農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心的建設、研究與實踐

宋長青 牟少敏 周 虎 趙秀艷 路 峰

山東農(nóng)業(yè)大學 山東泰安 271018

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心的建設、研究與實踐

宋長青 牟少敏 周 虎 趙秀艷 路 峰

山東農(nóng)業(yè)大學 山東泰安 271018

2013年是我國大數(shù)據(jù)元年，大數(shù)據(jù)相關研究日益受到企業(yè)、政府、高校、科研院所的廣泛重視。許多高校設置了數(shù)據(jù)科學專業(yè)，著力培養(yǎng)數(shù)據(jù)科學方面的專業(yè)人才，同時設立專門機構(gòu)，開展大數(shù)據(jù)方面的研究工作。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，無論是種植業(yè)，還是養(yǎng)殖業(yè)，無論是農(nóng)業(yè)的產(chǎn)前、產(chǎn)中，還是產(chǎn)后等諸環(huán)節(jié)及其相關要素，都產(chǎn)生了相當可觀的數(shù)據(jù)。如何建立一種機制，搭建一種平臺，借助大數(shù)據(jù)的研究手段和方法，使已有的農(nóng)業(yè)歷史數(shù)據(jù)和正在發(fā)生的現(xiàn)實數(shù)據(jù)“活起來”，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在產(chǎn)生的規(guī)律，預測發(fā)展趨勢，在指導生產(chǎn)中產(chǎn)生價值，值得研究與探索。

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)實踐；中心建設；研究

關于大數(shù)據(jù)研究，發(fā)達國家已啟動大數(shù)據(jù)布局，跨國IT企業(yè)先后進入大數(shù)據(jù)領域，大數(shù)據(jù)技術發(fā)展迅猛，數(shù)據(jù)科學研究不斷壯大。2012年3月，美國政府發(fā)布《大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展倡議》，投資2億美元發(fā)展大數(shù)據(jù)，用以強化國土安全、轉(zhuǎn)變教育學習模式、加速科學和工程領域的創(chuàng)新速度與水平；2012年7月，日本提出以電子政務、電子醫(yī)療、防災等為中心制定新ICT(信息通訊技術)戰(zhàn)略，重點關注大數(shù)據(jù)研究和應用；2013年1月，英國政府宣布將在對地觀測、醫(yī)療衛(wèi)生等大數(shù)據(jù)和節(jié)能計算機技術方面投資1.89億英鎊。

在我國，政府和科研機構(gòu)開始高度關注大數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)價值鏈和產(chǎn)業(yè)鏈初見端倪，數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設逐步展開。2013年科技部將大數(shù)據(jù)列入“973計劃”(國家重點基礎研究發(fā)展計劃)，在2013年度國家自然基金指南中，管理學部、信息學部和數(shù)理學部將大數(shù)據(jù)列入其中。從2012年開始，廣東、重慶、上海、貴州等省市先后啟動并實施了大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略工作方案；此外，中國科學院、復旦大學等高校和科研單位相繼成立了從事數(shù)據(jù)科學研究的專門機構(gòu)。

我校較早地認識到大數(shù)據(jù)對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來的機遇和挑戰(zhàn)，于2013年5月成立山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心，研究制定農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展規(guī)劃，開展農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的建設和研究工作?，F(xiàn)就農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心的建設、研究與實踐做一探討，以期推動農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)事業(yè)的健康發(fā)展。

1 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心建設

1.1 成立“農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”

2013年6月由我校牽頭，聯(lián)合政府、高校、科研單位和企業(yè)等23家單位，成立了國內(nèi)第一個農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究和應用推廣機構(gòu)——“農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”。聯(lián)盟成員單位依托自身的資源優(yōu)勢，以社會需求為導向，堅持面向市場、平等互利、優(yōu)勢互補、資源共享、合作共贏的原則，促進產(chǎn)業(yè)共性技術的研發(fā)與應用，建立多樣化、多層次的自主研發(fā)與開放并存的創(chuàng)新模式，構(gòu)建政、產(chǎn)、學、研、用相結(jié)合的技術創(chuàng)新和服務體系。聯(lián)盟成員單位通過加強對農(nóng)業(yè)相關信息采集、分析、挖掘，為政府決策、產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更多的服務和支持，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究與應用無縫結(jié)合。

