大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用

高艷麗

（衡水學(xué)院 經(jīng)濟(jì)學(xué)與管理學(xué)系 河北衡水 053000）

智慧農(nóng)業(yè)是指將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)有效地應(yīng)用于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，借助軟硬件設(shè)備，例如：傳感器、移動(dòng)終端、電腦、App 等，來(lái)控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的遠(yuǎn)程操控及可視化診斷，及時(shí)發(fā)布災(zāi)情預(yù)警，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化管理。

現(xiàn)階段，隨著經(jīng)濟(jì)與信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式已經(jīng)跟不上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化水平，能有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，確保農(nóng)作物高質(zhì)高產(chǎn)，避免因管理不當(dāng)或洪澇災(zāi)害等帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有較為重要的作用。通過(guò)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采集、處理、分析與農(nóng)作物種植、生長(zhǎng)相關(guān)的海量數(shù)據(jù)，以更加直觀的方式觀測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)和變化的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物各個(gè)種植環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理，同時(shí)根據(jù)對(duì)農(nóng)作物銷(xiāo)售數(shù)據(jù)的分析，掌握市場(chǎng)需求的動(dòng)態(tài)變化，合理地制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃，做到精準(zhǔn)種植。

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)前

1.1.1 種植前選種的大數(shù)據(jù)應(yīng)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)的快速發(fā)展及在農(nóng)村地區(qū)的普及，很多農(nóng)村種植合作社、種植農(nóng)戶(hù)開(kāi)始利用互聯(lián)網(wǎng)檢索、查詢(xún)農(nóng)產(chǎn)品銷(xiāo)售的市場(chǎng)行情，學(xué)習(xí)農(nóng)作物選種知識(shí)，并通過(guò)電商平臺(tái)購(gòu)買(mǎi)種植種子?；ヂ?lián)網(wǎng)在一定程度上能夠幫助農(nóng)民獲取所需要的信息，但由于網(wǎng)絡(luò)信息的信息量大、準(zhǔn)確性低，甚至存在一些誤導(dǎo)信息，因此農(nóng)民在借助互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息檢索、學(xué)習(xí)時(shí)效率較低，不能做到精準(zhǔn)選種。

借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過(guò)對(duì)所在地區(qū)的氣候條件、水質(zhì)、土壤環(huán)境、種植的農(nóng)作物種類(lèi)、受災(zāi)與病蟲(chóng)害的相關(guān)信息、農(nóng)產(chǎn)品的銷(xiāo)售價(jià)格、市場(chǎng)對(duì)不同農(nóng)產(chǎn)品的需求情況等歷史數(shù)據(jù)的采集，然后做預(yù)處理及分析，為農(nóng)民精準(zhǔn)推薦種植農(nóng)作物的種類(lèi)、種植量、種植時(shí)間，匹配種植土壤等信息。與此同時(shí)，還可以對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)階段推廣的農(nóng)作物種子進(jìn)行檢測(cè)、開(kāi)展發(fā)芽率實(shí)驗(yàn)等，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)一步確定農(nóng)作物種子是否進(jìn)行了殺蟲(chóng)、除霉等處理以及種子的活力，相比普通種子，高活力種子的出苗率高，對(duì)外界不良環(huán)境的抵御能力強(qiáng)，種植后農(nóng)作物的產(chǎn)量、質(zhì)量較高。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以為農(nóng)民選購(gòu)適宜種植的農(nóng)作物種類(lèi)及良種提供有效幫助。

1.1.2 土壤改良的大數(shù)據(jù)應(yīng)用

農(nóng)作物的種植環(huán)境，尤其是土壤環(huán)境對(duì)其生長(zhǎng)有很大的影響，因此改良土壤環(huán)境尤為重要。建立數(shù)字土壤數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)不同地區(qū)土壤的類(lèi)型、土壤的肥力、水分狀況等信息，通過(guò)整合、分析上述的土壤數(shù)據(jù)，并依據(jù)不同農(nóng)作物吸收養(yǎng)分的規(guī)律，幫助農(nóng)民對(duì)土壤進(jìn)行精準(zhǔn)施肥，合理灌溉，科學(xué)配比土壤養(yǎng)分。

為了進(jìn)一步推廣大數(shù)據(jù)技術(shù)在土壤改良中的應(yīng)用，可以開(kāi)發(fā)移動(dòng)端的土壤改良智能化平臺(tái)。廣大農(nóng)民能夠利用該平臺(tái)的App 快速查詢(xún)農(nóng)田土壤的相關(guān)信息，輸入種植農(nóng)作物信息，就能獲得農(nóng)田平衡施肥的推薦信息，可以在推薦信息的基礎(chǔ)上自行設(shè)定土壤施肥的各項(xiàng)參數(shù)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將最終確定的施肥參數(shù)傳輸?shù)绞┓蕶C(jī)械的芯片中，由施肥機(jī)械自動(dòng)完成農(nóng)田土壤的智能化、精準(zhǔn)化施肥，減少因盲目施肥造成的浪費(fèi)及不良后果，增加土壤的有機(jī)質(zhì)，提高土壤肥力。

