北京市農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)與應(yīng)用

陳 華

（北京市農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定推廣站，北京 100079）

0 引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機”的發(fā)展，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和傳感器等現(xiàn)代化技術(shù)與農(nóng)機化工作實現(xiàn)了深度融合，為農(nóng)業(yè)機械化管理和農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量核查提供了新手段，近10 年來，農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺及相關(guān)監(jiān)測終端技術(shù)從概念提出走向試驗應(yīng)用，逐漸成熟完善，并推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)快速發(fā)展[1-2]。農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺的建立實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的采集和存儲，為數(shù)據(jù)挖掘和處理算法實現(xiàn)提供基礎(chǔ)，并通過可視化界面為農(nóng)業(yè)管理者和生產(chǎn)者提供決策意見和指導(dǎo)建議，在農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用方面，也從單一的深松監(jiān)測，向秸稈還田監(jiān)測、播種監(jiān)測、油耗監(jiān)測和圖像采集等綜合性監(jiān)測發(fā)展，并與農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺融合應(yīng)用，功能拓展到面積統(tǒng)計、圖像處理、農(nóng)機軌跡和作業(yè)質(zhì)量分析等方面[3-4]。

近年來，在政策支持下，各省市開展了大量農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)和試驗應(yīng)用，提出了眾多解決方案，并逐步完善。新疆維吾爾自治區(qū)建設(shè)了基于棉花生產(chǎn)的大數(shù)據(jù)平臺，從農(nóng)業(yè)資源、生產(chǎn)管理、農(nóng)機調(diào)度等方面，為用戶提供棉花生產(chǎn)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)綜合管理、農(nóng)機作業(yè)監(jiān)控與運維、產(chǎn)品質(zhì)量追溯及市場預(yù)警預(yù)測等服務(wù)[5]。河北省以互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機深松+第三方質(zhì)檢為基礎(chǔ)，建立農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測核查體系，實現(xiàn)了農(nóng)機深松作業(yè)實時監(jiān)測、實地跟蹤和隨機抽查，為農(nóng)機深松作業(yè)質(zhì)量和補貼資金安全發(fā)放提供了保障[6]。黑龍江省、山西省和安徽省等也根據(jù)自身農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，建設(shè)了基于農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測的大數(shù)據(jù)與云服務(wù)平臺，為提升農(nóng)機部門管理水平、提升農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量、農(nóng)機作業(yè)補貼資金發(fā)放提供了科學(xué)手段[7-9]。北京市針對農(nóng)機深松、播種監(jiān)測、油耗監(jiān)測等需求，組織研發(fā)相應(yīng)終端，調(diào)研掌握了農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺需求，深松作業(yè)監(jiān)測誤差<2 cm，面積監(jiān)測精確度達到97%，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)主體、農(nóng)機化管理主體提供了良好的管理手段[10-11]。

北京市農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺，基于農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測終端的推廣應(yīng)用，實現(xiàn)了農(nóng)機作業(yè)主體信息、農(nóng)機具信息和農(nóng)機作業(yè)信息的大數(shù)據(jù)積累，解決了以往農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量和面積核驗中，抽查范圍小、工作量大、工作效率低及補貼資金發(fā)放存在風(fēng)險的問題，為農(nóng)機管理部門和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體提供了信息化、科學(xué)化手段，提升了北京市農(nóng)機化水平。

1 平臺設(shè)計

根據(jù)北京市農(nóng)機化管理需求和作業(yè)現(xiàn)狀，開發(fā)了北京市農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺，包括農(nóng)機化綜合展示、合作社管理、農(nóng)機具管理、精準(zhǔn)作業(yè)管理和補貼作業(yè)監(jiān)管5 大模塊，如圖1 所示。

圖1 北京市農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)Fig.1 Architecture of Beijing agricultural machinery big data platform

1.1 農(nóng)機化綜合展示

農(nóng)機化綜合展示模塊包括農(nóng)機化發(fā)展情況和服務(wù)組織發(fā)展情況，如圖2 所示。農(nóng)機化發(fā)展情況包括北京市與全國農(nóng)業(yè)機械化水平對比、北京市各產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)機械化水平、北京市各區(qū)農(nóng)機裝備保有量、北京市各類農(nóng)機變化趨勢。該模塊對主要農(nóng)作物耕種收機械化水平、畝均動力情況、秸稈綜合利用率等指標(biāo)進行了鮮明對比，主要糧食作物、設(shè)施農(nóng)業(yè)、畜牧、水產(chǎn)、林果和農(nóng)產(chǎn)品初加工等產(chǎn)業(yè)的機械化水平展示效果良好。

圖2 北京農(nóng)機化綜合展示模塊頁面Fig.2 Beijing agricultural mechanization comprehensive display module page

