè)資源管理仍然采用傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫架構(gòu)存儲和管理農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù) [1-2]。

大數(shù)據(jù)是新一代信息技術(shù)的集中反映，是一個應用驅(qū)動性很強的技術(shù)服務領(lǐng)域，無法用現(xiàn)有的軟件工具提取、存儲、搜索、共享、分析和處理海量的、復雜的數(shù)據(jù)集合[3]。由于各類傳感器日益普及，通訊技術(shù)的飛躍以及網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施的高速發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域如金融、電商、廣告、醫(yī)療、生物、物流等開始有意識地收集和積累大量數(shù)據(jù)，并從中挖掘以前不曾也不可能觸及的價值。過去兩年所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量為有史以來所有數(shù)據(jù)量的90%[4]，其中2013年中國產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量超過0.8ZB（相當于8億TB），是2012年所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量的2倍，相當于2009年全球的數(shù)據(jù)總量。大數(shù)據(jù)已深入到各個行業(yè)，被譽為信息技術(shù)的又一次浪潮，為技術(shù)進步和行業(yè)發(fā)展帶來全新方向。

農(nóng)業(yè)信息化資源數(shù)據(jù)的增長速度越來越快，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)越發(fā)復雜，數(shù)據(jù)量不斷增大，數(shù)據(jù)分析應用越來越困難。進入大數(shù)據(jù)時代，研究思維的發(fā)散使農(nóng)業(yè)工作者將大數(shù)據(jù)技術(shù)引入農(nóng)業(yè)，以解決農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的多樣、復雜和冗余，擺脫農(nóng)業(yè)信息化資源數(shù)據(jù)的應用依賴，使數(shù)據(jù)搜索、比較、聚類和分析簡單有效。本文對農(nóng)業(yè)信息資源管理的發(fā)展現(xiàn)狀進行概述，并結(jié)合大數(shù)據(jù)的特點，指出其在農(nóng)業(yè)信息資源管理中的應用前景，為農(nóng)業(yè)信息資源化管理提供參考。

1 農(nóng)業(yè)信息化數(shù)據(jù)管理發(fā)展歷程

改革開放30年來，中國進行了多次農(nóng)業(yè)資源調(diào)查和區(qū)劃，完成了大量基礎(chǔ)性工作，積累了大量的土地資源、水資源、氣候資源、生物資源、農(nóng)村能源、海岸帶資源、生態(tài)環(huán)境、社會和農(nóng)村經(jīng)濟等方面的圖件、數(shù)據(jù)和文字報告等資料[5]。20世紀80年代，信息技術(shù)的崛起使信息化手段開始向農(nóng)業(yè)滲透，計算機、數(shù)據(jù)庫和3S技術(shù)開始運用于農(nóng)業(yè)，土地、水域、氣象等數(shù)據(jù)的采集和管理，海量數(shù)據(jù)通過信息技術(shù)手段獲得，與傳統(tǒng)調(diào)查、測量數(shù)據(jù)結(jié)合，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中數(shù)據(jù)分析應用的重要來源，農(nóng)業(yè)已成為信息技術(shù)的重要應用領(lǐng)域。

2 目前農(nóng)業(yè)信息化資源數(shù)據(jù)類型及管理手段

2.1 農(nóng)業(yè)信息化資源數(shù)據(jù)類型

（1）統(tǒng)計數(shù)據(jù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基本，也是對農(nóng)業(yè)實際情況的反映，包括農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)記錄數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)、氣象觀測數(shù)據(jù)等[6]。其中農(nóng)業(yè)社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)村勞動力、農(nóng)業(yè)各項生產(chǎn)產(chǎn)值；農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)包括有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)機械擁有量、肥料使用量，以及各種農(nóng)作物播種面積、產(chǎn)量等相關(guān)數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)能夠全面掌握農(nóng)業(yè)發(fā)展情況，是農(nóng)業(yè)發(fā)展情況的重要保證，是農(nóng)業(yè)建設(shè)的重點依據(jù)，也是農(nóng)業(yè)評估及政策制定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[7]。