1.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中

1.2.1 精準(zhǔn)種植的大數(shù)據(jù)應(yīng)用

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，農(nóng)業(yè)人口比例逐漸減少，傳統(tǒng)種植方式占用大量的人力成本，已不再適合農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)建立精準(zhǔn)種植的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，提高農(nóng)作物的種植效率，降低人力成本和種植風(fēng)險(xiǎn)，以適應(yīng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。

精準(zhǔn)種植的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)可以分為三個(gè)層面，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層。其中感知層主要由各種傳感設(shè)備、攝像頭及傳感器網(wǎng)關(guān)等構(gòu)成，例如溫度傳感器、濕度傳感器，通過(guò)傳感器技術(shù)采集農(nóng)作物種植過(guò)程中的溫濕度、光照及養(yǎng)分等相關(guān)數(shù)據(jù)。然后將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行傳輸，網(wǎng)絡(luò)層主要由互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、移動(dòng)4G 網(wǎng)絡(luò)、有線或無(wú)線WiFi 通信網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等構(gòu)成，負(fù)責(zé)處理和傳輸感知層獲取的農(nóng)作物種植數(shù)據(jù)。最外層是應(yīng)用層，它是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與農(nóng)民用戶(hù)的接口，結(jié)合農(nóng)作物種植的實(shí)際需求，通過(guò)對(duì)感知層獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，得出精準(zhǔn)化的農(nóng)資調(diào)配方案、智慧化的管理決策和機(jī)械控制，以達(dá)到農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的目的。

下面以蔬菜大棚的種植為例，簡(jiǎn)單闡述精準(zhǔn)種植物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用流程。借助該系統(tǒng)，農(nóng)民用戶(hù)可采用“線上+線下”的管理模式。種植農(nóng)作物前，系統(tǒng)先根據(jù)要栽種的農(nóng)作物幫助農(nóng)民制定整個(gè)生長(zhǎng)期的種植管理技術(shù)方案。種植期間，利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)與農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)，例如：利用無(wú)線溫濕度傳感器能夠監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的溫度與濕度；將無(wú)線光照傳感器安裝在大棚頂部監(jiān)測(cè)光照強(qiáng)度；通過(guò)將無(wú)線土壤水分傳感器插入到土壤中，來(lái)監(jiān)測(cè)土壤中的水分含量；農(nóng)作物進(jìn)行光合作用離不開(kāi)CO2，因此利用無(wú)線二氧化碳傳感器監(jiān)測(cè)并控制大棚中CO2的濃度是非常有必要的。然后，以無(wú)線通信方式將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；并在此基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果定時(shí)向農(nóng)民推送農(nóng)事提醒信息，農(nóng)民用戶(hù)可借助手機(jī)、平板等終端設(shè)備查詢(xún)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，及時(shí)了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況。手機(jī)端的App 軟件通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)與大棚內(nèi)的灌溉設(shè)備、二氧化碳發(fā)生器等的內(nèi)部芯片進(jìn)行連接，農(nóng)民可通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程控制機(jī)械設(shè)備完成智能化灌溉、加溫、耕種等操作，隨時(shí)完成農(nóng)事執(zhí)行情況的檢查。若大棚內(nèi)出現(xiàn)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境異常的情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并將報(bào)警信息發(fā)送至農(nóng)民用戶(hù)的手機(jī)中，確保能夠及時(shí)掌控農(nóng)作物的生長(zhǎng)進(jìn)程。

1.2.2 災(zāi)情防治的大數(shù)據(jù)應(yīng)用

農(nóng)作物、果樹(shù)、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物的生長(zhǎng)很容易受到各種有害生物的危害和惡劣天氣的影響。對(duì)于前者，其種類(lèi)繁多，時(shí)常爆發(fā)，且發(fā)生的規(guī)律也不相同。農(nóng)作物一旦受到病蟲(chóng)害的攻擊，傳統(tǒng)的方式主要是憑借以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單判斷，然后購(gòu)買(mǎi)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)資農(nóng)藥進(jìn)行處理，農(nóng)民對(duì)病蟲(chóng)害的認(rèn)識(shí)不夠全面，防治技術(shù)掌握較少，對(duì)病蟲(chóng)害的發(fā)生范圍及趨勢(shì)不了解，因此，傳統(tǒng)防治病蟲(chóng)害的方式針對(duì)性較差，盲目施藥不僅會(huì)造成浪費(fèi)，而且防治效果不明顯。建立大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，利用無(wú)人機(jī)、攝像機(jī)等實(shí)時(shí)拍攝農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境與情況。通過(guò)平臺(tái)可以觀察無(wú)人機(jī)的工作位置與狀態(tài)，例如采用圓圈圖形表示無(wú)人機(jī)，用不同顏色區(qū)分無(wú)人機(jī)的工作狀態(tài)，紅色代表等待狀態(tài)，綠色代表作業(yè)狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)了足不出戶(hù)，就能夠?qū)o(wú)人機(jī)采集到的信息實(shí)時(shí)傳輸至平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史大數(shù)據(jù)的處理與分析，有效識(shí)別農(nóng)作物病蟲(chóng)害，向農(nóng)民提供病蟲(chóng)害的相關(guān)知識(shí)信息及防治措施，并以可視化方式提供病蟲(chóng)害發(fā)生發(fā)展的形勢(shì)圖。

