云計(jì)算和大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院 龔 帆 阮寧君

1.云計(jì)算和大數(shù)據(jù)概述

1.1 云計(jì)算概念

云計(jì)算是在分布計(jì)算和服務(wù)計(jì)算基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的一種新的計(jì)算模式,其主要是通過網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)的核心是服務(wù)，用戶可以通過云平臺(tái)來使用一些本地沒有的資源如應(yīng)用程序、儲(chǔ)存能力、編程工具等，這時(shí)他們只需要支付一定的費(fèi)用便可使用這些近乎無限的資源。云計(jì)算是分布式計(jì)算，并行計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合的產(chǎn)物，其具有超大規(guī)模,虛擬化，高可靠性，通用性，高可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。其包括以下三個(gè)層次的服務(wù)：硬件基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS），平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）[21]。云計(jì)算并沒有明確的定義，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）將云計(jì)算定義為：一種按使用量付費(fèi)的模式，這種模式提供可用的，便捷的，按需的網(wǎng)絡(luò)訪問。IDC則將云計(jì)算定為：一個(gè)新的IT開發(fā)和使用模型， 它可以通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)地提供需要的服務(wù)和解決方案。

1.2 大數(shù)據(jù)概念

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)的運(yùn)用，將成為改善我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的有效方法，通過物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的運(yùn)用，以農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)下建設(shè)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，將會(huì)改善我國(guó)的生態(tài)環(huán)境，解決未來人類對(duì)糧食的需求問題，通過大數(shù)據(jù)分析建立預(yù)測(cè)模型，達(dá)到預(yù)測(cè)未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的趨勢(shì)，更加高效的生產(chǎn)，進(jìn)而在未來有效地回應(yīng)人類對(duì)糧食的需求。

2.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫

2.1 云數(shù)據(jù)庫

云數(shù)據(jù)庫是將數(shù)據(jù)庫與云計(jì)算結(jié)合在一起，采用數(shù)據(jù)庫即服務(wù)的云計(jì)算模式，將數(shù)據(jù)庫部署到一個(gè)虛擬計(jì)算環(huán)境中進(jìn)行使用，是云計(jì)算的一種具體的應(yīng)用。用戶使用云數(shù)據(jù)庫時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)按需付費(fèi)、彈性擴(kuò)容、動(dòng)態(tài)升級(jí)等。

利用云數(shù)據(jù)庫將大量數(shù)據(jù)保存到云端，具有很多傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不具備的優(yōu)勢(shì)。將云數(shù)據(jù)庫運(yùn)用在農(nóng)業(yè)中，農(nóng)戶進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存時(shí)只需按需付費(fèi)，減少不必要的資源浪費(fèi),節(jié)省成本。利用其彈性擴(kuò)容的特點(diǎn)，可以解決對(duì)不同時(shí)期產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，解決電子商務(wù)平臺(tái)可能在某一時(shí)期經(jīng)歷的用戶高峰期，一般這種高峰期不會(huì)持久，可能在一段時(shí)間之后就會(huì)就會(huì)急劇下降，這需要在短時(shí)間內(nèi)提供足夠的額外存儲(chǔ)資源，一旦高峰期過去就又要釋放這些資源。

2.2 農(nóng)業(yè)云數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

云數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)得到了極大的優(yōu)化和改善，數(shù)據(jù)模型變得簡(jiǎn)單，并且分離了基本數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)，增強(qiáng)保障了數(shù)據(jù)的完整性，安全性和一致性。云數(shù)據(jù)庫具有輕松部署、高可靠、成本低、自動(dòng)備份等特點(diǎn)，用戶可以輕松快速的完成數(shù)據(jù)庫的申請(qǐng)、創(chuàng)建和管理，為保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)庫每隔一段時(shí)間便會(huì)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)備份，一旦發(fā)生錯(cuò)誤可以及時(shí)挽回，同時(shí)用戶可以根據(jù)自己的不同需求選擇不同套餐，而且價(jià)格低廉。云數(shù)據(jù)庫還擁有強(qiáng)大的存儲(chǔ)和處理能力。儲(chǔ)存在云端的數(shù)據(jù)管理維護(hù)由第三方完成，從而保證了用戶信息的安全可靠，其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)無疑是農(nóng)業(yè)改革體系，向大數(shù)據(jù)管理模式轉(zhuǎn)化的必經(jīng)之路。

圖1-1 云數(shù)據(jù)庫應(yīng)用示意圖

3.農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析

3.1 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)

對(duì)于農(nóng)場(chǎng)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的大量的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，如水果，蔬菜的成熟時(shí)間、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、發(fā)生病蟲害的情況、溫度變化情況、月降雨量、天氣變化情況等，如果合理運(yùn)用這些信息可以減少成本，降低自然災(zāi)害的影響,還可以增加農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，提高農(nóng)產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的運(yùn)用為實(shí)現(xiàn)綠色農(nóng)業(yè),有機(jī)農(nóng)業(yè),精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供解決辦法,未來農(nóng)業(yè)將會(huì)邁向品牌化,一些知名的農(nóng)產(chǎn)品將會(huì)涌現(xiàn),建設(shè)知名品牌的農(nóng)產(chǎn)品會(huì)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的新挑戰(zhàn)和新的機(jī)遇。

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)的運(yùn)用，將成為改善我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的有效方法，通過物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的運(yùn)用，以農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)下建設(shè)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，將會(huì)改善我國(guó)的生態(tài)環(huán)境，解決未來人類對(duì)糧食的需求問題，通過大數(shù)據(jù)分析建立預(yù)測(cè)模型，達(dá)到預(yù)測(cè)未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的趨勢(shì)，更加高效的生產(chǎn)，進(jìn)而在未來有效地回應(yīng)人類對(duì)糧食的需求