（2）空間數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)是通過空間分布特征，用一種點、線、面及空間實體管理來展現(xiàn)資源位置、形狀和大小的數(shù)據(jù)形式，具有定位、定性和時空管理等特性。農(nóng)業(yè)信息化資源空間數(shù)據(jù)信息化研究始于3S技術(shù)的出現(xiàn)，其目的是通過地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）和空間定位系統(tǒng)（GPS）等技術(shù)手段將農(nóng)業(yè)專題地圖數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化管理[8-9]。

空間數(shù)據(jù)在區(qū)域農(nóng)業(yè)資源展現(xiàn)方面有著無法替代的優(yōu)勢，多元信息的展示是空間數(shù)據(jù)的獨有特點，區(qū)域農(nóng)業(yè)資源規(guī)劃、農(nóng)業(yè)施肥管理、農(nóng)作物適宜性評價、農(nóng)業(yè)環(huán)境保護、農(nóng)產(chǎn)品流通、農(nóng)業(yè)病蟲害防治因空間數(shù)據(jù)的引入，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)決策得到了更準確和直觀的數(shù)據(jù)支撐[10-14]。

（3）多媒體數(shù)據(jù)。多媒體數(shù)據(jù)是農(nóng)業(yè)信息化資源管理近幾年發(fā)展的新形式，主要體現(xiàn)形式是通過圖像、音頻、視頻和動畫等數(shù)據(jù)格式，將農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品流通等過程和方式以及復雜和專業(yè)的理論形象化展現(xiàn)，把農(nóng)業(yè)科技成果和先進技術(shù)用通俗易懂的形式向管理方和農(nóng)民展示[15]。多媒體圖、文、聲、像并茂的優(yōu)點，在水稻栽培專家系統(tǒng)、棉花施肥專家系統(tǒng)、玉米栽培專家系統(tǒng)、飼料配方專家系統(tǒng)等均有應用[16]。

2.2 農(nóng)業(yè)信息化資源的管理模式

（1）數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)信息化資源管理中的應用。數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中已有較成熟的應用。國家級農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)庫自20世紀80年代初開始建立，經(jīng)過30多年的發(fā)展，技術(shù)成熟，數(shù)據(jù)量已有相當規(guī)模，包括國家農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)共享中心、中國農(nóng)技網(wǎng)第三方農(nóng)業(yè)技術(shù)平臺、中國農(nóng)作物種子資源數(shù)據(jù)庫和中國西南藥用植物資源數(shù)據(jù)庫等。與此同時，各省份也十分重視農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)管理，構(gòu)建了包括北京農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)庫、江蘇省農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)庫、寧夏農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫、德州市農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫和簡陽市農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)庫等省市和地方數(shù)據(jù)庫。農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)庫的建立，是新時期農(nóng)業(yè)區(qū)劃、農(nóng)業(yè)資源管理的重要成果，收集了技術(shù)、信息、交易的基礎(chǔ)信息，打造了農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略體系，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)信息化，并使農(nóng)業(yè)信息成功服務于工業(yè)和服務業(yè)。

（2）3S技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)信息化資源管理中的應用。農(nóng)業(yè)資源內(nèi)容繁雜，除類型和數(shù)據(jù)量的差異外，還涉及空間和展現(xiàn)形式差異。GIS技術(shù)可將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)緊密關(guān)聯(lián)，以數(shù)據(jù)的一致性體現(xiàn)資源的整體性，能構(gòu)建完整有序的數(shù)據(jù)體系，并可將數(shù)據(jù)以圖件的形式直觀展現(xiàn)。GIS與農(nóng)業(yè)的結(jié)合，誕生了“精準農(nóng)業(yè)”，延伸了農(nóng)業(yè)資源信息管理、區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃、農(nóng)作物估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力研究等諸多方面。RS技術(shù)的出現(xiàn)，使人類可在不接觸的情況下獲得作物生長、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境在地表的分布信息，是獲得作物養(yǎng)分數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和土壤數(shù)據(jù)的重要手段。RS的數(shù)據(jù)成果，是GIS決策和展現(xiàn)的基礎(chǔ)之一。GPS配合GIS和RS，可在大比例尺數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，將具體位置數(shù)據(jù)點精確測量，構(gòu)成了精準農(nóng)業(yè)中的重要一環(huán)。

