韓 沙,馬德新
(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)漫與傳媒學(xué)院,山東 青島 266109)
隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及和大量信息的爆發(fā),現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)系也越來(lái)越密切,將現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新思維相結(jié)合,需要利用大數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行農(nóng)業(yè)內(nèi)部許多信息和項(xiàng)目的篩選及分析,大數(shù)據(jù)開(kāi)始滲透到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)。中國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),擁有龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著各種計(jì)算機(jī)傳感設(shè)備和農(nóng)業(yè)科技的普及應(yīng)用,農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)來(lái)源渠道更加廣泛、涉及的范圍更廣。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)本身具有體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、模態(tài)變化、實(shí)時(shí)性和高相關(guān)性的特點(diǎn)。大數(shù)據(jù)已在或?qū)⒃谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)各環(huán)節(jié)中發(fā)揮巨大作用,因此,利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)相關(guān)應(yīng)用研究,具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。本研究采用文獻(xiàn)綜述法,概述了國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的研究進(jìn)展,分析了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用方向,指出了目前發(fā)展存在的問(wèn)題與挑戰(zhàn),以期為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展提供參考。
農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù),即大數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合,是大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的一種趨勢(shì)。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)必然要融合農(nóng)業(yè)自身的一些特點(diǎn),比如周期性和季節(jié)性。利用大數(shù)據(jù)能夠?qū)r(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、存儲(chǔ)、計(jì)算和應(yīng)用。其中,云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域內(nèi)給予支持,而在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)大數(shù)據(jù)所彰顯出的儲(chǔ)存和管理價(jià)值,對(duì)于農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分析意義顯著,使得農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)表現(xiàn)出巨大的價(jià)值。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)在拓展和深化的過(guò)程中完成了高精密度的篩選,農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用使農(nóng)業(yè)信息流動(dòng)得到了擴(kuò)展和深化[1]。目前,農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)被應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理、農(nóng)業(yè)資源利用、農(nóng)業(yè)市場(chǎng)等領(lǐng)域。雖然大數(shù)據(jù)方面的文章已較多,但是研究農(nóng)業(yè)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的文章卻較少,還需進(jìn)一步拓展。
以中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)的中文報(bào)刊網(wǎng)絡(luò)出版圖書(shū)館作為數(shù)據(jù)源,搜索策略為主題=“農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)”進(jìn)行模糊檢索,從2013 年起,截至2019 年,共搜索了3 274 份相關(guān)文獻(xiàn),如圖1 所示。從圖1 可以看出,隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)信息化重視程度的加深,農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)開(kāi)始成為研究的熱點(diǎn),相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量也隨之增長(zhǎng)。
圖1 國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量
孫忠富等[2]結(jié)合農(nóng)業(yè)的實(shí)際特點(diǎn),提出了大數(shù)據(jù)在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)發(fā)展需求中的一些建議。張浩然等[3]指出雖然農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的研究剛起步,但是大量科研人員致力于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的優(yōu)化,在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的采集、集成、存儲(chǔ)和處理等關(guān)鍵技術(shù)中取得了進(jìn)步,但仍然存在異構(gòu)性、實(shí)時(shí)性和挖掘能力上的挑戰(zhàn)。溫孚江[4]希望借助農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略意義,從協(xié)同機(jī)制出發(fā),把控農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的多學(xué)科性。許世衛(wèi)[5]主要研究了大數(shù)據(jù)在農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)預(yù)警方面的應(yīng)用,重點(diǎn)研究了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展進(jìn)程,并且在實(shí)時(shí)化和可視化角度進(jìn)行了有關(guān)論述。李道亮等[6]認(rèn)為,大數(shù)據(jù)的未來(lái)發(fā)展方向必然與農(nóng)業(yè)人工智能和農(nóng)業(yè)精確篩選有關(guān),智能化的信息處理將使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更為便捷。李秀峰等[7]論述了農(nóng)業(yè)信息服務(wù)的技術(shù)創(chuàng)新將有助于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展。