基于大數(shù)據(jù)分析的農(nóng)業(yè)信息化研究

摘" 要：隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)及人工智能技術(shù)的發(fā)展，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用到各行各業(yè)。保證農(nóng)業(yè)的正常發(fā)展是我國(guó)的基本戰(zhàn)略之一，扶農(nóng)、護(hù)農(nóng)和興農(nóng)是國(guó)家一直以來(lái)對(duì)農(nóng)業(yè)的支持。但是，當(dāng)前的農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理模式仍以傳統(tǒng)方式為主，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)一直處于相對(duì)弱勢(shì)的發(fā)展?fàn)顩r。在農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是解決上述問(wèn)題的方法。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以進(jìn)行農(nóng)情監(jiān)測(cè)、加快作物育種、進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品溯源和農(nóng)險(xiǎn)預(yù)防等多種農(nóng)情研究。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)進(jìn)行信息化處理，合理安排農(nóng)種時(shí)間，規(guī)避農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，保證食品安全，從而使農(nóng)業(yè)得到更好的發(fā)展，不斷推出優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品，把控好農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)，促使農(nóng)業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)信息化；大數(shù)據(jù)分析技術(shù)；人工智能；農(nóng)業(yè)發(fā)展；穩(wěn)定

中圖分類號(hào)：F326.2" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2096-9902（2023）07-0004-04

Abstract： With the development of big data technology and artificial intelligence technology， big data analysis technology based on machine learning is more and more applied to all walks of life. Ensuring normal development of agriculture is one of the basic strategies of our country. Supporting， protecting and developing farmers is our practices of persistently supporting agriculture. However， the current agricultural management mode is still dominated by the traditional way， which leads to the relatively weak development of agriculture. In the field of agricultural informatization， big data analysis technology is the way to solve the above problems. Big data analysis technology can be used to monitor agricultural conditions， accelerate crop breeding， traceability of agricultural products， agricultural insurance prevention and other agricultural conditions. Through big data analysis technology， we can conduct agriculture information processing， reasonable arrangement of farming time， avoid the price risk of agricultural products， and ensure food safety， so as to enable better development of agriculture， constantly introduce high-quality new products， control the market price fluctuations of agricultural products， and promote the long-term and stable development of agriculture.

Keywords： agricultural informatization; big data analysis technology; artificial intelligence; agricultural development; stability

目前我國(guó)耕地總面積為18.51億畝（1畝約等于667 m2），僅次于美國(guó)和印度，位居世界第3位。作為一個(gè)人口大國(guó)，糧食的重要性不言而喻。2021年，我國(guó)雖然獲得“十八連豐”的豐收佳績(jī)，但同時(shí)糧食進(jìn)口量也在繼續(xù)增長(zhǎng)，也創(chuàng)下了歷史新高。據(jù)海關(guān)總署發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年中國(guó)糧食進(jìn)口量達(dá)16 453.9萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)18.1%，占糧食總產(chǎn)量（68 285萬(wàn)t）的24.1%。這意味著，中國(guó)糧食對(duì)外依存度為19.4%。因此，農(nóng)業(yè)治理仍然是一個(gè)至關(guān)重要的研究方向，在信息技術(shù)發(fā)展的今天，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析構(gòu)建農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)，助力農(nóng)業(yè)發(fā)展是當(dāng)前環(huán)境下的必然之勢(shì)，也是促進(jìn)農(nóng)業(yè)治理、糧食豐收的一大利器。

1" 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

1.1" 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的理論方法

目前大數(shù)據(jù)技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析與人工智能已經(jīng)緊密相連，通過(guò)智能化計(jì)算可以對(duì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一些災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)防，為農(nóng)產(chǎn)品種植提供合理的方案、規(guī)劃。大數(shù)據(jù)技術(shù)涉及的領(lǐng)域多種多樣，給農(nóng)業(yè)提供的服務(wù)也越來(lái)越多。云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈、智能計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步都促使大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)而使農(nóng)業(yè)信息化更加智能。農(nóng)業(yè)信息化架構(gòu)如圖1所示。

