王麗娟 信麗媛 賈寶紅 原少輝

摘 要：農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)深度融合，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策提供科學(xué)指導(dǎo)，成為推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵要素。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，采集、整理、儲(chǔ)存、挖掘農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，展示數(shù)據(jù)分析成果，為農(nóng)戶精準(zhǔn)生產(chǎn)、產(chǎn)品追溯、市場(chǎng)監(jiān)測(cè)、綜合服務(wù)提供解決方案。本文梳理現(xiàn)有文獻(xiàn)，系統(tǒng)分析農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的體系框架、關(guān)鍵技術(shù)、重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域以及在我國(guó)的應(yīng)用實(shí)踐，旨在為科學(xué)設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)；平臺(tái)；Hadoop

中圖分類號(hào)：G250.74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.10.003

Abstract： Deep integration of agricultural big data and agricultural industry， which provided scientific guidance for agricultural production management， and became the key factor to promote the modernization of agriculture. Through the big data technology， the platform of agricultural big data collects， organizes， stores， and mines agricultural data， at last displays the results of data analysis， in order to provide solutions for farmers about precision production， product tracing， market monitoring， and comprehensive services. This paper combed through the existing literature， systematically analyzed the system framework， key technologies， key application fields and application practices in China for the purpose of providing reference for scientifically designing the big data platform in the field of agriculture.

Key words： agriculture big data； platform； Hadoop

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的現(xiàn)代化信息時(shí)代，大數(shù)據(jù)已成為發(fā)現(xiàn)知識(shí)、創(chuàng)造價(jià)值的新型服務(wù)業(yè)態(tài)。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)信息化的推進(jìn)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)正與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)全面深度融合，并逐漸成為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的有利工具，成為助力智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心要素。運(yùn)用大數(shù)據(jù)對(duì)種植作物種類、數(shù)量進(jìn)行宏觀調(diào)控，讓農(nóng)民生產(chǎn)出符合消費(fèi)者實(shí)際需求的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷銜接順暢；運(yùn)用大數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)功能，讓農(nóng)民知曉變幻莫測(cè)的價(jià)格變化，增強(qiáng)市場(chǎng)上的話語(yǔ)權(quán)、定價(jià)力和影響力?！坝脭?shù)據(jù)說(shuō)話、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)科學(xué)決策的必然選擇。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)要發(fā)揮作用，必須以平臺(tái)或系統(tǒng)為載體。本文從文獻(xiàn)角度梳理農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的必要性，闡述農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)創(chuàng)建的技術(shù)框架體系和重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域以及在我國(guó)的實(shí)踐應(yīng)用，旨在為科學(xué)設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供借鑒和指導(dǎo)。

1 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的必要性

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是利用大數(shù)據(jù)的理念、技術(shù)和方法，解決農(nóng)業(yè)或涉農(nóng)領(lǐng)域數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、計(jì)算與應(yīng)用等一系列問(wèn)題，是大數(shù)據(jù)的理論和技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用與實(shí)踐[1]。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)具有豐富的內(nèi)涵：農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)集成共享平臺(tái)取代關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)成為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的主要形式，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)在平衡產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的效應(yīng)更加突出[2]。

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)使得農(nóng)業(yè)內(nèi)部的信息流得到了延展和深化[3]，對(duì)于挖掘農(nóng)業(yè)價(jià)值，為生產(chǎn)者制訂生產(chǎn)計(jì)劃和獲取利益最優(yōu)化具有重要意義。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)為政府決策當(dāng)智囊，為企業(yè)管理做支撐，為學(xué)科發(fā)展建平臺(tái)，為管理升級(jí)供手段[4]。為了全面、規(guī)范、及時(shí)地采集農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)， 在第一時(shí)間對(duì)大量的、異構(gòu)的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 需要建立一個(gè)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)[5]。推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程，需要全面、及時(shí)掌握農(nóng)業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)， 需要依托農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)及相關(guān)大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，建設(shè)一個(gè)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用平臺(tái)[1]。