王文生等[8]將農(nóng)業(yè)信息化現(xiàn)狀與農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)采集方法分析相結(jié)合,考慮了未來(lái)的大數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)應(yīng)用主要集中在準(zhǔn)確的農(nóng)業(yè)決策領(lǐng)域和國(guó)家農(nóng)村綜合信息查詢領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用,同時(shí)還包含農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、農(nóng)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)等方面。孟祥寶等[9]在闡述農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的概念和特點(diǎn)的同時(shí),從服務(wù)、管理、應(yīng)用、技術(shù)和資源5 個(gè)關(guān)鍵方面對(duì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)SMART 應(yīng)用架構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì),重點(diǎn)把控智能分析的作用,這將成為大數(shù)據(jù)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)典型方向,對(duì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化具有一定的指導(dǎo)意義。郭承坤等[10]提出多學(xué)科數(shù)據(jù)整合和農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)作為重點(diǎn)研究方向。引用次數(shù)較多的文獻(xiàn)研究?jī)?nèi)容分類如表1 所示。從表1 中可以看出,被引用數(shù)量較多的有關(guān)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)中,主要內(nèi)容包括大數(shù)據(jù)及農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的相關(guān)概念介紹、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景展望。
表1 國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)文獻(xiàn)研究?jī)?nèi)容分類
在 Web of Science 上以“agriculture big data”為關(guān)鍵詞檢索,2013—2019 年共有相關(guān)文獻(xiàn)288 篇,如圖2 所示。從圖2 可以看出,農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)作為研究關(guān)注的熱點(diǎn)之一,各國(guó)隨著研究力度加大以及相關(guān)政策的支持,研究文獻(xiàn)數(shù)量呈逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
圖2 國(guó)外農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量
Wolfert 等[11]研究提出,農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的重要影響,是大數(shù)據(jù)未來(lái)發(fā)展不可忽略的一個(gè)發(fā)展分支。Bendre 等[12]研究了大數(shù)據(jù)在天氣預(yù)報(bào)方面給精細(xì)農(nóng)業(yè)帶來(lái)的影響。Waga 等[13]重點(diǎn)關(guān)注降雨、風(fēng)、溫度等環(huán)境條件數(shù)據(jù),并利用特定的云計(jì)算分析工具從中獲取一些有意義的信息,使農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)用于戰(zhàn)略性和成功的農(nóng)業(yè)。Coble 等[14]指出了未來(lái)探測(cè)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)來(lái)源的重要性。Zhang等[15]詳盡闡述了大數(shù)據(jù)未來(lái)分層領(lǐng)域內(nèi)所面臨的挑戰(zhàn),并且給出了一些建議。Fan 等[16]概括和闡述了大數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的覆蓋關(guān)系。Carolan[17]在農(nóng)場(chǎng)管理決策時(shí)利用大數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)行業(yè)人員的訪談表明,人們對(duì)于涉及銷售和推廣大規(guī)模數(shù)據(jù)采集、預(yù)測(cè)分析軟件和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)應(yīng)用的精確方面很支持,對(duì)于建立糧食系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的期望很高。Griffin 等[18]介紹了精細(xì)化農(nóng)業(yè)中利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化,這同樣也是大數(shù)據(jù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。引用次數(shù)較多的文獻(xiàn)研究?jī)?nèi)容分類如表2 所示。
從以上分析中可以看出,國(guó)外對(duì)于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的研究涉及方面比較廣泛,大多數(shù)通過(guò)實(shí)際案例來(lái)說(shuō)明精細(xì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用,研究?jī)?nèi)容包括算法、具體應(yīng)用等,內(nèi)容比較具體。
對(duì)國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行了多次探索,將農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用進(jìn)行歸類(表3)。如美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家,對(duì)于大規(guī)模的農(nóng)場(chǎng)采用大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)工具改善農(nóng)場(chǎng)管理體系,利用采集和上傳到云端的農(nóng)場(chǎng)土壤、氣象、生產(chǎn)等數(shù)據(jù)管理農(nóng)場(chǎng),一些大數(shù)據(jù)平臺(tái)和移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用提高了管理的精確性[19]。從國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)看,王麗娟等[20]分析了中國(guó)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域。李瑾等[21]設(shè)計(jì)了通用型的集設(shè)計(jì)原則、思路、框架及功能模塊于一體的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。文燕[22]構(gòu)建了以Hadoop 作為重點(diǎn)的計(jì)算機(jī)研究核心和中心領(lǐng)域模塊,HDFS 和HBase 為完善的大數(shù)據(jù)可靠存儲(chǔ)及篩選管理平臺(tái)模塊,從而為完善并及時(shí)探索大數(shù)據(jù)信息,拓展農(nóng)業(yè)信息領(lǐng)域和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展建設(shè)有效的平臺(tái)。