通過(guò)利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的農(nóng)業(yè)信息化可以在可能發(fā)生災(zāi)害的時(shí)候進(jìn)行預(yù)測(cè)，以最大的可能避免災(zāi)害[1]，保證農(nóng)作物的順利種植和收獲。在進(jìn)行新農(nóng)產(chǎn)品研制的時(shí)候計(jì)算各種可能的基因片段排列，最終結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)成功培育新物種（雜交水稻）。另外，利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)分析歷年來(lái)的農(nóng)藥噴灑數(shù)據(jù)，智能調(diào)控農(nóng)藥噴灑量。這種農(nóng)業(yè)信息化方式又可以稱作智慧農(nóng)業(yè)[2]，目前是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展和完善的高峰期。總之，將大數(shù)據(jù)技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析相結(jié)合來(lái)構(gòu)建農(nóng)業(yè)信息化軟件，搭建智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可以保證農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，以及良好的發(fā)展前景。

在中心化的云計(jì)算模式下，利用hadoop（分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)）和hive（數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)工具）等技術(shù)[3]對(duì)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析是支撐農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展到現(xiàn)在的重要基石之一，也是支撐農(nóng)業(yè)信息化向智慧農(nóng)業(yè)靠近的技術(shù)基石。在去中心化的模式下，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒏鲄⑴c方收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，并進(jìn)行高效的計(jì)算。通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)來(lái)構(gòu)建智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)[4]，不僅能夠獲取更多的數(shù)據(jù)，還能夠充分地利用計(jì)算力來(lái)進(jìn)行農(nóng)情預(yù)測(cè)和分析任務(wù)。利用分布式計(jì)算架構(gòu)的計(jì)算力配置，可以處理非結(jié)構(gòu)化的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，并將部分任務(wù)交由人工智能[5]算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)[6]。在這些技術(shù)的支撐下，農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展更加深入，涉及的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域更加廣泛。

1.2" 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用

當(dāng)前，低溫對(duì)雜交水稻的影響研究[7]、藥用植物的葉綠體基因組特征解析[8]都會(huì)涉及對(duì)植物基因進(jìn)行重組和排列的深度學(xué)習(xí)技術(shù)或智能計(jì)算技術(shù)，可以充分利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬驗(yàn)證。研究新物種來(lái)預(yù)防糧食危機(jī)，提高人們的生活水平是目前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)熱門(mén)研究方向，也是農(nóng)業(yè)信息化中最有挑戰(zhàn)的研究。另外，利用傳感器將數(shù)據(jù)進(jìn)行互聯(lián)互通構(gòu)建農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)，利用可用設(shè)備搭建農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)信息化的Web服務(wù)，利用智能分析技術(shù)搭建農(nóng)作物管理的智能調(diào)控系統(tǒng)都是基于大數(shù)據(jù)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析的農(nóng)業(yè)信息化的實(shí)例。

無(wú)人機(jī)與農(nóng)業(yè)結(jié)合[9]是當(dāng)前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中設(shè)備信息化的一部分，工作人員可以控制無(wú)人機(jī)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑、農(nóng)作物狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。無(wú)人機(jī)會(huì)收集農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)下的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)、生長(zhǎng)圖像等，并根據(jù)中心處理器的計(jì)算進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋（如藥物噴灑量）。通過(guò)溫控系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境溫度、植物生長(zhǎng)階段及大棚內(nèi)濕度等因素合理調(diào)節(jié)溫度[10]，在紫外線定時(shí)消殺、智能滴灌和合理種植等方面均有實(shí)際的應(yīng)用。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，廣袤的土地資源得到有效的監(jiān)控和管理。通過(guò)IoT（Internet of Things，物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)備監(jiān)測(cè)水污染因素、環(huán)境濕度和土壤情況[11]可以更合理地安排農(nóng)作物種植。另外，使用IoT遙感設(shè)備結(jié)合數(shù)據(jù)分析技術(shù)（其中以互花米草監(jiān)控最為突出[12]）可以及時(shí)觀測(cè)到害蟲(chóng)[13]，進(jìn)行分析計(jì)算預(yù)測(cè)蟲(chóng)害的嚴(yán)重程度，然后制定合理的農(nóng)藥噴灑計(jì)劃，消滅害蟲(chóng)保證農(nóng)作順利生長(zhǎng)。

農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)農(nóng)作物的種植和新作物的培育，但是更離不開(kāi)經(jīng)營(yíng)信息的管理[14]及對(duì)農(nóng)作物行情的把控。大數(shù)據(jù)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析是解決這種問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。面對(duì)復(fù)雜多樣的市場(chǎng)環(huán)境，簡(jiǎn)單的人為預(yù)測(cè)很難計(jì)算出準(zhǔn)確的市場(chǎng)信息，也很難制定出精準(zhǔn)的價(jià)格制定策略，因此需要結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行經(jīng)營(yíng)信息管理。