3.2 氣象預(yù)測(cè)與產(chǎn)量預(yù)測(cè)與市場(chǎng)分析

現(xiàn)階段我國(guó)部分地區(qū)經(jīng)常突發(fā)洪澇，干旱災(zāi)害，給農(nóng)民們帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，而天氣預(yù)報(bào)不能做出針對(duì)農(nóng)業(yè)的氣象預(yù)報(bào)，給出有效的預(yù)防方法，使得這一問題很難解決。如果可以充分利用氣象資源，降低自然災(zāi)害會(huì)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的破壞，將會(huì)降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的投資成本，基于云計(jì)算的智慧氣象預(yù)測(cè)系統(tǒng)，利用分布在農(nóng)場(chǎng)中的各類傳感器獲得小區(qū)域內(nèi)土壤溫度和濕度的變化情況，空氣溫度和濕度的變化情況，以及CO2和O2濃度等關(guān)鍵環(huán)境因子，通過智慧氣象監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)天氣變化情況隨時(shí)進(jìn)行記錄，并通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到云端，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析可解決上述問題。

表1-1 2016年7月齊齊哈爾氣溫變化情況

如表1-1將七月份齊齊哈爾氣溫變化情況記錄下來繪制上表，結(jié)合天氣變化趨勢(shì)，可對(duì)下一月的氣溫變化情況以及未來幾年七月份的天氣情況，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以觀測(cè)出下一季節(jié)要多種些那些農(nóng)作物將會(huì)獲得更好的收成，農(nóng)戶就會(huì)心中有數(shù)。將近年來該地區(qū)的氣溫變化，天氣變化情況等詳細(xì)的記錄下來，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，得到未來幾年的氣象預(yù)測(cè)結(jié)果，這樣可以大致預(yù)測(cè)當(dāng)年種什么可以獲得最大利潤(rùn)，降低自然災(zāi)害對(duì)農(nóng)作物的影響。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料具有信息數(shù)據(jù)量大，變化速度快，分布范圍廣等特點(diǎn)，落后的信息采集系統(tǒng)能力有限，且數(shù)據(jù)傳輸受限，應(yīng)用云計(jì)算平臺(tái)技術(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中農(nóng)業(yè)信息充分利用，實(shí)現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃和合理計(jì)劃。過去幾年，在我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)供應(yīng)與市場(chǎng)需求上出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，和出現(xiàn)地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格差異很大的現(xiàn)象。

智慧農(nóng)場(chǎng)的市場(chǎng)預(yù)測(cè)模塊，由專業(yè)的農(nóng)產(chǎn)品交易市場(chǎng)行情分析機(jī)構(gòu)完成，將農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)交給他們，由他們結(jié)合大數(shù)據(jù)分析之后的圖表內(nèi)容和數(shù)據(jù)變化情況，從微觀上構(gòu)建科學(xué)的數(shù)學(xué)模型來實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的預(yù)測(cè)，根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)精確地預(yù)測(cè)到每個(gè)小區(qū)，地區(qū)對(duì)該種作物需求量，農(nóng)場(chǎng)可以對(duì)應(yīng)生產(chǎn)相應(yīng)的量，而不至于作物壞到地里賣不出去。結(jié)合產(chǎn)量預(yù)測(cè)，可以讓農(nóng)場(chǎng)主人，得到產(chǎn)量的精確信息，而不至于生產(chǎn)的過多或過少。

表1-2 農(nóng)場(chǎng)近兩年農(nóng)作物的產(chǎn)量變化

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料具有信息數(shù)據(jù)量大，變化速度快，分布范圍廣等特點(diǎn)，落后的信息采集系統(tǒng)能力有限，且數(shù)據(jù)傳輸受限，應(yīng)用云計(jì)算平臺(tái)技術(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中農(nóng)業(yè)信息充分利用，實(shí)現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃和合理計(jì)劃。過去幾年，在我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)供應(yīng)與市場(chǎng)需求上出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，和出現(xiàn)地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格差異很大的現(xiàn)象。

智慧農(nóng)場(chǎng)的市場(chǎng)預(yù)測(cè)模塊，由專業(yè)的農(nóng)產(chǎn)品交易市場(chǎng)行情分析機(jī)構(gòu)完成，將農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)交給他們，由他們結(jié)合大數(shù)據(jù)分析之后的圖表內(nèi)容和數(shù)據(jù)變化情況，從微觀上構(gòu)建科學(xué)的數(shù)學(xué)模型來實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的預(yù)測(cè)，根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)精確地預(yù)測(cè)到每個(gè)小區(qū)，地區(qū)對(duì)該種作物需求量，農(nóng)場(chǎng)可以對(duì)應(yīng)生產(chǎn)相應(yīng)的量，而不至于作物壞到地里賣不出去。結(jié)合產(chǎn)量預(yù)測(cè)，可以讓農(nóng)場(chǎng)主人，得到產(chǎn)量的精確信息，而不至于生產(chǎn)的過多或過少。

運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，整合在后臺(tái)的大量數(shù)據(jù)，根據(jù)銷售的實(shí)況，目的和要求，建立初步的篩選條件，提供不同的分析模塊，方便農(nóng)戶在實(shí)際情況下隨時(shí)調(diào)整生產(chǎn)策略，為市場(chǎng)決策提供有效支撐。

同時(shí)還可以對(duì)有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的需求者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)不同人群對(duì)不同農(nóng)產(chǎn)品的需求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這樣在種植農(nóng)產(chǎn)品之前可以根據(jù)消費(fèi)者來進(jìn)行生產(chǎn)，滿足不同消費(fèi)者的不同需求。