1.2 組建農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心

2013年5月，我校組建了“山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心”，集成校內(nèi)多學科和專業(yè)領域的教師組建了協(xié)同創(chuàng)新研究團隊，引進了大數(shù)據(jù)技術，聘請了生物信息技術留美博士，健全研究隊伍結(jié)構(gòu)，聯(lián)合聯(lián)盟成員單位，針對糧食安全、食品安全、農(nóng)產(chǎn)品價格趨勢、新農(nóng)村建設等重大問題，進行協(xié)同攻關。同時投資500余萬元，建成了涉農(nóng)的11個數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)平臺；購置了高性能服務器和分析軟件，搭建了50 TB的云計算平臺，為研究人員進行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)運算等提供保障條件。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究需要采集影響農(nóng)作物生長相關的若干因子，為保障數(shù)據(jù)來源的準確性、可靠性、科學性，與地方政府合作，在研究的核心示范區(qū)建立了3個田間數(shù)據(jù)采集定位站，采取物聯(lián)網(wǎng)自動采集、歷史數(shù)據(jù)收集和人工采集相結(jié)合等方式，采集田間數(shù)據(jù)，用于分析指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。目前，已結(jié)合多個課題研究，在項目區(qū)規(guī)劃布設物聯(lián)網(wǎng)采集點200余個，實時采集田間影響農(nóng)作物生長的關鍵因子數(shù)據(jù)，結(jié)合化驗分析等方法，對課題研究的27個示范點的苗情、土壤、氣象、土地分級等數(shù)據(jù)進行了、收集采集，為相關課題研究提供了寶貴的第一手數(shù)據(jù)資料，為精準指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

2 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心的管理與運行

2.1 做好中心頂層管理設計

中心實行學校領導小組領導下的主任負責制?！爸行摹币劳袑W校，歸口科技處管理，相對獨立運行。中心主任負責擬定中心發(fā)展建設規(guī)劃，協(xié)調(diào)各方面資源及宏觀管理工作，定期召開主任會和主任聯(lián)席會討論決定重大事項；常務副主任主持中心的日常工作，負責中心的管理工作和內(nèi)外協(xié)調(diào)工作。

2.2 建立平臺開放運行管理機制

中心是學校開展農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究的平臺，面向全校開放，實行“機構(gòu)開放、人員流動、學術自由”的管理機制。研究人員自愿提出申請，由科技處和中心研究審核，并經(jīng)專家(含農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟專家技術委員會成員)論證后擇優(yōu)選擇相關人員進入“中心”開展科研工作。進入中心工作的科研人員必須遵守有關數(shù)據(jù)保密協(xié)議和中心有關管理規(guī)定。

2.3 建立中心運行驅(qū)動機制

中心實行科研項目驅(qū)動機制，以項目研究促進中心的建設與發(fā)展。實行科研項目首席專家負責制，根據(jù)項目需要成立由數(shù)據(jù)平臺建立、數(shù)據(jù)采集分析、數(shù)據(jù)模型分析、發(fā)展規(guī)劃建議等科研團隊，負責項目的申報、研究與實施。建立“以項目養(yǎng)中心、促發(fā)展”的良性循環(huán)機制，按照《山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心科研與服務管理辦法》的有關經(jīng)費管理規(guī)定執(zhí)行。

2.4 做好中心日常運行管理

中心設立主任辦公會議事制度，并使之常態(tài)化。中心主任負責定期召開主任辦公會，吸收相關人員參加。落實學校領導小組的相關決策部署；研究中心科研攻關的重大事宜；督促調(diào)度檢查科研項目進展情況；研究提交中心落實的有關事項等。

3 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心建設成效

3.1 開展農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究與應用

一年來，中心承擔省級科研項目5項，到位資金460萬元；自籌資金50多萬元，開展農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究自選項目23項，涉及農(nóng)學、資源環(huán)境、植保、園藝、畜牧等多個學科；申報山東省農(nóng)業(yè)重大應用專項2項，各150萬元；發(fā)表論文20余篇；獲得軟件著作權(quán)5件。

“基于大數(shù)據(jù)的科技投入貢獻度分析研究”項目借助大數(shù)據(jù)研究手段，研究高新區(qū)構(gòu)建創(chuàng)新型園區(qū)的動態(tài)監(jiān)測平臺及其關鍵技術。通過數(shù)據(jù)挖掘，找出科技投入與經(jīng)濟增長的關聯(lián)關系，生成評價貢獻度的指標體系，為高新區(qū)引進企業(yè)、評價企業(yè)、企業(yè)投入、產(chǎn)業(yè)布局等提供決策支持。該項目研究成果已獲得國家專利，分析平臺建設將在規(guī)模較大的國家級高新技術示范園區(qū)進行滾動研究，待研究成果成熟后，面向山東乃至全國高新區(qū)進行推廣應用。

