大數據與農業大數據在農業領域的應用

尹衍雨，白春明，柴多梅，于海茹，陳慧萍，張天柱

（1.中國農業大學農業規劃科學研究所，北京 100083；2.中國農業大學水利與土木工程學院，北京 100083）

我國經濟發展進入新常態，正處在新舊動能轉換階段，“互聯網+”成為創新引領經濟轉型升級的一個非常重要的抓手，互聯網與政務服務、醫療、物流、先進制造、教育、交通等領域深度融合，“互聯網+”帶動生產模式和組織方式變革，催生了社會治理和行業發展的新動能。在《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十三個五年規劃的建議》中，我國首次提出推行國家大數據戰略，把大數據作為一種基礎性戰略資源，全面實施促進大數據發展行動，加快推動數據資源共享開發及應用，助力產業轉型升級和社會治理創新。其中，農業大數據發展應用是建設農業農村現代化、實施鄉村振興戰略的有力抓手，必須緊跟大數據時代步伐，抓緊推動農業大數據建設，讓現代農業搭上互聯網的快車，推動我國從農業大國走向農業強國。在此背景下，本文從大數據的內涵和意義入手，梳理了大數據在農業領域的應用，以期為關注農業大數據發展的各界人士利用農業大數據這個利器更好地服務于農業生產、經營、管理、服務等相關各領域提供可以借鑒的經驗，從而真正實現大數據與農業產業發展的深入融合。

大數據與農業大數據的概念內涵

國際信息咨詢機構國際數據公司（IDC）對大數據的技術定義為“通過高速捕捉、發現或者分析，從大量數據中獲取有價值信息的一種技術架構”，大數據既是投入要素，具備規模體量大、變化頻度快、種類來源多樣等特征，數據的重要性已經提升到競爭性要素的高度[1]；同時大數據還是通過數據建模、數據加工處理之后得到的知識、模式、模型；大數據也是指一種研究方法，即將海量數據所隱含的價值密度通過數據挖掘等手段釋放出巨大價值，是透過海量數據來認識世界的能力，有可能成為創新生產方式、提高生產率、為消費者創造價值的重要源動力。大數據也被認為是繼理論科學、實驗科學和計算機科學之后的一種新的科學范式[2]。

大數據的發展不僅帶動了圍繞海量數據收集、傳輸、存儲、建模、分析等活動所形成的大數據產業的完整的產業鏈，帶動了信息服務產業的發展，還通過與其他產業的深度融合，服務、帶動其他產業的發展，具有顯著的價值溢出效益，給其他行業帶來巨大的發展空間[2]。近幾年，對大數據和人工智能等話題的討論熱度一直居高不下，大數據與行業落地應用的結合也越來越多，如大數據在工業、醫療、金融、交通等領域的應用成為近些年來的熱門。數據創造價值，大數據在促進行業融合發展、推動產業轉型升級、助力社會治理能力提升等方面發揮了重要作用，逐漸成為驅動數字經濟發展的核心動能[3]。

農業大數據是指大數據理論、技術和方法在農業或涉農領域的應用實踐。由于農業數據涉及的領域廣、環節多，還具有復雜性、分散性、獲取難的特征，使得農業大數據的應用不像大數據在其他領域的應用發展那么快。據《中國大數據產業發展水平評估報告（2017）》[4]顯示，隨著國家促進大數據發展系列政策的貫徹落實，大數據在各行業的應用逐漸加快并穩步成長，在金融、政務等領域大數據與行業的深度融合凸顯引領作用。農業大數據的發展雖受制于農業數據采集的難度，但大數據與農業領域的深度融合還有很大的提升空間可以挖掘。

近幾年來，農業大數據的重要性越來越為人們所重視，在行業市場空間方面將具有巨大的應用發展空間，成為重要戰略性資源和重要技術研究方向，大數據與農業的深度融合有望成為農業現代化發展的加速器。其中大數據的采集和挖掘是“大數據+農業”發展的第一要務[5]。農業大數據涉及農業水、土、光、熱、氣候資源以及作物育種、種植、施肥、植保、過程管理、收獲、加工、存儲、機械化等各環節、多類型復雜數據的采集、處理分析、挖掘與應用等問題[6]。農業大數據在集成與共享各種涉農數據的基礎上進行深度挖掘和分析，發現隱藏其間的數據價值，可大大提高政府決策管理水平，同時也可真正發揮出大數據對現代農業發展的提振作用。

