大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用研究

徐志英，劉興波 ，都 春，張 紅

（1.朝陽師范高等?？茖W(xué)校，遼寧 朝陽 122000；2.朝陽市自然資源局，遼寧 朝陽 122099）

1 背景介紹

國土空間規(guī)劃在國家可持續(xù)發(fā)展和宏觀調(diào)控中起著重要作用。我國自古以來就是農(nóng)業(yè)大國，為滿足生存需要，必須在有限的土地上獲得更高的產(chǎn)量，農(nóng)田的規(guī)劃設(shè)計至關(guān)重要。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)靠天吃飯，種植戶無法對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行精細(xì)化管理，產(chǎn)量無法保障。隨著信息時代的到來，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可以為農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持，農(nóng)業(yè)信息化水平得到提升，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)概念也隨即產(chǎn)生，對農(nóng)田的規(guī)劃設(shè)計、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)控管理和信息化數(shù)據(jù)采集工作隨之開展起來，智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。在決策部門之間信息共享的同時也提高農(nóng)田規(guī)劃的科學(xué)性和合理性，從而推動國土空間規(guī)劃的發(fā)展，提高國土資源的利用率。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)概述

大數(shù)據(jù)是國內(nèi)近幾年科研領(lǐng)域的熱點(diǎn)，是一種超大規(guī)模的數(shù)據(jù)集合，在獲取、存儲、管理及分析等方面大大超過傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具的能力范圍，具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型和價值密度低四大特征。大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用已十分廣泛，比如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)方面，尤其是在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈、經(jīng)營體系、管理體系等方面發(fā)揮重要作用，但是在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計上的應(yīng)用還不夠深入。傳統(tǒng)的農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計停留在小數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，無法對區(qū)域內(nèi)研究對象進(jìn)行全面規(guī)劃，而大數(shù)據(jù)通過集成各類結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，對研究對象進(jìn)行時空化的長期追蹤，通過各種標(biāo)簽識別農(nóng)田的各種特征并預(yù)測其發(fā)展趨勢。

3 大數(shù)據(jù)在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 大數(shù)據(jù)在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

3.1.1 解決傳統(tǒng)規(guī)劃銜接不當(dāng)、標(biāo)準(zhǔn)不一致的問題

大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)跨部門之間的信息共享，制定更為合理的決策，建立有效的農(nóng)業(yè)地理空間經(jīng)濟(jì)用地，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境為基礎(chǔ)的規(guī)劃，建立良好的系統(tǒng)運(yùn)作平臺。解決農(nóng)田規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)不一致、交叉布局等方面的問題，實現(xiàn)資源高效配置。

3.1.2 健全農(nóng)田空間規(guī)劃體系

相關(guān)部門對農(nóng)田空間規(guī)劃功能和作用的掌握具有局限性，對相關(guān)規(guī)劃職能的應(yīng)用并不完善，由于之前農(nóng)田缺乏完善的空間規(guī)劃體系，影響到空間規(guī)劃協(xié)調(diào)性和整體性。因此大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用能更好地掌握當(dāng)前農(nóng)田的利用狀況和發(fā)展趨勢，構(gòu)建起整體性的農(nóng)田空間規(guī)劃體系，構(gòu)建起自上而下的空間協(xié)調(diào)規(guī)劃方式。通過對大數(shù)據(jù)的信息處理，選擇出最為合理的規(guī)劃方案并通過調(diào)控手段完成對農(nóng)田的合理規(guī)劃設(shè)計。

3.1.3 保證規(guī)劃科學(xué)性

首先，地理信息大數(shù)據(jù)技術(shù)和地理信息大數(shù)據(jù)系統(tǒng)將所有與農(nóng)田、建設(shè)等相關(guān)的信息融合在一起，提供農(nóng)田區(qū)域內(nèi)的自然地理信息，包括土壤條件、光照條件、溫度濕度條件等，這是農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)；其次，大數(shù)據(jù)技術(shù)將農(nóng)田以往的建設(shè)信息呈現(xiàn)出來，包括種植的農(nóng)作物、水利灌溉工程、農(nóng)業(yè)科技運(yùn)用情況等；最后，大數(shù)據(jù)技術(shù)可提供市場信息，尤其是農(nóng)產(chǎn)品的銷售信息，將市場信息及時反饋給決策者，為農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計提供參考。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的幫助下，有關(guān)單位在修正或規(guī)劃中未考慮全面的地方可利用數(shù)據(jù)平臺打破時間與空間上的限制，為各級工作人員提供更加便利的辦公環(huán)境，提高辦公效率，提高規(guī)劃設(shè)計的科學(xué)性，提升管理水平。