“渤海糧倉增產(chǎn)增效的大數(shù)據(jù)支撐研究”課題利用大數(shù)據(jù)手段和方法對山東項目區(qū)27個示范點的苗情、土壤、病蟲害、氣象等數(shù)據(jù)進行了處理分析，取得了初步成果，提出了指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的意見和建議。在進行該項目研究的同時，為解決糧食生產(chǎn)田間數(shù)據(jù)實時采集等問題，山東省科技廳立項基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集布設方案和大數(shù)據(jù)平臺建設取得重大成效，建立的“渤海糧倉科技示范工程大數(shù)據(jù)平臺”有效地指導項目區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促進了糧食的增產(chǎn)增效，受到國家有關部委的高度重視與支持。

“基于大數(shù)據(jù)的山東省小麥、玉米主要蟲害特征數(shù)據(jù)采集與預警平臺建設”項目，得到了聯(lián)盟成員單位農(nóng)業(yè)廳植保總站以及各試點地市農(nóng)業(yè)局數(shù)據(jù)資源的有力支持。數(shù)據(jù)正在挖掘分析建模中，相信通過主要農(nóng)作物的蟲害歷史數(shù)據(jù)、現(xiàn)實數(shù)據(jù)的分析，預判蟲害發(fā)生的規(guī)律與趨勢，將對有效地抵御與降低因蟲害發(fā)生影響農(nóng)作物產(chǎn)量，實現(xiàn)對蟲害的短期、中期及長期監(jiān)測預警，為相關蟲害的治理提供科學依據(jù)。

“山東西部隆起帶主要糧食作物的數(shù)據(jù)采集、共享機制以及示范工程”項目，課題組成員分別到濟寧鄒城、棗莊滕州、泰安東平、聊城陽谷、臨沂莒南5個縣市的農(nóng)業(yè)局開展了調(diào)研，走訪了一批農(nóng)業(yè)合作社、農(nóng)場和種糧大戶，收集了大量數(shù)據(jù)?；诖髷?shù)據(jù)技術對該區(qū)域內(nèi)的主要糧食作物的數(shù)據(jù)，通過采集、整合、分析、挖掘，建立針對農(nóng)業(yè)技術人員和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者應用的數(shù)據(jù)發(fā)布、共享平臺。

3.2 加強學術交流與合作研究

一年來，中心邀請國內(nèi)外專家來校開展學術交流二十多次，同時派出青年教師參加學術會議二十多次，并組織到有關高校與院所進行考察學習。其中與復旦大學、臺灣銘傳大學、中關村大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟簽署了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。先后與復旦大學、上海市數(shù)據(jù)科學重點實驗室、臺灣銘傳大學、無棣縣人民政府等政府、高校和科研院所簽署了聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生、短期培訓青年教師、聯(lián)合申報課題、數(shù)據(jù)綜合采集試驗站等框架協(xié)議。在山東龍口市聯(lián)合舉辦了“農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)論壇”，與會專家以及科技部、農(nóng)業(yè)部、國家基金委、國土資源部等相關部委，就今后農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展達成了“龍口共識”。

3.3 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究的相關問題初步探討

3.3.1 數(shù)據(jù)價值評估與分類

鑒于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是一個寬泛的領域，涉及農(nóng)業(yè)的若干方面，其價值評估主要從活性、顆粒度、關聯(lián)性、多維度、規(guī)模五個方面進行?；钚砸罁?jù)不同作物來制定，如小麥數(shù)據(jù)頻率為一個月，玉米為半個月；顆粒度一般細化到社區(qū)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)，對示范區(qū)細化到合作社、公司或農(nóng)戶；多維度為作物生長期的關鍵節(jié)點、影響生長的環(huán)境因素、地力條件、人為干預等。就數(shù)據(jù)分類而言，在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺基礎上，建立若干數(shù)據(jù)庫，進行分類管理，通過云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。

3.3.2 數(shù)據(jù)的采集、存儲、挖掘、應用

數(shù)據(jù)采集，利用4種手段進行：一是利用各類人脈資源，到相關的廳局、縣市采集歷史數(shù)據(jù)；二是到科研涉及的試驗點進行人工采集、匯聚；三是利用物聯(lián)網(wǎng)設備在相關試驗站進行實時數(shù)據(jù)的采集；四是動用學校各學科的科研力量，對采集的科研數(shù)據(jù)進行匯聚。

學校投資，購置服務器，搭建了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺，對科研用的數(shù)據(jù)進行分類管理、存儲；教師擁有的服務器、數(shù)據(jù)庫也可以托管到學校網(wǎng)絡中心進行專門存儲與應用。

數(shù)據(jù)挖掘與應用，根據(jù)各個課題的需求與應用，學校提供平臺，個性化的分析軟件由課題主持人自行確定，分析結(jié)果，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，應用服務，通過數(shù)據(jù)平臺統(tǒng)一審核，通過多種媒體手段適時發(fā)布，及時提供決策，指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