2 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的創(chuàng)建研究

2.1 總體設(shè)計(jì)

文燕[6]構(gòu)建以Hadoop為計(jì)算處理中心，HDFS和HBase為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)；結(jié)合當(dāng)?shù)厥痉秷@實(shí)際情況，設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)，提供了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心和計(jì)算處理中心設(shè)計(jì)方案和基于Map/Reduce農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)挖掘解決方案。郭雷風(fēng)[7]將農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成5層：與農(nóng)業(yè)相關(guān)的各種資源、環(huán)境，數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)價(jià)值發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用，構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。孟祥寶等[8]從服務(wù)、管理、應(yīng)用、資源和技術(shù)5個(gè)方面提出了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)SMART應(yīng)用架構(gòu)體系，設(shè)計(jì)了一個(gè)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)智能分析平臺(tái)。李瑾，顧戈琦[9]從設(shè)計(jì)原則、思路、框架及功能模塊對(duì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 技術(shù)架構(gòu)

目前，在云計(jì)算環(huán)境下，Hadoop、Storm和Spark是大數(shù)據(jù)處理的工具，但農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用在技術(shù)體系架構(gòu)上主要采用基于Hadoop分布式處理系統(tǒng)，這是由于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及存儲(chǔ)應(yīng)用所需要具備的各種功能特征所決定的。Hadoop是谷歌大數(shù)據(jù)平臺(tái)的開源實(shí)現(xiàn)，在大數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用中非常典型。陶佰睿等[10]提出利用Hadoop和WSN技術(shù)構(gòu)建基于云端的低成本農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)采集預(yù)處理系統(tǒng)，為多源異構(gòu)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、傳輸和海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理方案，并且設(shè)計(jì)針對(duì)大數(shù)據(jù)量算法的MapReduce實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理。李竹林等[11]對(duì)比當(dāng)前主要的大數(shù)據(jù)處理工具特點(diǎn)，詳細(xì)闡述Hadoop的部署思路及詳細(xì)的命令。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

按照平臺(tái)建設(shè)流程，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)包含四類：一是大數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、存儲(chǔ)、管理技術(shù)，其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理技術(shù)包括云計(jì)算、MapReduc、分布式文件系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)；二是大數(shù)據(jù)計(jì)算與挖掘分析技術(shù)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)有機(jī)器學(xué)習(xí)、虛擬化和資源管理技術(shù)等，其中深度學(xué)習(xí)是當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)主要研究熱點(diǎn)之一，深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）是機(jī)器學(xué)習(xí)的一種實(shí)現(xiàn)方法，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論發(fā)展的重要突破；三是大數(shù)據(jù)可視化分析與呈現(xiàn)技術(shù)；四是大數(shù)據(jù)隱私與安全技術(shù)。

從文獻(xiàn)看，吳重言等[12]詳細(xì)分析了云技術(shù)、MapReduce、分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，提出農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析的解決方案。韓家琪等[13]利用空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)在空間數(shù)據(jù)處理上的優(yōu)勢(shì)，從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)應(yīng)用4方面對(duì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。米春橋等[14]分析了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)清洗技術(shù)、尺度轉(zhuǎn)換技術(shù)、融合技術(shù)、關(guān)聯(lián)分析與預(yù)測(cè)技術(shù)、可視化技術(shù)。