3S技術(shù)是信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，但是3S技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的結(jié)合，進一步提升了農(nóng)業(yè)資源管理的信息化水平。經(jīng)過十多年的發(fā)展，WebGIS、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)成為農(nóng)業(yè)資源管理的主要信息手段，全國涌現(xiàn)了一大批先進的農(nóng)業(yè)信息化資源管理系統(tǒng)。浙江省基于WebGIS 的農(nóng)業(yè)資源信息系統(tǒng)就是一個整合了網(wǎng)絡系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)資源信息數(shù)據(jù)庫和GIS 系統(tǒng)，面向Internet/Intranet，以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為支撐的農(nóng)業(yè)資源管理系統(tǒng)[17]；江蘇省農(nóng)業(yè)資源地理信息系統(tǒng)的構(gòu)建，采用了空間數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)頁實時性技術(shù)開發(fā)，對該省農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)進行了系統(tǒng)管理[18]；新疆耕地資源數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建基于WebGIS和空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，構(gòu)建了基于B/S模式的三層應用體系，實現(xiàn)了信息化手段對農(nóng)業(yè)耕地資源的管理[19]；海南省橡膠資源信息系統(tǒng)以WebGIS體系結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)模型為技術(shù)基礎(chǔ)，構(gòu)建了具有開放性、可共享性和實效性的農(nóng)業(yè)資源管理系統(tǒng)[20]。

3 目前農(nóng)業(yè)資源管理存在的問題

3.1 農(nóng)業(yè)資源管理層級脫節(jié)

“十一五”以來，農(nóng)業(yè)資源管理取得了巨大成就，以省為單位的農(nóng)業(yè)資源管理與信息服務平臺迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)資源得到了全面和詳盡的獲取與保存，但直接可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的資源管理應用較少，盡管在2000年后出現(xiàn)了以縣為單位的縣域農(nóng)業(yè)資源管理系統(tǒng)，但自上而下的銜接不夠，農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)難以充分發(fā)揮作用。

3.2 部門和區(qū)域各自為政，資源融合力度差

農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)因調(diào)查和獲取手段差異，相關(guān)數(shù)據(jù)如地域、水文、氣象和作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)涉及農(nóng)業(yè)、國土、水資源和氣象等多個部門，數(shù)據(jù)格式、門類、語義不一致，區(qū)域和部門間重復收集管理，各類資源管理系統(tǒng)傳輸不暢、融合性低，限制了數(shù)據(jù)流通、共享和有效利用。

3.3 資源數(shù)據(jù)重復，信息重疊，類別不全

因政策的出臺以及采集手段的演進，農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)因技術(shù)不同、采集方法差異存在重復和重疊，數(shù)據(jù)難以按照標準統(tǒng)一整合。另外不同省份、不同部門信息化建設(shè)水平的差異，導致農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)門類不全、數(shù)據(jù)分散，集成化程度較低。

4 大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)信息化數(shù)據(jù)管理中的應用前景

4.1 大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)信息化資源管理的應用基礎(chǔ)

農(nóng)業(yè)信息化資源經(jīng)過多年的發(fā)展，積累了分布式管理的海量數(shù)據(jù)，而且由于農(nóng)業(yè)信息化資源的諸多類型，存在大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。隨著農(nóng)業(yè)科技發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新型信息手段的應用，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)增長勢頭迅猛，農(nóng)業(yè)信息化資源已成為名副其實的大數(shù)據(jù)，如何將數(shù)據(jù)做好統(tǒng)計并充分利用發(fā)揮其價值是大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)業(yè)信息化資源管理的重要任務[21-22]。