3.3.3 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)云基礎平臺架構(gòu)

4 中心建設、研究存在的共性問題

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究在我校剛剛起步，聯(lián)盟也僅成立一年。因此，無論從研究的頂層設計、研究的理念、研究的知識儲備，還是研究的手段、方法等方面都需要不斷地補充、完善、提高。存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾方面。一是農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)量不足，采集的途徑不暢，政府、企事業(yè)單位、科研院所信息“孤島”現(xiàn)象普遍存在，這給研究工作造成很大困難；二是農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺建設不完善，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)資源的匯聚、整合、共享不足，數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一；三是專門從事數(shù)據(jù)科學與應用研究的人才緊缺，大數(shù)據(jù)人才的招募、培養(yǎng)、使用是農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究面臨的最大挑戰(zhàn)；四是研究平臺建設和農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究經(jīng)費比較緊張，需要進一步拓寬籌資渠道；五是對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、決策、服務方面的作用認識、宣傳等不到位。因此，今后必須采取針對性措施，疏通數(shù)據(jù)資源采集渠道，建立數(shù)據(jù)資源共享機制，加大人才引進和資金籌措力度，提高思想認識，推動農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的研究與創(chuàng)新，為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展服務。

5 中心今后建設、發(fā)展的對策

發(fā)展思路：以山東農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)建設為基礎，以“渤海糧倉科技示范工程建設”的大數(shù)據(jù)應用為突破點，開展農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)建設、研究和應用工作，探索大數(shù)據(jù)時代的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，針對國家糧食安全、食品安全、新農(nóng)村建設等重點、難點、熱點問題，開展聯(lián)合攻關研究，為政府當好參謀和智庫，為區(qū)域經(jīng)濟建設服務。

5.1 加快農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究步伐

聯(lián)合農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的研究力量，加快研究步伐，具體是：整合聯(lián)盟成員單位的數(shù)據(jù)資源和人才資源，聯(lián)合山東大數(shù)據(jù)力量，開展協(xié)同研究；定期交流研討農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)學術問題、技術問題和應用問題；落實與復旦大學上海市數(shù)據(jù)科學重點實驗室、上海市大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)技術戰(zhàn)略聯(lián)盟、中關村大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)技術戰(zhàn)略聯(lián)盟、鄭州商品期貨交易所的戰(zhàn)略合作。

5.2 加強農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺建設

在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心、上海市數(shù)據(jù)科學重點實驗室的基礎上，建設山東省農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心，聯(lián)合申報國家級農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究和應用機構(gòu)，逐步建設成國家級的大數(shù)據(jù)平臺，為政府決策、企業(yè)生產(chǎn)、科學研究提供更全面、更準確、更科學、更有效地服務。

5.3 加速農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)應用

申報籌建中國農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，在政、產(chǎn)、學、研、用之間建立起農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應用的機制，發(fā)揮農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)政策制定、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和流通方面的作用，并促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

[1] 溫孚江.農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究的戰(zhàn)略意義與協(xié)同機制[J].高等農(nóng)業(yè)教育,2013(11):3-5.

[2] 趙國棟.大數(shù)據(jù)時代的歷史機遇[M].北京:清華大學出版社,2013.

[3] 維克托·邁爾·舍恩伯格.大數(shù)據(jù)時代[M].杭州:浙江人民出版社,2013.

[4] 李新玲. 大數(shù)據(jù)2014年面臨幾道關[N].中國青年報,2014-01-02.

[5] 周一平.為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化插上科技翅膀[N].中國科學報,2014-02-24.

Research on the Construction of Agricultural Research Center, Large Data and Practice

Song Changqing, Mu Shaomin, Zhou Hu, Zhao Xiuyan, Lu Feng
Shandong Agricultural University, Tai'an, 271018, China

2013 is the first year of large data in China, the research about big datahas received more and more attention of government, enterprises， universities，scientific research institutes. Many colleges and universities set up professionalfocus on the cultivation of scientific data， data science professionals， at the same time， the establishment of specialized agencies， to carry out research work oflarge data aspects. China is a large agricultural country, whether it is farming, oraquaculture, both the agricultural production in the prenatal postpartum, or other various links and factors， have produced considerable data. How to build a mechanism， build a platform， with the aid of the research means and method for large data， make agricultural history data and the ongoing reality data "live it up" to find out the inherent law of produce，predict the development trend， have a value in guiding production， worthy of study and exploration.

practice of agricultural large data; center construction; research

2014-09-22

宋長青，碩士，高級實驗師，副主任。