2" 農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展與未來(lái)

2.1" 農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)信息化的趨勢(shì)越來(lái)越顯著，在簡(jiǎn)單的機(jī)械指令控制領(lǐng)域，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化的應(yīng)用軟件。通過(guò)在應(yīng)用軟件上收集信息并進(jìn)行手動(dòng)處理可以方便快捷的解決一些簡(jiǎn)單的農(nóng)業(yè)問(wèn)題，如無(wú)人機(jī)執(zhí)行噴灑農(nóng)藥的任務(wù)、農(nóng)作物大棚內(nèi)調(diào)溫任務(wù)和定時(shí)定量的澆灌任務(wù)等。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，更加智能的軟件出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)治理任務(wù)中。

5G和區(qū)塊鏈?zhǔn)俏磥?lái)發(fā)展的趨勢(shì)所在，也是大數(shù)據(jù)分析所依托的關(guān)鍵技術(shù)，農(nóng)業(yè)的信息化發(fā)展離不開(kāi)區(qū)塊鏈和5G技術(shù)。農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展速度也會(huì)隨著5G和區(qū)塊鏈的進(jìn)步而加快。5G的網(wǎng)絡(luò)速度加快數(shù)據(jù)收集速度和分析結(jié)果傳輸速度，區(qū)塊鏈的存在加快了信息共享速度和大數(shù)據(jù)分析計(jì)算速度，并保證了數(shù)據(jù)的可信度和安全性，都是將來(lái)農(nóng)業(yè)信息化過(guò)程中重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)。

IoT設(shè)備是農(nóng)業(yè)信息化所依賴的邊緣設(shè)備[15]，通過(guò)這些邊緣設(shè)備可以及時(shí)地獲取各種與農(nóng)業(yè)治理和發(fā)展相關(guān)的信息，如使用遙感設(shè)備進(jìn)行農(nóng)情視頻觀測(cè)，使用紅外設(shè)備進(jìn)行溫度檢測(cè)，使用生物音頻進(jìn)行研究[16]。農(nóng)業(yè)信息化中數(shù)據(jù)收集、發(fā)送指令、驅(qū)動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)分析的計(jì)算主機(jī)都離不開(kāi)IoT技術(shù)。因此，隨著IoT的發(fā)展，農(nóng)業(yè)信息化涉及的領(lǐng)域和功能會(huì)越來(lái)越多，越來(lái)越完善。

2.2" 農(nóng)業(yè)信息化的展望

相比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)信息化，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析的農(nóng)業(yè)信息化也可以稱作是智慧農(nóng)業(yè)，是新時(shí)代發(fā)展下新的農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展趨勢(shì)。這種新的農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展方式不僅優(yōu)于人工操作，還在一些簡(jiǎn)單且繁瑣的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上代替了人工，并在一些計(jì)算復(fù)雜的領(lǐng)域中超越人類，獲得越來(lái)越多的新成果。

在未來(lái)，農(nóng)業(yè)信息化將會(huì)是在基因工程、智能器械（農(nóng)業(yè)設(shè)備信息化）、智能管理（農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)信息化）和災(zāi)害預(yù)防等方面得到更進(jìn)一步的發(fā)展。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是支持智能管理和災(zāi)害預(yù)防等一些智慧農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)。農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展離不開(kāi)大數(shù)據(jù)技術(shù)，并且在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上農(nóng)業(yè)信息化將會(huì)踏足越來(lái)越多的新領(lǐng)域，獲得更多更令人矚目的成果。

3" 結(jié)束語(yǔ)

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析的農(nóng)業(yè)信息化已經(jīng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的發(fā)展。新物種研究、災(zāi)害預(yù)防和農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)信息化等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究方向均使用到大數(shù)據(jù)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析。隨著基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展，農(nóng)作物的產(chǎn)量上升，農(nóng)產(chǎn)品的行情穩(wěn)定，農(nóng)作物的管理便捷，災(zāi)害的預(yù)防將更加及時(shí)。從農(nóng)業(yè)信息化的這些優(yōu)勢(shì)可以看出，在今后農(nóng)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析的農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展會(huì)越來(lái)越深入，農(nóng)業(yè)也會(huì)在未來(lái)一段時(shí)間取得更好的發(fā)展。

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