基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用探究

周 琴 熊 倩 郭江帆 陳忠云

中通服咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司

0 引言

2021年，中央1號文件發(fā)布了《中共中央 國務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見》，對加強(qiáng)鄉(xiāng)村戰(zhàn)略振興，強(qiáng)化新型信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營相結(jié)合，通過建立健全農(nóng)村大數(shù)據(jù)體系發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的新模式提出要求。農(nóng)業(yè)是中國發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，更是增強(qiáng)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，伴隨著大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)的崛起，智慧農(nóng)業(yè)必將逐漸變成農(nóng)業(yè)發(fā)展新態(tài)勢。

本文從農(nóng)業(yè)的發(fā)展形態(tài)出發(fā)，闡述了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展歷程，通過剖析農(nóng)業(yè)信息化現(xiàn)狀及痛點(diǎn)問題，提出一種基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用探究，總結(jié)如何通過技術(shù)驅(qū)動與應(yīng)用創(chuàng)新解決農(nóng)業(yè)難題，助力經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 農(nóng)業(yè)發(fā)展形態(tài)

中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展形態(tài)總體可分為三個階段，分別為以手工勞動為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、以機(jī)械設(shè)備為主的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、以新興技術(shù)助力的智慧農(nóng)業(yè)。

1.1 農(nóng)業(yè)1.0時代：傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)1.0時代是以勞動力為主要生產(chǎn)力的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。早期，農(nóng)機(jī)設(shè)備未全面普及，農(nóng)業(yè)自動化水平較低，從農(nóng)作物播種、灌溉到豐收，從畜禽飼養(yǎng)、加工到銷售等環(huán)節(jié)均需依靠人工進(jìn)行生產(chǎn)勞動及管理，缺乏有效技術(shù)手段對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程重要參數(shù)的采集，該階段不僅對勞動力需求大，耗費(fèi)時間，且出錯率相對較高。

1.2 農(nóng)業(yè)2.0時代：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)2.0時代是以機(jī)械設(shè)備為主要生產(chǎn)力的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。農(nóng)機(jī)設(shè)備的興起實(shí)現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)加工，適當(dāng)緩解了人工勞動力，同時對加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動水平和提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益起到了顯著的作用?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)還結(jié)合了物聯(lián)感知設(shè)備，對傳感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了初步抓取，但數(shù)據(jù)相對單一，且獲取的數(shù)據(jù)需人工統(tǒng)計(jì)分析，缺少智能化手段實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的匯聚監(jiān)管和精準(zhǔn)分析預(yù)警。

1.3 農(nóng)業(yè)3.0時代：智慧農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)3.0時代是運(yùn)用新興技術(shù)助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智慧農(nóng)業(yè)。在技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展的今天，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸?shù)诫娚啼N售等全生命周期均采用了云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程更加智能，農(nóng)業(yè)傳感數(shù)據(jù)更加多樣，農(nóng)業(yè)監(jiān)測預(yù)警更加精準(zhǔn)。智慧農(nóng)業(yè)的誕生，將極大地提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可靠性和效率，在保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的同時，有效地將農(nóng)業(yè)信息化從傳統(tǒng)到數(shù)字再到智能的進(jìn)階。

2 農(nóng)業(yè)信息化痛點(diǎn)分析

農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)管理、運(yùn)輸銷售等各個環(huán)節(jié)都需要過程信息數(shù)據(jù)的支撐，而目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)產(chǎn)品溯源、農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)養(yǎng)殖等各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，國產(chǎn)傳感設(shè)備（包括溫濕度傳感器、光傳感器、熱傳感器等）已能夠滿足許多農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測和采集需求。

各政府部門或農(nóng)資企業(yè)均通過不同傳感終端與農(nóng)業(yè)平臺收集到大量的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)信息，但由于各類終端設(shè)備廠家不同，且缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各地區(qū)、各部門之間的農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異較大，信息資源整合難度較高。另一方面，對采集到的數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行深度的數(shù)據(jù)挖掘分析，缺少通過建立模型體現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，無法對農(nóng)業(yè)全生命周期進(jìn)行精準(zhǔn)化監(jiān)管與預(yù)警決策，致使數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)，數(shù)據(jù)服務(wù)針對性弱。

3 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)思路

針對農(nóng)業(yè)信息化痛點(diǎn)，本文將提出一種基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)思路，闡明如何從筑牢基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，到以數(shù)據(jù)資源驅(qū)動農(nóng)業(yè)發(fā)展，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)整合農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)信息，解決資源浪費(fèi)等難題，構(gòu)建智慧農(nóng)業(yè)新生態(tài)。

3.1 以基礎(chǔ)設(shè)施為根基，筑牢智慧農(nóng)業(yè)新生態(tài)

面向各市政府部門或企業(yè)，提供統(tǒng)一的計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等云資源服務(wù)，以基礎(chǔ)設(shè)施為根基，對農(nóng)業(yè)大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，筑牢智慧農(nóng)業(yè)新體系。

3.2 以數(shù)據(jù)資源為驅(qū)動，構(gòu)建數(shù)字農(nóng)業(yè)新體系

結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)感知、高效流轉(zhuǎn)、動態(tài)更新，通過構(gòu)建農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)資源池，樹立智慧農(nóng)業(yè)決策和管理“數(shù)據(jù)驅(qū)動”思維的轉(zhuǎn)變，形成“用數(shù)據(jù)感知、決策、管控、考核”的數(shù)字農(nóng)業(yè)新生態(tài)。

3.3 以創(chuàng)新應(yīng)用為引領(lǐng)，賦能精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)新模式