大數據、農業大數據、農業信息化、互聯網+、智慧農業，幾個名詞有時候經常會混淆；實際上彼此區別又相互聯系。信息化里面包括信息技術和裝備技術；“互聯網+”不是農業信息技術和農業信息化的全部，“互聯網+”對農業生產的不同環節作用是不同的，主要是對流通業態如交易環節、流通環節進行創新，提高效率，必須有實體經濟支撐。智慧農業則是以物聯網、大數據、云服務三大技術體系為依托，面向不同主體提供產業鏈環節上的相關服務。

發展農業大數據的意義

由于長期以來我國農業屬于小農經營方式，農業生產本身所具有的生產粗放性、分散性和農業自身的季節性、地域性特征等因素，致使信息壁壘成為貫穿農業產業鏈的共性問題。在種植過程中，農戶更多地依賴以往經驗，走的是粗放式、資源消耗的發展模式；而在市場交易環節，信息閉塞且不對稱、資源分散使得整體利用效率低下，無法充分發揮市場優化資源配置、市場引導作用，并由此催生了一批農業經紀人，通過對信息的壟斷占有在交易環節中獲益，無形使得農產品交易的供應環節拉長，增加市場交易成本，變相提高農產品價格，而這一部分價格的提升很少能惠及到處于前端的小農戶。這種信息的不對稱及其所造成的種種不合理現象成為長期存在于我國農業產業鏈中的痛點問題。同時，由于小農生產的規范化、標準化程度低，使得在此基礎上所產生的信息價值難以有效應用到實踐中。當前，在中央政策引導下，農業適度規模經營在各地加快推進，但在相當時期內以家庭經營為主的2.3億小農戶仍是我國農業生產的重要力量。在農業經營轉型中，小農經營、規模經營不可偏廢，農業經營主體和方式的選擇應與區域農業發展實際相適應；因此，在這種形勢下，發展農業大數據要兼顧規模化生產需求和小農戶分散經營這兩種經營主體對農業大數據的需求，統籌利用好市場手段和政府支持兩種途徑發展農業大數據，破解制約我國現代農業發展的信息不對稱難題。

從當前看，發展農業大數據的重要意義可以概括為如下幾個方面。

大數據即大樣本，把握農業生產基本規律，提升農業生產效率和農業資源利用率

21世紀以來，以高效集約為特征的精準農業已成為發達國家現代農業的重要生產形式。依托大數據和先驗知識基礎的機器學習、深度學習等人工智能技術創新不斷提升數據分析處理能力、數據挖掘能力和輔助決策能力，核心是通過大數據的應用來降低現代農業發展過程中的試錯成本，提高決策的準確性、時效性。精準農業不僅帶來高產，更重要的是提高生產效率。在同樣產量的前提上，減少投入；在減少投入的前提上，提高產量。只有投入和產出成正比才能獲得收益；只有投入和產出的比例越小，獲得的收益才能更大。

大數據即大資源，數據共建共享打通數據通道，充分發揮市場在資源優化配置中的作用

大數據在農業領域的應用能為農業行業帶來創新和改變，使在農業產業鏈各環節和不同主管部門之間的數據合理有序地存儲在一個公共開放的數據云空間，進一步打通不同區域、不同部門之間的數據通道，打破區域、部門之間的信息不匹配，促進農業生產要素的流動，以市場手段合理優化農業生產要素的配置方式。

大數據即大市場，實現生產與市場需求的精準對接，提升農業宏觀調控和管理決策能力

目前從國內現實情況來看，正處于從“商品小農”向“現代小農”過渡的關鍵期，小農生產還將作為農業生產的常態形式在一定時間內存在。小農的現代化關系到農業現代化的實現和農民能否持續穩定增收。十九大報告與2018年中央一號文件中也提出要充分考慮小農戶與現代農業的有機銜接，破解目前小農戶與大市場矛盾的難題。將農業生產過程中的數據匯總到統一的大數據平臺，合理預測市場需求，提前規劃生產，并通過平臺實現供需精準對接，讓小農融入特色農業產業的創立和發展，參與市場競爭，分享產業發展紅利，以農業大數據服務加快推進小農現代化、實現跨越式發展。要著眼滿足小農戶和新型經營主體的生產經營需要，立足服務農業生產產前、產中、產后全過程，以政府引導+市場主導的形式，提升大數據服務農民的能力。