3.1.4 加強(qiáng)農(nóng)田資源利用監(jiān)督

以自然資源調(diào)查評價、確權(quán)登記為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)字影像、衛(wèi)星遙感、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，融合政務(wù)、企業(yè)、網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)，建立全面覆蓋、上傳下導(dǎo)、實時預(yù)警的監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對農(nóng)田利用的精準(zhǔn)管控。

3.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.2.1 起步稍晚，理論為主

由于農(nóng)田大數(shù)據(jù)研究較之農(nóng)業(yè)其他版塊研究起步稍晚，因此其文獻(xiàn)檢索數(shù)量遠(yuǎn)低于其他農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域。當(dāng)今國內(nèi)對農(nóng)田大數(shù)據(jù)的研究以理論說明為主，宣傳法律法規(guī)或者應(yīng)用前景，缺乏實際操作應(yīng)用。部分對農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計研究照搬古巴、美國等操作模式，缺乏本土化經(jīng)驗，脫離國情。

3.2.2 規(guī)劃管理機(jī)制彈性不足

現(xiàn)行農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要及土地管理實際需要相比，較為理想化，舊的管理方式難以適應(yīng)規(guī)劃方案實施的動態(tài)變化要求。規(guī)劃設(shè)計是面向未來的，需要不斷適應(yīng)未來各因素的動態(tài)變化。對于較長的規(guī)劃期，難以保證規(guī)劃設(shè)計的每個要素都能按照預(yù)定方案發(fā)展，也難以保證安排的項目能落實到位。

除此之外，大數(shù)據(jù)技術(shù)是數(shù)據(jù)的科學(xué)，是基于數(shù)據(jù)本身展開的相關(guān)研究，不能直接將農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中的大數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)信息化或者互聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)等同起來，否則就脫離數(shù)據(jù)實質(zhì)。

3.2.3 缺乏統(tǒng)一體系

現(xiàn)有的針對農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計的大數(shù)據(jù)技術(shù)各自為政，缺乏統(tǒng)一體系，限制了在農(nóng)業(yè)整個產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展，使得充滿活力的大數(shù)據(jù)技術(shù)變得部分失能，危及了整個大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)。未能充分發(fā)揮國家或者地方大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中的帶頭推廣作用，沒有達(dá)到智慧農(nóng)業(yè)的示范目的。由于缺乏統(tǒng)一體系，進(jìn)而缺乏相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，指標(biāo)分解的依據(jù)不足，指標(biāo)分解方法相對簡單，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了指標(biāo)的數(shù)量分解，對農(nóng)田的各種利用率考慮不足，對指標(biāo)分解的合理性論證不足，從而在一定程度上弱化了指標(biāo)的剛性調(diào)控作用。

3.2.4 缺乏核心研究

由于缺乏對大數(shù)據(jù)技術(shù)核心的研究，因此缺少對具體應(yīng)用的研究。雖然農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)已可視化，將繁雜的農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計轉(zhuǎn)化為直觀的圖案，可以更好地展示數(shù)據(jù)效果，但是大數(shù)據(jù)技術(shù)還不夠完整，可視化并不是大數(shù)據(jù)技術(shù)的全部，因此規(guī)劃技術(shù)手段有待完善。現(xiàn)行對農(nóng)田的適宜性評價、利用布局及分區(qū)、規(guī)劃方案等主要沿用定性分析方法，定量研究特別是模型研究相對較少。而定性分析法主要以經(jīng)驗判定為主，在對客觀事物觀察的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析，制定規(guī)劃設(shè)計目標(biāo)。定性分析法具有靜態(tài)性特點(diǎn)，對于年限較長的規(guī)劃設(shè)計，存在與現(xiàn)實發(fā)展之間較大誤差，規(guī)劃設(shè)計方案最終脫離現(xiàn)實[1]。