1.2 合作社管理

合作社管理模塊包括合作社概況、合作社機具和農(nóng)機分布圖。該模塊對北京市各區(qū)合作社數(shù)量進行了統(tǒng)計對比，并展示了國家級、市級及普通合作社數(shù)量及發(fā)展趨勢，通過合作社分布圖功能可以對全市合作社的位置進行查詢；按照拖拉機、收獲機、植保機和播種機等作業(yè)種類對各區(qū)合作社機具進行分類統(tǒng)計和展示；通過農(nóng)機分布圖可以查看全市農(nóng)機分布和運行狀態(tài)。

1.3 農(nóng)機具管理

農(nóng)機具管理模塊包括存量農(nóng)機信息、農(nóng)機分布和農(nóng)機作業(yè)分析。存量農(nóng)機信息包括拖拉機品牌型號、銷售情況，以及耕整地、拖拉機、收獲機、播種機和植保機等各類型農(nóng)機具數(shù)量走勢；農(nóng)機作業(yè)分析包括各年度播種作業(yè)面積熱力圖、單車平均作業(yè)面積等。

1.4 精準(zhǔn)作業(yè)管理

精準(zhǔn)作業(yè)管理模塊包括作業(yè)概況、作業(yè)明細、終端明細、定位作業(yè)、自動駕駛、整地作業(yè)、播種作業(yè)、植保作業(yè)、收獲作業(yè)和土地測量。作業(yè)概況展示了各類型作業(yè)面積統(tǒng)計和對比、當(dāng)前月份農(nóng)機作業(yè)走勢等信息；作業(yè)明細里可以查詢每一次作業(yè)的機具、面積、作業(yè)質(zhì)量和地塊位置等詳細信息。該模塊涵蓋了大田作業(yè)各個環(huán)節(jié)，可以完整展現(xiàn)作業(yè)信息。

1.5 補貼作業(yè)監(jiān)管

補貼作業(yè)監(jiān)管模塊目前是北京市應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟、積累作業(yè)數(shù)據(jù)最多的功能模塊，較好地支撐了北京市保護性耕作作業(yè)補貼的發(fā)放工作。

補貼作業(yè)監(jiān)管模塊包括作業(yè)概況、車輛明細、輪作圖、設(shè)備上報、深松整地、秸稈還田少免耕播種和人工復(fù)核。補貼作業(yè)監(jiān)管中包括深松整地、秸稈還田和少免耕播種3 個作業(yè)環(huán)節(jié)，如圖3 所示。作業(yè)概括包括各區(qū)作業(yè)面積統(tǒng)計、各類型作業(yè)面積及占比、農(nóng)機作業(yè)面積走勢、各類型作業(yè)面積與年度人物對比等信息。車輛信息包括上報單位、車輛屬地、農(nóng)機主體、人員、聯(lián)系電話、設(shè)備號、車牌號、車輛型號、農(nóng)具信息、作業(yè)狀態(tài)和監(jiān)測狀態(tài)等信息，并可以按照參數(shù)查詢和導(dǎo)出。在深松整地、秸稈還田和少免耕播種3個作業(yè)環(huán)節(jié)，可以分別按照年度進行查詢，信息包括作業(yè)主體、監(jiān)測終端編號、車輛型號、車牌號、作業(yè)面積、重復(fù)面積、合格面積、不合格面積、判定結(jié)果、日期、作業(yè)地點、年度、審核狀態(tài)和作業(yè)質(zhì)量分析等信息。作業(yè)質(zhì)量分析中可以查詢作業(yè)詳情、作業(yè)地圖、軌跡回放、作業(yè)主體及農(nóng)機信息、作業(yè)地塊面積及合格率信息。此外，模塊可以按照全市、各區(qū)、各合作社等不同范圍，查詢導(dǎo)出等作業(yè)面積、合格面積、補貼面積和作業(yè)農(nóng)機數(shù)量等詳細信息。

圖3 深松整地作業(yè)模塊頁面Fig.3 Deep loosening and land preparation module page

2 應(yīng)用情況

2.1 各區(qū)農(nóng)機作業(yè)主體安裝應(yīng)用終端情況

根據(jù)北京市農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020—2022 年，北京市順義區(qū)、大興區(qū)、懷柔區(qū)等9 個區(qū)安裝農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測終端共計749 套，其中101 家合作社安裝688 套終端，合作社包括農(nóng)機合作社、專業(yè)合作社、產(chǎn)銷合作社和經(jīng)濟合作社等，每家合作社平均安裝終端6.8 套。另外，有29 個農(nóng)機戶個人安裝終端61 套，每戶平均安裝2.1 套，如表1 所示。

表1 各區(qū)安裝農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測終端及安裝主體數(shù)量情況Tab.1 Number of monitoring terminals and installation bodies of agricultural machinery operation quality in each area