4.2 面向農(nóng)業(yè)信息化資源廣度，發(fā)揮大數(shù)據(jù)分布與集成功能

以現(xiàn)有數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建分布式數(shù)據(jù)部署應用，以區(qū)域和部門數(shù)據(jù)為核心，借助大數(shù)據(jù)分布式數(shù)據(jù)管理引擎和分布式文件系統(tǒng)（DFS）[23]優(yōu)化效能，突破分布式非關(guān)系型數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)，融合農(nóng)業(yè)信息化資源異構(gòu)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)組織技術(shù)建立大數(shù)據(jù)索引模型，打破農(nóng)業(yè)資源分散、片面的應用局限，實現(xiàn)區(qū)域和部門間農(nóng)業(yè)資源移動、備份和復制，優(yōu)化存儲和計算效能，整合國土、環(huán)境、水文等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，涵蓋種植業(yè)、林業(yè)、畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)等行業(yè)數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)的廣度和專業(yè)性出發(fā)，利用大數(shù)據(jù)挖掘和關(guān)聯(lián)技術(shù)，構(gòu)建非專業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)應用，構(gòu)建農(nóng)業(yè)信息化資源本應有的關(guān)聯(lián)[24]。

4.3 面向農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈深度，發(fā)揮大數(shù)據(jù)挖掘與分析功能

將農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)各個環(huán)節(jié)通過大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，針對行業(yè)需求開展大數(shù)據(jù)的垂直應用，將生產(chǎn)、加工、物流、營銷和回溯用大數(shù)據(jù)進行特異群組挖掘，突破對象型數(shù)據(jù)連接和融合，僅從數(shù)據(jù)本身進行NoSQL應用以及以語義為基礎(chǔ)的大數(shù)據(jù)挖掘和分析[25-26]，將農(nóng)業(yè)資源以序列模式發(fā)現(xiàn)和管理，面向空間數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、時態(tài)數(shù)據(jù)進行決策支持，以松耦合方式管理和運用。目前絕大多數(shù)農(nóng)業(yè)管理都將農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分割，此舉便于管理，但是卻丟失了農(nóng)業(yè)資源內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品存儲和流通、農(nóng)機由不同部門管理和調(diào)配。借助大數(shù)據(jù)，在不移動和拷貝各部門數(shù)據(jù)的情況下，通過大數(shù)據(jù)引擎將數(shù)據(jù)以分布式文件系統(tǒng)的形式耦合，具體應用時則通過映射和過濾將目標數(shù)據(jù)提取分析，得到最合適的數(shù)據(jù)集，而大數(shù)據(jù)對龐大的數(shù)據(jù)的處理和建模能力，則可將農(nóng)業(yè)資源進行研究、分析和判斷，建立信息系統(tǒng)，決策將更加科學化[27]。

4.4 面向農(nóng)業(yè)和行業(yè)外部數(shù)據(jù)，構(gòu)建“大數(shù)據(jù)驅(qū)動農(nóng)業(yè)”模式

農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)的收集和應用，不僅僅涉及農(nóng)業(yè)單個行業(yè)，還包括社會、經(jīng)濟和服務等各個行業(yè)[28]。單純從農(nóng)業(yè)考慮農(nóng)業(yè)，必然會發(fā)生農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的偏差。通過大數(shù)據(jù)驅(qū)動，以農(nóng)業(yè)信息化資源為核心，將其他行業(yè)數(shù)據(jù)以序列和并列模式與其關(guān)聯(lián)，運用大數(shù)據(jù)底層技術(shù)對關(guān)聯(lián)進行分層和模擬，打造農(nóng)業(yè)信息化資源各類針對性解決方案，把管理建立在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，做到對農(nóng)業(yè)的科學管理，從而更加合理地制定政策和措施，有效監(jiān)管和扶持[29-31]。

通過整合農(nóng)業(yè)信息化資源內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)，農(nóng)業(yè)與行業(yè)外數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)模型，針對農(nóng)業(yè)各項應用實施，形成惠及農(nóng)業(yè)、農(nóng)民和農(nóng)村的數(shù)據(jù)共享互通，形成大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡支撐，是大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)應用的終極目標。

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