運用大數據技術，發揮農業大數據在指導市場預測、調控方面的作用，可以及時準確預判未來市場發展趨勢，從而更好地發揮政府作用，提升農業宏觀調控和科學決策能力，推進農業供給側結構性改革的逐步深入，促進總量平衡、結構平衡、質量提升，以實現農業行政管理高效透明為目標，推動“三農”管理方式創新，切實提升農業部門行政效能。

大數據即大營銷，洞悉消費者偏好，有利于供需雙方建立穩定的信任關系和農業品牌的打造

借助大數據實現對消費者行為洞察，包括消費目的動機、態度選擇、購物評價、行為、決策過程，而這些有價值的發現需依賴于在海量數據基礎上建立的行為決策模型。近些年來農產品電子商務發展快速，已然成為消費者購買農產品的重要渠道。而電子商務等相關領域持續的數據、信息積累有助于探索挖掘和研究消費者消費行為相關數據，對于供應端來說研發更加貼合消費人群需求偏好的新產品無疑是具有非常重要的參考價值，并能持續優化和完善已有產品。大數據、大營銷，還原消費者為“人”，還原營銷為“生活”，實為“大”的本意[7]。與此同時，借助產業鏈前端大量的數據積累和區塊鏈等先進技術手段的應用，打造科學種植、源頭可溯，更能加強生產者與消費者之間的互動，有助于建立良好的信任關系，增加消費粘性，塑造良好的品牌形象，進而帶來更多的品牌溢價。

大數據在農業中的應用

推進農業農村大數據發展，加快數據整合共享和有序開放，不斷推動大數據在農業生產、經營、管理和服務等方面的創新應用，全面服務農業全產業鏈體系，在現代農業的產業體系、生產體系、經營體系、服務體系、生態體系等構建方面正在發揮或將要發揮更加重要的作用。

建立重要農產品和特色優勢農產品大數據平臺，充分發揮大數據在農業產業監測預警與宏觀調控中的作用

通過建立重要農產品和特色優勢農產品數據庫，實現對國家或者區域重點農產品品種監測、總量調控。充分利用遙感監測、統計上報及渠道采集數據，構建農業產業大數據庫，實現共建共享。在此基礎上，加強對數據整理、分析建模、預測預警、數據脫敏等信息處理，以消費需求為導向建立完善的重要農產品和特色優勢產業市場監測指標體系和預警預測分析系統，研判國內外農產品市場供求形勢，組織專家解讀市場熱點問題，充分利用各類媒體手段，及時對市場運行風險進行預警，幫助農民識假辨假，防止生產盲目跟風和市場過度炒作。定期發布重要農產品價格信息，增強價格信息更新的及時性和這些信息對農民的可及性，同時還支持服務組織為農戶和新型經營主體提供個性化市場信息定制服務，提高服務的精準性和有效性[8]，從而更好地為農業生產決策和市場調控服務，盡可能地避免因信息不對等造成的產業結構調整的趨同性和短期性，避免價格過度波動，建立以消費需求為導向的供給體系，更好地指導農業供給側結構性改革的深入推進。

我國農業供給側結構性改革深入推進，越來越多的農業企業利用大數據來把脈市場變化；同時，相關政府部門也將大數據信息監測預警作為創新農業管理方式、增強市場調控的新工具。目前，已經建立了部分特色優勢農業產業大數據平臺，如生豬、蛋雞等產業大數據平臺的建立，平臺的效應正在逐步釋放。正如農業部市場與經濟信息司副司長王小兵在2017中國電子商務創新發展峰會上所講，“農業大數據不在于大，而在于利用互聯網樹立單品種突破的全產業鏈思路”，立足本地，選準當地特色優勢產業，因地制宜建設好特色農產品優勢區，大力推進“一村一品”“一鄉一業”。電子商務已然成為培育優勢特色產業的一種強有力的方式。通過大數據、移動互聯網等信息技術的應用，培育特色優勢產業“連接上互聯網”，以電商發展帶動特色產業發展，從而做出產業特色，做大產業規模。