4 大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用策略

4.1 加強(qiáng)政策引導(dǎo)和資金支持

完善并嚴(yán)格農(nóng)田使用制度，在這一政策制度的規(guī)定下引入大數(shù)據(jù)技術(shù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的重要發(fā)展領(lǐng)域，需要相關(guān)主管部門在政策上給予大力支持，這是大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中得以運(yùn)用的政策基礎(chǔ)。相關(guān)部門既要強(qiáng)調(diào)農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計對于農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要性，又要明確大數(shù)據(jù)技術(shù)對農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計的積極帶動作用。除此之外，大數(shù)據(jù)技術(shù)作為先進(jìn)技術(shù)，其開發(fā)過程需要一定的經(jīng)濟(jì)成本，其中包括開發(fā)硬件的成本及人力資源軟件成本。資金支持既可以是相關(guān)的財政撥款，也可以與科研團(tuán)體、社會企業(yè)開展合作，開展科研成果的共享以及科學(xué)合理的融資渠道，將最新的創(chuàng)新科技成果迅速轉(zhuǎn)換成可操作性強(qiáng)的系統(tǒng)模塊設(shè)計，建立大數(shù)據(jù)技術(shù)運(yùn)用于農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計的“產(chǎn)學(xué)研”互動體系，將大數(shù)據(jù)科研技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力。

大數(shù)據(jù)技術(shù)通過環(huán)境與氣象、耕地土壤、育種、產(chǎn)品檢測及市場供需等數(shù)據(jù)，將農(nóng)田的原始資料呈現(xiàn)出來，相關(guān)人員要充分挖掘和處理數(shù)據(jù)的共性問題，將數(shù)據(jù)及時上傳共享，實現(xiàn)資源分享，為農(nóng)田的統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計提供決策支持，為進(jìn)一步解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實際問題提供預(yù)案。

4.2 建立農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計大數(shù)據(jù)體系

建立以大數(shù)據(jù)技術(shù)為參照的農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計體系，深化大數(shù)據(jù)技術(shù)在各部門之間的融合。深入挖掘農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計與大數(shù)據(jù)技術(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，實現(xiàn)二者的融合。借助于大數(shù)據(jù)技術(shù)對傳統(tǒng)農(nóng)田的規(guī)劃設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建相關(guān)的預(yù)測模型。從源頭上對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和整合，在與其他農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上開展農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計，梳理農(nóng)業(yè)、土地、自然地理、地質(zhì)災(zāi)害防治等各類土地資源數(shù)據(jù)，匯聚整合其他部門、行業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)等大數(shù)據(jù)資源，建立內(nèi)容全面、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計大數(shù)據(jù)體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與規(guī)劃之間的有機(jī)融合，提升規(guī)劃設(shè)計的科學(xué)性。

除了構(gòu)建大數(shù)據(jù)農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計體系外，還應(yīng)積極構(gòu)建規(guī)劃決策支持系統(tǒng)，鑒于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、時空大數(shù)據(jù)集成等新技術(shù)，通過對人口規(guī)模、人口流動方向、農(nóng)田利用、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等相關(guān)數(shù)據(jù)的信息挖掘和分析，揭示人口、農(nóng)業(yè)、土地之間的時空變化規(guī)律，建立集基礎(chǔ)評價、農(nóng)田空間演變、農(nóng)田利用自動化監(jiān)測和預(yù)警等功能為一體的農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計決策支持系統(tǒng)，為規(guī)劃設(shè)計方案提供支持。

4.3 創(chuàng)新規(guī)劃設(shè)計大數(shù)據(jù)編制方法

隨著大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，為農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計提供了有力的技術(shù)支持。在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中，應(yīng)加強(qiáng)動態(tài)空間模擬模型、綜合決策模型等定量分析模型、多自主體系在農(nóng)田利用空間規(guī)劃中的運(yùn)用，加強(qiáng)對農(nóng)田周邊環(huán)境承載力的評價規(guī)劃，強(qiáng)化規(guī)劃設(shè)計的合理性與可操作性。以耕地大數(shù)據(jù)集成技術(shù)為例，運(yùn)用新的模型技術(shù)，實現(xiàn)對多種針對數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象的耕地缺失數(shù)據(jù)填充算法，提升了數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高了耕地數(shù)據(jù)RDF圖分割的平衡性，同時提高了RDF分割質(zhì)量和分割效率，這也是耕地大數(shù)據(jù)知識挖掘和輔助技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)了遙感識別、連片性分析、挖掘算法、多數(shù)據(jù)聯(lián)合分析的融合，為農(nóng)田耕地規(guī)劃設(shè)計的預(yù)處理提供基礎(chǔ)。