3 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域

3.1 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策支持

近年來(lái)，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的推進(jìn)，人們意識(shí)到農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)提供的海量信息將為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植決策提供科學(xué)依據(jù)，并有利于農(nóng)戶發(fā)展精準(zhǔn)生產(chǎn)，減輕“市場(chǎng)中信息不對(duì)稱帶來(lái)的深切痛楚”。因此，更多的學(xué)者或企業(yè)致力于利用大數(shù)據(jù)技術(shù)為種植者提供決策方案。國(guó)外農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)結(jié)合，幫助農(nóng)場(chǎng)主生產(chǎn)決策，類似應(yīng)用較為成熟且取得了良好的效益。迪爾（Deer）公司、孟山都公司、先鋒（Pioneer）公司都已廣泛使用農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)[15]，這些系統(tǒng)助力農(nóng)業(yè)資源利用、作物育種、農(nóng)田和肥料管理等。還有學(xué)者利用C4.5算法分別建立了雨季和旱季的決策樹，模擬如何在泰國(guó)北部地區(qū)選擇作物種植來(lái)達(dá)到環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的平衡。

國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究不多見。薛文龍等[16]利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，以土壤肥力預(yù)警為例，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)安全預(yù)警體系。齊魯[17]利用企業(yè)級(jí)WebGIS構(gòu)建平臺(tái)ArcGIS Server，開發(fā)了適合壽光區(qū)域土壤條件的蔬菜安全生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)。天津市無(wú)公害研究中心開展“大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的放心菜基地效益分析模型”研究，依托天津市放心菜質(zhì)量安全監(jiān)管平臺(tái)，利用聚類分析、關(guān)聯(lián)分析、決策樹挖掘等分析方法，對(duì)基地800萬(wàn)條數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，構(gòu)建蔬菜生產(chǎn)企業(yè)效益分析模型[18]。

3.2 農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警

大數(shù)據(jù)技術(shù)推動(dòng)了農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)預(yù)警在監(jiān)測(cè)內(nèi)容和對(duì)象、數(shù)據(jù)快速獲取技術(shù)、信息智能處理和分析技術(shù)、信息表達(dá)和服務(wù)技術(shù)等方面的創(chuàng)新[3]。目前，國(guó)家和各省市都開展了農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，積累了相當(dāng)數(shù)量的信息數(shù)據(jù)，為農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格預(yù)警工作奠定了基礎(chǔ)。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所搭建的中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在機(jī)理分析過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了仿真化與智能化，做到了覆蓋中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)上的953個(gè)主要品種，可以實(shí)現(xiàn)全天候即時(shí)性農(nóng)產(chǎn)品信息監(jiān)測(cè)與信息分析，用于不同區(qū)域不同產(chǎn)品的多類型分析預(yù)警。

4 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)在全國(guó)的實(shí)踐

4.1 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策平臺(tái)

山東省科技廳立項(xiàng)支持建立“渤海糧倉(cāng)科技示范工程大數(shù)據(jù)平臺(tái)”，促進(jìn)糧食的增產(chǎn)增效?！盎诖髷?shù)據(jù)的山東省小麥、玉米主要蟲害特征數(shù)據(jù)采集與預(yù)警平臺(tái)建設(shè)”，為抵御因蟲害降低糧食產(chǎn)量，找到治理蟲害的duice提供科學(xué)依據(jù)[19]?！笆锥嫁r(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心”開展大數(shù)據(jù)技術(shù)研究與應(yīng)用，旨在為政府涉農(nóng)部門以及首都農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)，提供數(shù)據(jù)支撐和服務(wù)[20]。北京精禾大數(shù)據(jù)科技有限公司開發(fā)的“遙感、模型、算法驅(qū)動(dòng)型精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)”，為農(nóng)戶提供從種到收的40多個(gè)主要生產(chǎn)精準(zhǔn)決策。

4.2 質(zhì)量安全追溯平臺(tái)

京東與科爾沁牛業(yè)聯(lián)合打造全流程追溯體系，科爾沁牛業(yè)利用區(qū)塊鏈技術(shù)將智能化生產(chǎn)線的產(chǎn)品數(shù)據(jù)與京東供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)的數(shù)據(jù)打通，用戶掃描二維碼，即可知產(chǎn)品來(lái)源牛場(chǎng)及屠宰加工、倉(cāng)儲(chǔ)物流配送等信息。天津農(nóng)學(xué)院設(shè)計(jì)開發(fā)“肉雞生產(chǎn)監(jiān)測(cè)與產(chǎn)品質(zhì)量可追溯平臺(tái)”，實(shí)現(xiàn)了肉雞從生產(chǎn)、屠宰加工、冷鏈儲(chǔ)運(yùn)到銷售所有環(huán)節(jié)信息的可追溯，保證肉雞產(chǎn)品安全。