通過大數據應用平臺，實現同一地域、同一品種的優勢特色農產品“上網”，生產者在網上平臺聯合，達到線上規模效應，可以把分散的小農聯合起來，促進合理制定生產計劃、優化配置生產要素，提高小農生產的標準化、科技化水平，以線上規模效應引領線下標準化生產，提升產業化水平[9]。鼓勵新型農業經營主體和農業產業化龍頭企業對接互聯網產業平臺，通過互聯網連接小農，推動全產業鏈合作、提供信息技術服務、促進土地流轉交易信息共享，加快建設能夠有效集聚小農生產資源、分布式開放對接的互聯網產業平臺。期待農業大數據在鄉村振興戰略實施過程中，在培育優勢特色農業產業、促進農業產業興旺中發揮更大作用。

以大數據平臺統籌共享全產業鏈大數據資源，打造現代農業產業鏈生態體系

以農業大數據平臺為基礎，充分利用移動互聯網、云計算、物聯網等新一代信息技術與農業的跨界融合，統籌共享全產業鏈大數據資源，打造基于互聯網平臺的現代農業新產品、新模式與新業態。如國內的神州信息依托其在智慧城市、農業、金融、運營商、制造等多個行業完成的大數據布局，儲備了土地信息、生產信息、交易信息、經營管理信息等產業鏈的數據資源，從而為土地規模化耕種、精準農業等問題提供解決方案。在土地所有權確認的基礎上，神州信息開發的農村產權交易平臺以土地為主，集物權、股權、產權等農村生產要素為一體，有效促進土地大規模流轉，快速實現土地產權流轉交易的同時，發放土地經營權流轉證，并據此幫助產權交易平臺上河北平鄉縣經營規模在20畝以上的大戶取得抵押貸款的資格，土地流轉助力規模化生產。成立于2010年的Farmeron公司總部坐落于美國的哥倫布市，該公司于2011年11月正式推出基于Web端的農產品管理工具，旨在為全球農民提供類似于Google Analytics的數據追蹤和分析服務，農民通過使用其軟件，記錄自己農場的情況，快速有效地預測利潤、跟蹤開支，從而更加高效地安排工作，更妙的是，該軟件利用GPS可以給出任何位置的歷史氣象數據，幫助生產決策提供參考，而所有的數據和分析都可以通過移動用戶界面清晰了解，幫助農民更加容易地獲取他們的田間情況。

依托物聯網建立大數據的挖掘和分析，為智慧生產運營提供支撐

以精準農業、智慧園區建設為特征的現代農業園科技示范工程在全國各地逐步展開，推動了物聯網、智能裝備等在農業生產中的應用，也推動了農業物聯網云服務平臺的建設。大氣候農業公司就是基于智能硬件打造農業物聯網，通過建立局部的農業大數據平臺，為智慧生產提供建議的一家公司，其自主研發的“農眼”智能監測系統是一款集成化程度很高的農業監測產品，通過數據積累、分析實現局部氣象預報、病蟲害預測、土壤監測等功能，該系統的特點是其模塊化的安裝設計為更多監測設備的疊加預留出了空間，該系統依托“氣候云”大數據平臺和“農眼”APP，共同實現農產品安全全程可追溯的功能，為智慧生產和品牌塑造提供數據支持。

建立基于大數據的農產品質量安全溯源體系，為品牌農業發展提供堅實基礎

農產品質量安全關乎國家戰略安全，黨中央國務院高度重視食品安全工作。在“互聯網+”的大背景下，通過移動互聯網、大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術與農產品質量安全工作跨界融合，創新基于互聯網平臺的現代農業新模式，對各類農產品在生產、加工、流通和消費等過程中的各階段信息進行快速采集、信息管理、條碼打印、數據上傳、輔助決策等，建立農產品質量安全追溯管理信息平臺，實現農產品“從農田到餐桌”全過程管理與可追溯，確保老百姓“舌尖上的安全”，以實現從源頭把控農產品品質，打響農產品品牌。