2.2 全市保護性耕作作業(yè)監(jiān)測情況

2.2.1 作業(yè)補貼面積申報情況

2020—2022 年，根據(jù)北京市保護性耕作作業(yè)補貼政策，深松作業(yè)補貼750 元/hm2，秸稈還田作業(yè)補貼525 元/hm2，少免耕播種補貼525 元/hm2。每年年初，北京市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局制定全市各區(qū)3 項作業(yè)補貼面積及補貼額計劃，補貼面積由各區(qū)農(nóng)業(yè)部門統(tǒng)計上報。2020—2022 年，北京市9 個農(nóng)業(yè)區(qū)共上報3 項作業(yè)面積計劃共計10.39 萬hm2，各區(qū)作業(yè)面積對比如圖4 和表2 所示，順義區(qū)、懷柔區(qū)和房山區(qū)作業(yè)面積在全市最多，昌平區(qū)和通州區(qū)面積較少。各區(qū)保護性耕作補貼面積與實際作業(yè)面積可能不一致，部分區(qū)存在一些小地塊未納入補貼的情況，但是差值不大，上報面積基本能代表各區(qū)作業(yè)規(guī)模大小。

表2 2020—2022 年各區(qū)保護性耕作3 項作業(yè)計劃面積情況Tab.2 Specific situation of planned area of three conservation tillage operations in each region from 2020 to 2022

圖4 2020—2022 年各區(qū)3 項作業(yè)補貼計劃面積對比Fig.4 Comparison of three operation subsidy plans area in each district from 2020 to 2022

2.2.2 作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測面積情況

2020—2022 年，北京市保護性耕作3 項作業(yè)監(jiān)測面積總計8.3 萬hm2，其中，深松作業(yè)監(jiān)測面積總計2.8 萬hm2，秸稈還田監(jiān)測面積總計3.4 萬hm2，少免耕播種面積總計2.1 萬hm2。具體情況如表3 所示。

表3 2020—2022 年北京市保護性耕作3 項作業(yè)實際監(jiān)測面積Tab.3 Actual monitoring area of three conservation tillage operations in Beijing from 2020 to 2022單位：萬hm2

2020—2022 年，保護性耕作3 項作業(yè)實際監(jiān)測總面積占上報計劃面積的79.92%。其中由于2020 年開始實施作業(yè)補貼政策，政策文件下發(fā)各區(qū)較晚，以及安裝終端設(shè)備等因素，存在2020 年作業(yè)面積劃轉(zhuǎn)到2021 年的情況，即跨年度補貼情況，各區(qū)情況有差異，因此2021 年度監(jiān)測面積大于2021 年上報的計劃面積。若不考慮各區(qū)跨年度因素及各區(qū)實際作業(yè)面積小于年初上報計劃的情況，2022 年終端監(jiān)測面積覆蓋率71.51%，監(jiān)測覆蓋率處于較高水平。監(jiān)測未覆蓋的其他補貼面積，由各區(qū)通過人工填報及人工復(fù)核方式錄入系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)一補貼。2020—2022 年，北京市農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺支撐北京市發(fā)放農(nóng)機作業(yè)補貼總計6 042.31萬元。

2.2.3 作業(yè)地塊數(shù)量情況

在北京市保護性耕作3 項作業(yè)監(jiān)測中，每個地塊作業(yè)后形成一條作業(yè)信息，包括作業(yè)面積、作業(yè)質(zhì)量、作業(yè)軌跡地圖，以及機具、機手等完整信息，也是后期各區(qū)核查發(fā)放補貼的主要依據(jù)。2020—2022 年，3項作業(yè)地塊數(shù)量總計25 685 個，如表4 所示。按照作業(yè)監(jiān)測總面積8.3 萬hm2計算，平均每個地塊3.2 hm2；另外通過人工填報審核地塊數(shù)量101 個。

表4 2020—2022 年北京市保護性耕作3 項作業(yè)地塊數(shù)量Tab.4 Number of plots for three operations of conservation tillage in Beijing from 2020 to 2022單位：個

3 結(jié)束語

在對北京市農(nóng)機管理部門和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體需求充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，開發(fā)了北京市農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺，為農(nóng)機數(shù)據(jù)積累和農(nóng)機化工作提供了科學(xué)手段。有助于市、區(qū)兩級農(nóng)機管理部門掌握各類型農(nóng)機作業(yè)主體、各環(huán)節(jié)作業(yè)機具、作業(yè)能力等詳細信息，為農(nóng)忙時節(jié)掌握農(nóng)機作業(yè)進度、開展農(nóng)機調(diào)度、農(nóng)機政策制定提供重要信息。實現(xiàn)了農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺和保護性耕作作業(yè)補貼發(fā)放的充分結(jié)合，通過深松整地、秸稈還田和少免耕播種科學(xué)監(jiān)測統(tǒng)計，實現(xiàn)了農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量的高效監(jiān)管，降低了農(nóng)機作業(yè)補貼發(fā)放風(fēng)險，為農(nóng)機合作社考核評價機手作業(yè)績效提供了信息化手段。