積極探索物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的創(chuàng)新發(fā)展，結(jié)合各地特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，依托全市各類數(shù)據(jù)資源，賦能農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)產(chǎn)銷一體化生態(tài)發(fā)展，打造一個“資源共享、綜合應(yīng)用、精準(zhǔn)監(jiān)督、輔助決策”的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)新模式。

4 大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用探究

基于上述智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)思路，初步構(gòu)建智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)，并根據(jù)架構(gòu)分析，探索大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理到數(shù)據(jù)應(yīng)用等各環(huán)節(jié)。

4.1 智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)

智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)由基礎(chǔ)層、感知層、支撐層、應(yīng)用與展示層以及統(tǒng)一的安全運(yùn)維保障體系與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系構(gòu)成。具體如圖1所示。

圖1 智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)

統(tǒng)一的安全保障、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與運(yùn)維保障是智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)的基礎(chǔ)和前提，它能夠有效地約束總體建設(shè)過程，保障農(nóng)業(yè)整體信息化建設(shè)的安全及運(yùn)維?；A(chǔ)設(shè)施層是為智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)提供計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全資源的基礎(chǔ)平臺，它能夠?yàn)楦黝悢?shù)據(jù)資源提供安全保障，防止數(shù)據(jù)信息的丟失與泄露，同時可實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理與調(diào)度?；A(chǔ)環(huán)境得以保障后，就是物聯(lián)感知體系的建立，農(nóng)業(yè)不同于其他行業(yè)，需要借助各種傳感器及視頻監(jiān)控等設(shè)備對農(nóng)作物與畜禽的全生命周期環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，因此智慧農(nóng)業(yè)需部署視頻監(jiān)控、農(nóng)情監(jiān)測設(shè)備、溫濕度傳感器、光照傳感器等設(shè)備，保障農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。除傳感及監(jiān)控數(shù)據(jù)外，智慧農(nóng)業(yè)的總體建設(shè)還需要收集農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境、市場銷售、管理管控等數(shù)據(jù)，經(jīng)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)資源中心對各類數(shù)據(jù)源進(jìn)行采集存儲架構(gòu)，形成基礎(chǔ)庫、主題庫、專題庫，支撐應(yīng)用與展示層中構(gòu)建的各類智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。

4.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用探究

4.2.1 數(shù)據(jù)采集

智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)需采集的數(shù)據(jù)源總體可分為四類數(shù)據(jù)，包括農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)市場數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)管理數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)資源如表1所示。

表1 農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)資源表

以上數(shù)據(jù)均為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可通過文件數(shù)據(jù)采集、庫表數(shù)據(jù)同步、接口數(shù)據(jù)采集、消息數(shù)據(jù)采集等方式集成各類農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)資源。

4.2.2 數(shù)據(jù)治理

對采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)一步清洗、加工、治理是大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)中的核心環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響到各應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的成果準(zhǔn)確性，影響到領(lǐng)導(dǎo)的決策研判，而數(shù)據(jù)治理就能夠?qū)㈦s亂無章的原始數(shù)據(jù)清洗為高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)治理的本質(zhì)是依據(jù)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，首先，以分析數(shù)據(jù)庫、時序數(shù)據(jù)庫、圖數(shù)據(jù)庫等多維的存儲方式，保障數(shù)據(jù)資源的穩(wěn)定運(yùn)行環(huán)境；其次，利用ETL技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)化、加載等全流程處理，清除重復(fù)字段、錯誤字段、缺失字段等臟數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)對元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量以及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的集中高效管理。

4.2.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用

將治理后的數(shù)據(jù)應(yīng)用于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保障農(nóng)產(chǎn)品安全、提升農(nóng)業(yè)監(jiān)管等各應(yīng)用環(huán)節(jié)中，通過打造農(nóng)業(yè)信息管理系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)專家服務(wù)系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理系統(tǒng)、溯源管理系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)可視化監(jiān)測平臺等應(yīng)用系統(tǒng)。

其中農(nóng)業(yè)信息管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本信息及農(nóng)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的管理，為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)決策支撐。農(nóng)業(yè)專家服務(wù)系統(tǒng)為農(nóng)戶提供行業(yè)信息交流平臺，可通過該平臺與農(nóng)業(yè)專家進(jìn)行在線交流，專業(yè)科學(xué)地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，保障農(nóng)產(chǎn)品生長的穩(wěn)定性及可靠性。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理系統(tǒng)可聯(lián)動農(nóng)資企業(yè)，通過企業(yè)對農(nóng)產(chǎn)品送檢信息的填報及抽查，掌握產(chǎn)品質(zhì)量，同時生成質(zhì)量分析報告供領(lǐng)導(dǎo)決策。溯源管理系統(tǒng)則可對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、銷售、物流、運(yùn)輸?shù)壬婕稗r(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的主要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全程追溯，助力農(nóng)資企業(yè)打造質(zhì)量可信、安全可溯的高端產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)可視化監(jiān)測平臺主要用于對農(nóng)產(chǎn)品的環(huán)境、苗情、作物長勢等情況進(jìn)行監(jiān)測，同時對病情、蟲情、土壤墑情等進(jìn)行實(shí)時預(yù)警，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)作物的科學(xué)化監(jiān)管及可視化決策。

5 結(jié)束語

本文圍繞智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展形態(tài)，分析了農(nóng)業(yè)信息化的痛點(diǎn)問題，提出大數(shù)據(jù)技術(shù)對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)乃至智慧農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程的重要作用。通過對智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)的解析，分析了智慧農(nóng)業(yè)中大數(shù)據(jù)采集、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)加工治理等技術(shù)，探索了大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營、監(jiān)測預(yù)警、政府決策等各方面提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)一步推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展及建設(shè)過程。