大數據為我國農業生態環境問題的解決提供了巨大空間，助力綠色興農發展

目前農業生態環境問題突出表現在耕地污染、水資源短缺、耕地退化等方面，隨著大數據時代的到來，農業大數據為農業生態環境問題的解決提供了巨大空間。My Smart Farm 是一家美國的農業大數據公司，其致力于幫助農民實現更適應自然的耕種模式，即更多地利用大自然的技巧，以更低的生產成本讓作物獲取更多的重要的天然植物營養素，系統將收集的數據與預測數據相結合，包括田間、實驗室和衛星傳感器數據以及地理信息系統數據，通過與氣候數據結合產生新的數據分析并將其加入到農民原有數據中，生成一個便于操作的管理儀表板，從眾多參數中指明需要快速決策的內容，從而及時采取行動。這不僅節約水和化學產品的使用，更幫助農民實現農業生態可持續的耕作。同樣來自于美國的Blue River Technology 是一家計算機視覺與機器人公司，其通過計算機視覺技術可以實現從農作物中精準識別出雜草的功能，并有選擇性地將這些雜草去除，從而實現減少農藥使用的目的，幫助發展有機農業生產。

大數據+共享經濟，激發鄉村閑置資源，將促進共享休閑農業爆發

透過大數據洞悉游客出行路線和消費傾向，對于農戶發展鄉村旅游選址提供決策支撐，同時也為開發休閑旅游產品提供依據，大數據促進休閑農業和鄉村旅游的發展。共享經濟與休閑農業的融合則將休閑農業進一步帶入了共享休閑農業模式。共享經濟本質是依靠互聯網技術，尤其是大數據技術將社會閑置資源重新利用，是所有權與使用權的分離，是通過平臺的搭建促進個體之間的交易，進而創造出新的市場價值，是互聯網時代重要的產物[12]，而區塊鏈技術為數據的流通與共享提供新的方法與思路，通過區塊鏈技術與大數據技術的融合可以顛覆傳統共享經濟商業模式。近年來，共享農莊模式成為休閑農業和鄉村旅游的熱點話題，這種模式成為解決農產品滯銷和價格波動、美麗鄉村建設、鄉村旅游可持續化等問題的有效舉措。對于政府而言，“共享農莊”模式，通過大數據平臺上的資源整合、交易，將農村閑置資源與市場休閑農業和鄉村旅游消費需求之間進行最大化、最優化地重新匹配，將不確定的流動性轉化為穩定的連接，間接地縮減了城鄉差距問題。“大數據+區塊鏈+共享經濟+休閑農業”的發展模式，將開啟“大數據+共享經濟”休閑農業鄉村旅游發展新里程。

農業大數據發展的挑戰與機遇

農業大數據發展面臨的機遇

國家高度重視農業大數據的應用。隨著信息化和農業現代化深入推進，農業農村大數據正在與農業產業全面深度融合，日益成為智慧農業的神經系統和推進農業現代化的核心關鍵。當前我國農業發展正處于傳統農業向現代農業加快轉變的關鍵階段，面臨著農產品需求不斷增加、資源緊缺、氣候變化導致災害頻發、生態安全脆弱、生物多樣性持續下降等嚴峻挑戰，需要利用大數據推進農業資源利用方式和農業生產方式的革命性轉變。為了大力推動農業農村大數據的發展和應用，國家先后出臺了《關于促進大數據發展行動綱要》《關于促進農村電子商務加快發展的指導意見》《農業部關于推進農業農村大數據發展的實施意見》《農業農村大數據試點方案》等文件和政策，積極部署各地加快推進農業大數據的發展和應用。

農業大數據發展的基礎已經具備。數據的獲取是大數據發展的基礎，農業物聯網、農業數據云平臺、衛星遙感平臺等在農業中的應用越來越普遍，農業大數據基礎設施建設逐漸完善，使得我國在實時獲取農業信息方面的能力不斷增強。經過一段時間的積累，我國已經儲備了海量的以結構化數據為主，視頻、圖片等并存的農業數據，為將來的應用打下了堅實的基礎。在科研人員的努力下，數據挖掘、關聯分析、知識發現等大數據技術也在不斷地進步。目前農業大數據在農業氣象、農業資源環境、農作物育種、農業生產、動植物疫病防控、農產品流通、農機作業等方面的應用已經取得積極進展，大數據在監測生產進度、市場運行等方面的作用也已初步顯現。