4.3 農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)

海南省基于Hadoop分布式文件系統(tǒng)和并行計(jì)算方法設(shè)計(jì)的“大數(shù)據(jù)背景下海南農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格分析平臺(tái)”，針對(duì)海南農(nóng)產(chǎn)品歷史價(jià)格信息及氣候或自然災(zāi)害等影響價(jià)格波動(dòng)的因素進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，并預(yù)測(cè)未來(lái)幾天的價(jià)格波動(dòng)趨勢(shì)，從而達(dá)到價(jià)格預(yù)警的作用，為相關(guān)部門提供決策支持[21]。重慶商投建立了重慶市農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)協(xié)同創(chuàng)新中心和重慶市農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)共享、建立數(shù)據(jù)模型、進(jìn)行可視化展示等方面，進(jìn)行全方面的數(shù)據(jù)建設(shè)，致力于解決農(nóng)貿(mào)行業(yè)供需匹配與食品安全的困局。

4.4 綜合信息服務(wù)平臺(tái)

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)建成“農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用云平臺(tái)”，平臺(tái)整合權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的宏觀經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、畜牧業(yè)、氣象等相關(guān)涉農(nóng)數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)資源互助共享、價(jià)格監(jiān)測(cè)、專題分析、企業(yè)地圖可視化、企業(yè)信用監(jiān)測(cè)定制等功能。南京市農(nóng)業(yè)委員會(huì)基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，整合資源，提煉分析數(shù)據(jù)，構(gòu)建知識(shí)庫(kù)，創(chuàng)建智慧農(nóng)業(yè)中心，推進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)業(yè)智慧管理中的應(yīng)用[22]。天津市以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)為手段，探索搭建“三農(nóng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)”，致力于政務(wù)管理。上海市推進(jìn)建設(shè)全市統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)公共信息化平臺(tái)，旨在精準(zhǔn)化控制重要農(nóng)業(yè)信息[23]。遼寧省12316平臺(tái)，建立全方面的信息服務(wù)體系，能夠迅速感知三農(nóng)焦點(diǎn)熱點(diǎn)，為全省農(nóng)民提供多維度的農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)。

北京市農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所開發(fā)“‘農(nóng)科云農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺(tái)”，為農(nóng)戶提供方便、快捷、高效的農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈管理服務(wù)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)主體只需要注冊(cè)賬號(hào)登錄平臺(tái)，便可以享受從產(chǎn)前生產(chǎn)指導(dǎo)，到產(chǎn)中決策管理，再到產(chǎn)后銷售服務(wù)的一條龍涉農(nóng)信息服務(wù)[24]。國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心與思遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)共同設(shè)計(jì)開發(fā)了“農(nóng)保姆”管理系統(tǒng)，并于2017年6月上線，該系統(tǒng)以思遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)社會(huì)化服務(wù)模式為原型，分別開發(fā)了社員版和社長(zhǎng)版手機(jī)APP，其中農(nóng)保姆APP（社員版）包括農(nóng)學(xué)院、微農(nóng)、標(biāo)準(zhǔn)化種植和個(gè)人中心四大板塊，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化種植學(xué)習(xí)、在線提問(wèn)、經(jīng)驗(yàn)分享等功能[25]。

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[25]作者不詳.思遠(yuǎn)“農(nóng)保姆”線上農(nóng)業(yè)服務(wù)系統(tǒng)正式上線[EB/OL]. （2017-06-15）[2018-08-06].http：//www.sohu.com/a/149019818_279663.