天氣氣象是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要影響因素之一，利用氣象大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建特定范圍內(nèi)的氣象格點(diǎn)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上為農(nóng)民提供局部范圍中的精準(zhǔn)天氣預(yù)報(bào)，幫助農(nóng)民調(diào)整農(nóng)事活動(dòng)，提前進(jìn)行人工干預(yù)，減輕惡劣天氣帶來(lái)的損失。相比傳統(tǒng)天氣預(yù)報(bào)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間的天氣情況，預(yù)測(cè)時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)、準(zhǔn)確度也更高。

1.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后

1.3.1 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)溯源的大數(shù)據(jù)應(yīng)用

為了保證農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)追蹤農(nóng)產(chǎn)品從農(nóng)田到消費(fèi)者的全過(guò)程。將RFID 電子標(biāo)簽貼在農(nóng)產(chǎn)品上，或?yàn)槊考r(nóng)產(chǎn)品生成對(duì)應(yīng)的二維碼。通過(guò)掃描RFID 標(biāo)簽，在農(nóng)產(chǎn)品種植、質(zhì)量檢測(cè)、加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、消費(fèi)等各個(gè)質(zhì)量安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)上不斷添加、更新數(shù)據(jù)，進(jìn)行全程追蹤。利用傳感器或農(nóng)事信息采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集并上傳追蹤的信息，構(gòu)建安全溯源平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。消費(fèi)者能夠通過(guò)上網(wǎng)、短信、掃描二維條碼等方式追溯農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)信息，全面了解所購(gòu)買(mǎi)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。農(nóng)民或商家能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地掌握農(nóng)產(chǎn)品的生長(zhǎng)、質(zhì)量檢測(cè)及整個(gè)供應(yīng)鏈上農(nóng)產(chǎn)品的流向等信息，確保農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通等多個(gè)環(huán)節(jié)安全可靠。

1.3.2 農(nóng)產(chǎn)品精準(zhǔn)營(yíng)銷(xiāo)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用

為避免因?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)信息與市場(chǎng)信息不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品資源分布不平衡，減少農(nóng)產(chǎn)品出現(xiàn)滯銷(xiāo)現(xiàn)象，需要在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)各地農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)信息、滯銷(xiāo)信息、市場(chǎng)需求信息等，具體包括農(nóng)產(chǎn)品名稱(chēng)、產(chǎn)地、供給數(shù)量、滯銷(xiāo)地區(qū)、滯銷(xiāo)數(shù)量、需求地區(qū)、需求量等。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，整合、分析農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與市場(chǎng)數(shù)據(jù)，讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與市場(chǎng)信息真正對(duì)接，平衡各地農(nóng)產(chǎn)品的供求數(shù)量，幫助農(nóng)民或合作社合理安排供給計(jì)劃，減少農(nóng)作物的庫(kù)存積壓，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)中農(nóng)資平衡。

除此之外，利用微信、QQ、網(wǎng)頁(yè)、微博、各類(lèi)電商平臺(tái)等渠道采集農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)群體的偏好、行為特征、市場(chǎng)需求等原始信息，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建消費(fèi)者偏好模型、農(nóng)產(chǎn)品需求模型等，借助模型精準(zhǔn)地了解不同消費(fèi)者的不同偏好，預(yù)測(cè)市場(chǎng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品在將來(lái)特定階段的需求量。并根據(jù)分析預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行精準(zhǔn)分類(lèi)、定價(jià)、包裝等，向特定消費(fèi)群體推送有針對(duì)性的農(nóng)產(chǎn)品信息，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的精準(zhǔn)營(yíng)銷(xiāo)。

2 小結(jié)

大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能化設(shè)備已經(jīng)融入中國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。借助這些先進(jìn)技術(shù)和設(shè)施能夠幫助農(nóng)民更好地了解市場(chǎng)需求，科學(xué)選種，避免盲目耕種，降低災(zāi)情損失，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化，監(jiān)控農(nóng)作物的生長(zhǎng)周期，做到精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)灌溉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從種植、生長(zhǎng)、采摘、質(zhì)量檢測(cè)、加工、包裝、運(yùn)輸及配送的全程掌控。以大數(shù)據(jù)為支撐，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全流程的智能化管控。