基于大數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)模型建構(gòu)及應(yīng)用

我國(guó)農(nóng)業(yè)正處在由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)口，以數(shù)據(jù)為核心生產(chǎn)要素的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)資源體系建設(shè)正如火如荼。同時(shí)，大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的農(nóng)業(yè)已被證明可以提高產(chǎn)出、降低成本及確保農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，一些基于大數(shù)據(jù)分析、農(nóng)業(yè)定量規(guī)律研究的農(nóng)業(yè)模型頻繁出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際、農(nóng)業(yè)環(huán)境控制、農(nóng)產(chǎn)品流通與貿(mào)易等環(huán)節(jié)，農(nóng)業(yè)模型的廣泛應(yīng)用有望實(shí)現(xiàn)中國(guó)特色現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)從規(guī)模到效益、從數(shù)量到質(zhì)量、從科技裝備到保障能力、從經(jīng)營(yíng)體系到產(chǎn)業(yè)韌性的全面跨越。

智慧農(nóng)業(yè)中信息感知、信息傳輸、信息智能化處理三大技術(shù)體系均離不開(kāi)農(nóng)業(yè)模型的支撐，農(nóng)業(yè)模型已經(jīng)發(fā)展成為繼農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)學(xué)之后農(nóng)業(yè)科學(xué)定量的又一重要方法?；诖髷?shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)模型建構(gòu)是對(duì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)要素關(guān)系的定量化表達(dá)，包括系統(tǒng)定義、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模型搭建與轉(zhuǎn)換、模型驗(yàn)證、模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型運(yùn)行、結(jié)果分析及建立文件等過(guò)程或步驟，既涉及種植業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)及其質(zhì)量管控等全程化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)因子的定量化，又涉及經(jīng)濟(jì)、教育、流通及服務(wù)等綜合化社會(huì)結(jié)構(gòu)因子的定量化。其中，系統(tǒng)定義需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研、定性，形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)；模型搭建與轉(zhuǎn)換是將真實(shí)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)抽象簡(jiǎn)化，即在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上形成進(jìn)一步認(rèn)識(shí)；模型驗(yàn)證則是將所得到的初步認(rèn)識(shí)與實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行比較，以判斷其有效性；隨后一系列農(nóng)業(yè)模型運(yùn)行和結(jié)果分析都是進(jìn)一步再實(shí)踐再認(rèn)識(shí)的過(guò)程。因此，構(gòu)建集采集、監(jiān)測(cè)、共享、分析、預(yù)測(cè)、預(yù)警、決策、指揮、服務(wù)為一體的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，解決農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)建設(shè)滯后、內(nèi)容不全，數(shù)據(jù)打架、標(biāo)準(zhǔn)不一，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不及時(shí)，發(fā)布不規(guī)范、不集中等問(wèn)題，完善農(nóng)業(yè)模型構(gòu)建方法并注重將各種農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬、數(shù)據(jù)庫(kù)、與決策支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)開(kāi)放共享，才能科學(xué)地對(duì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)要素進(jìn)行定量預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)、預(yù)警及決策控制。

2022年9月，由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大數(shù)據(jù)發(fā)展中心牽頭研發(fā)的“農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)公共平臺(tái)基座聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”市縣級(jí)平臺(tái)1.0版本正式上線。該平臺(tái)基座立足農(nóng)業(yè)農(nóng)村業(yè)務(wù)工作數(shù)字化轉(zhuǎn)型及大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)需求，打破數(shù)據(jù)分割與系統(tǒng)孤島壁壘，提供跨不同區(qū)域、不同部門(mén)、不同單元的農(nóng)業(yè)農(nóng)村數(shù)據(jù)共享交換樞紐，可實(shí)現(xiàn)國(guó)家與地方、地方與地方農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門(mén)數(shù)據(jù)資源的互聯(lián)互通，并為實(shí)現(xiàn)與其他部門(mén)的涉農(nóng)數(shù)據(jù)交換共享設(shè)置了接口。因此可以說(shuō)，基于大數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)模型應(yīng)用的春天正在到來(lái)或已經(jīng)到來(lái)。

應(yīng)用場(chǎng)景一：廣西自然資源遙感院針對(duì)耕地“非糧化”現(xiàn)象隨機(jī)、分散、面廣、無(wú)序等特點(diǎn)，自主研發(fā)廣西“AI+遙感”智能監(jiān)測(cè)算法模型獲成功。2022年5—8月經(jīng)過(guò)4輪優(yōu)化提升測(cè)試后，該算法模型能在1小時(shí)內(nèi)完成5 000km2衛(wèi)星影像自動(dòng)掃描、48h內(nèi)完成對(duì)廣西耕地進(jìn)行全面“體檢”，能在優(yōu)于1m分辨率的衛(wèi)星遙感影像上查出占用耕地種樹(shù)、種果、挖塘養(yǎng)魚(yú)等新增“非糧化”地塊的位置、范圍及面積，確保糧食安全“紅線”不被突破。

應(yīng)用場(chǎng)景二：2022年7月的一天，黑龍江省齊齊哈爾市甘南縣農(nóng)戶張津瑋習(xí)慣地打開(kāi)手機(jī)APP“愛(ài)耕耘”，“巡視”一遍自家承包的800hm2（12 000畝）農(nóng)田。屏幕上每塊農(nóng)田的積溫、降雨、陽(yáng)光年輻射量清晰可見(jiàn)。手指滑動(dòng)屏幕下拉，土壤的實(shí)時(shí)溫度、相對(duì)濕度以及pH值一目了然。據(jù)了解，“愛(ài)耕耘”是由北京愛(ài)科農(nóng)公司開(kāi)發(fā)的農(nóng)田智慧種植決策數(shù)字工具，其中“植物—土壤—大氣”連續(xù)體數(shù)字化模型是由作物機(jī)理模型、土壤動(dòng)態(tài)平衡模型、氣象算法模型、病蟲(chóng)害預(yù)警模型等模型的相互配合、共同作用形成，能及時(shí)為農(nóng)戶提供降本增效、避險(xiǎn)防災(zāi)方案，被成為“在手機(jī)上種田”“算法種田”。

我國(guó)農(nóng)業(yè)模型研究應(yīng)用歷經(jīng)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型中的作物模型系列研究與應(yīng)用的“中國(guó)特色”業(yè)已形成，但與發(fā)達(dá)國(guó)家形成的大數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)模型相互比較與改進(jìn)的仍有一定差距。未來(lái)還應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)模型中的感知層結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)及其人工智能技術(shù)、智能農(nóng)機(jī)裝備關(guān)鍵技術(shù)、環(huán)境空間多尺度建模方法、分子生物學(xué)及分子遺傳學(xué)普適模型等，以及農(nóng)業(yè)模型與糧食安全問(wèn)題結(jié)合等方向研究應(yīng)用，讓“大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)模型+智慧農(nóng)業(yè)”成為可能，早日實(shí)現(xiàn)“中國(guó)式”農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。