利用新的編制方法，運(yùn)用定量模型分析后，一方面加大對閑置農(nóng)田清理力度的規(guī)劃設(shè)計，改變農(nóng)田土地資源浪費(fèi)的現(xiàn)象，提高農(nóng)田的利用率。另一方面加強(qiáng)對農(nóng)田資源潛力的挖掘設(shè)計，對于城鎮(zhèn)化帶來的農(nóng)田閑置情況，根據(jù)自然地理條件將農(nóng)田進(jìn)行分類后實行有效的規(guī)劃設(shè)計。比如將人口較少的村莊合并，然后將農(nóng)田進(jìn)行統(tǒng)一開墾的規(guī)劃設(shè)計，盤活閑置農(nóng)田的利用價值。

4.4 完善農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

以農(nóng)田生命周期業(yè)務(wù)流程為主線，集成并改進(jìn)農(nóng)田使用動態(tài)監(jiān)控技術(shù)、信息動態(tài)聯(lián)動技術(shù)等，以便實時掌控農(nóng)田的利用狀態(tài)、農(nóng)田更新情況等。其中農(nóng)田的利用及更新狀況，可通過航空攝影影像技術(shù)和衛(wèi)星，結(jié)合我國農(nóng)田調(diào)查章程和規(guī)定，將農(nóng)田的實時利用情況進(jìn)行調(diào)查比對，從而建立一套更加合理、科學(xué)、完善的影像數(shù)據(jù)庫，利用圖像和數(shù)據(jù)相結(jié)合來適應(yīng)國土資源的新目標(biāo)。首先通過遙感技術(shù)將影像資料搜集保存，形成農(nóng)田基礎(chǔ)的信息資料，再將基礎(chǔ)圖件與實際野外作業(yè)進(jìn)行比對調(diào)查，在經(jīng)過科學(xué)勘察測繪后將新的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、匯總、分析。GPS可準(zhǔn)確定位，同時采集空間位置信息，GIS將采集信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地調(diào)整和改變，使工作更加自動化，從而提高了工作效率[2]。

4.5 規(guī)劃農(nóng)業(yè)市場經(jīng)濟(jì)金融體系

在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中，建立與農(nóng)業(yè)市場經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)金融市場相聯(lián)系的體系。在農(nóng)業(yè)市場經(jīng)濟(jì)中，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計果蔬區(qū)塊鏈，將質(zhì)量追溯相關(guān)數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備采集后添加大區(qū)塊鏈，建立“數(shù)據(jù)庫+區(qū)塊鏈”雙存儲設(shè)計同時結(jié)合數(shù)據(jù)二次上鏈和驗證的方法，增強(qiáng)果蔬質(zhì)量追溯可信度的同時反饋農(nóng)產(chǎn)品市場銷售信息，為農(nóng)田的種植品種選擇提供參考，也為農(nóng)田的拓展空間設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。

4.6 提升農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計人才的專業(yè)素養(yǎng)

大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域較為復(fù)雜，因此相關(guān)人員要掌握大數(shù)據(jù)信息處理與判斷級數(shù)，了解大數(shù)據(jù)信息的深層次規(guī)律，掌握農(nóng)田規(guī)劃與管理的基本規(guī)律，才能做出科學(xué)合理的規(guī)劃設(shè)計。這就要求對相關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，完成人員專業(yè)技能的調(diào)整和提升，才能保障大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計的決策作用。

4.7 建立農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計管理機(jī)制

農(nóng)田的規(guī)劃設(shè)計工作重要且復(fù)雜，因此需要建立一套與之相適應(yīng)的管理機(jī)制，保障規(guī)劃工作有序進(jìn)行。一是建立規(guī)劃設(shè)計、信息化技術(shù)建設(shè)和大數(shù)據(jù)分析機(jī)構(gòu)等多部門統(tǒng)籌管理機(jī)制；二是搭建網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)交換與共享以及規(guī)劃設(shè)計三大平臺聯(lián)通機(jī)制，保障規(guī)劃設(shè)計的科學(xué)性與便捷性；三是時反饋的規(guī)劃設(shè)計以及規(guī)劃實施后的檢測評估機(jī)制，保障大數(shù)據(jù)引入后農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計后期的順利進(jìn)行[3]。

5 結(jié)束語

綜上所述，大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用具有重要作用。在農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計中，相關(guān)部門要深刻認(rèn)識到大數(shù)據(jù)技術(shù)的重要性，搭建大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺，為農(nóng)田的科學(xué)規(guī)劃設(shè)計提供支撐。