在農村網絡基礎設施建設加快推進和網民人數快速增長的大背景下，特別是移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等新一代信息技術的快速發展，使得農業農村大數據的應用也取得了初步的成效。農業部制定印發了《推進農業農村大數據發展的實施意見》，組織對8個農產品單品種大數據進行試點，遴選認定了38項農業農村大數據實踐案例；已經認定三批共210家全國農業農村信息化示范基地；推進政務信息資源和網站整合的力度亦前所未有。更為可喜的是，一些互聯網、大數據企業紛紛進軍農業農村這片藍海。這些都為農業大數據的發展應用探索了路子，奠定了基礎[13]。

農業大數據發展面臨的挑戰

數據采集基礎設施不完善。網絡基礎設施是實現大數據農業發展的先決條件，只有高速暢通的網絡環境才能為數據統計篩選與分析預測贏得寶貴時間；然而，由于我國農村尤其是偏遠農村地區經濟發展落后、地質條件相對復雜、人口分布大多分散，規模經營比例不高，物聯網的前期投入較高，如果沒有政府的支持，農戶自己投入大數據采集系統的基礎設施建設的動力不足、資金不夠。據統計，目前我國仍有5萬多個行政村未能接通寬帶，這一短板極大地阻礙了大數據農業的發展進程。

農業大數據人才匱乏。農業大數據的發展離不開雄厚的人力資源保障，不僅需要精通農業的相關人才，還需要懂得大數據挖掘處理的計算機、農業數據網絡和信息管理的復合型人才；然而，由于農業農村相對落后，條件艱苦、交通不便，收入水平低，一些農業信息數據的搜集工作又需要到農村進行，因此很多懂技術的人才不愿意從事農業大數據的工作。一方面，農村的青壯年勞動力涌入城市務工；另一方面，城市的技術人才不愿意到農村來就業。即使是幸運地引進到相關技術人才，往往也由于沒有完善的配套激勵措施等原因致使大量專業技術人才逃離農村，造成農業大數據的實踐主體嚴重匱乏[14]。

大數據共享度低。我國的農業大數據開發利用水平還很低，由于體制原因，很多數據分部門管理，數據收集的標準不一、規模不大，部分數據仍然處于分散的狀態，無法實現共享。即使部分研究單位擁有相關數據庫，但是由于小農意識嚴重、部門利益沖突等原因，造成了一個個數據部門割據的信息孤島，致使農業大數據資源難以在大數據時代得到共享[15]。

農業大數據發展的建議

推動大數據與現代農業產業的全面融合和持續健康發展，是在實施國家大數據戰略背景下，實現大數據帶動現代農業全面提升的重大舉措。目前，在主管部門和一些互聯網企業的進入和積極推動下，我國農業大數據產業發展已經取得了初步的進展，大數據與現代農業融合發展的框架基本上已經形成，但由于種種原因導致農業大數據采集困難、應用成本較高、人才缺乏等問題，造成目前大數據沒有像工業、金融、醫療等行業領域一樣，對產業的提振作用尚未充分發揮。然而，農業大數據由來已久，隨著近些年來的一些技術新貴的出現，使得農業大數據的發展重新煥發生機，走向一個更加多元、開放、融合發展的格局，農業大數據發展的號角已經吹響。

發展農業大數據，涉農部門還需多方合力。對政府而言，首先應當推動大數據的基礎設施建設。大力推動通信基站、電信寬帶的建設，為各類農業經營者“觸網”、聯通大數據提供基礎；二是要盡可能開發政府掌握的各類涉農大數據，以供農資企業合理調配生產，并制定針對各區域各品種的農資解決方案；提供政策支持，做好示范推廣，引導涉農企業、大數據企業構建以品種或區域為中心的農業大數據平臺[16]。對于農業生產者，要積極擁抱農業大數據帶來的改變，學習相關的知識，培養和招聘大數據相關的人才，積極開拓和應用大數據，并參與到農業大數據平臺的建設中來。

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