在傳統(tǒng)的優(yōu)良作物品種培育過(guò)程中,不僅耗費(fèi)大量資金和人力,而且可能需要很長(zhǎng)時(shí)間,但大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用將加快這一過(guò)程。大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的興起使得傳統(tǒng)的育種數(shù)據(jù)管理方法無(wú)法應(yīng)對(duì)大規(guī)模育種的需要,針對(duì)此現(xiàn)狀,岳媛等[23]就實(shí)際育種問(wèn)題進(jìn)行數(shù)據(jù)平臺(tái)的探索和研究,為各育種單位和個(gè)人開(kāi)展育種服務(wù)提供了解決方案。大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)育種上的應(yīng)用使育種專家可以在資料數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選優(yōu)質(zhì)基因片段,對(duì)新品種展開(kāi)生物調(diào)查,獲得適宜且優(yōu)良的品種,同時(shí)還能高效確定適宜區(qū)域,為進(jìn)行品種的抗性表現(xiàn)鑒定提供方便。
大數(shù)據(jù)在畜牧業(yè)中的應(yīng)用主要包括禽蛋處理信息、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)信息和食品質(zhì)量安全信息,其中對(duì)于市場(chǎng)信息和服務(wù)信息的摘錄也是比較全面的[24]。趙爾平等[25]專門(mén)對(duì)西藏當(dāng)?shù)氐男竽翗I(yè)集中數(shù)據(jù)篩選進(jìn)行了研究,包括對(duì)現(xiàn)有的氣象條件、草原生物害蟲(chóng)、集中性的農(nóng)場(chǎng)信息和冰雪自然災(zāi)害等進(jìn)行記錄,從而提出了一種具有融合性的大數(shù)據(jù)解決框架,將智能農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代畜牧業(yè)和獸醫(yī)學(xué)研究的基礎(chǔ)。可以看出,智能農(nóng)業(yè)已成為現(xiàn)代畜牧業(yè)和獸醫(yī)學(xué)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
表2 國(guó)外農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)文獻(xiàn)研究?jī)?nèi)容分類
表3 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用
智能農(nóng)業(yè)機(jī)械具有智慧指揮調(diào)度、提高作業(yè)水平等功能,大數(shù)據(jù)在農(nóng)機(jī)作業(yè)上的應(yīng)用主要有作業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)采集和處理、定位導(dǎo)航、智能測(cè)畝、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與管理[26]。李瑾等[27]認(rèn)為,在目前的互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中,農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)仍然存在創(chuàng)新力不足的問(wèn)題,如智能化水平不高、農(nóng)業(yè)管理實(shí)體能力不足、產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平低,為加速融合提出了相關(guān)建議。因此,有必要加快促進(jìn)精細(xì)化農(nóng)業(yè)與機(jī)械智能化領(lǐng)域的結(jié)合。
大數(shù)據(jù)引領(lǐng)智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn),可以進(jìn)行有效的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè),以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化操作。傳感器和遙感衛(wèi)星的使用可以檢測(cè)作物的生產(chǎn)環(huán)境,從而感知作物的生產(chǎn)。全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)GPS 的導(dǎo)航能力正在與其他的工業(yè)領(lǐng)域和技術(shù)領(lǐng)域密切結(jié)合,而生產(chǎn)者也可以根據(jù)農(nóng)作物的追蹤流量和控制設(shè)備需求,逐漸實(shí)現(xiàn)對(duì)于土地投資的合理微調(diào),監(jiān)測(cè)農(nóng)田狀況,實(shí)現(xiàn)智能化農(nóng)田環(huán)境管理。在這種方式的指導(dǎo)下,相關(guān)的農(nóng)業(yè)氣候?yàn)?zāi)害不僅可以得到規(guī)避和科學(xué)有效的控制措施,而且可以有效地指導(dǎo)種植方式,使作物穩(wěn)定增產(chǎn),提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。利用氣象大數(shù)據(jù)還可以預(yù)知更長(zhǎng)時(shí)間的氣象情況,減少損失[28]。
食品安全是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn),從農(nóng)田到顧客的農(nóng)產(chǎn)品跟蹤過(guò)程有利于顧客掌握產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程,減少污染和增加收益,對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品的食品安全監(jiān)督管理也提出了更高的要求。使用農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)從工廠到桌面的每個(gè)環(huán)節(jié)的跟蹤。農(nóng)產(chǎn)品的食品健康安全監(jiān)測(cè)不容忽視,監(jiān)測(cè)和預(yù)警都必須要快速分布于農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和領(lǐng)域的各個(gè)溝通環(huán)節(jié),從源頭上把控食品安全領(lǐng)域保障食品安全的各項(xiàng)措施。劉楊等[29]設(shè)計(jì)了食品安全數(shù)據(jù)智能架構(gòu),針對(duì)食品安全編碼和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行重新整合,把握良性的食品安全大數(shù)據(jù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)各個(gè)地區(qū)和不同層級(jí)的食品安全數(shù)據(jù)融合及管理應(yīng)用。
大數(shù)據(jù)領(lǐng)域與農(nóng)業(yè)休閑領(lǐng)域和旅游領(lǐng)域的結(jié)合,推動(dòng)了服務(wù)業(yè)智能化的發(fā)展,陳冬生[30]指出在休閑領(lǐng)域內(nèi)結(jié)合完善的數(shù)據(jù)共享技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)休閑農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的快速共享和查詢。
農(nóng)業(yè)市場(chǎng)大數(shù)據(jù)可以對(duì)市場(chǎng)價(jià)格信息、物流信息、質(zhì)量安全信息等進(jìn)行宏觀預(yù)測(cè),對(duì)市場(chǎng)價(jià)格、供求趨勢(shì)等進(jìn)行分析。農(nóng)業(yè)市場(chǎng)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以引導(dǎo)政府機(jī)構(gòu)宏觀調(diào)控農(nóng)業(yè)的市場(chǎng)走勢(shì),政府指導(dǎo)價(jià)格。中國(guó)亟需農(nóng)民使用的APP 來(lái)方便農(nóng)民查詢農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格、供求、銷售等信息,因此,開(kāi)發(fā)適合農(nóng)民使用的終端是農(nóng)業(yè)市場(chǎng)走向發(fā)展前沿的重要步驟。
1)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的使用沒(méi)有大范圍推廣。大數(shù)據(jù)雖然已經(jīng)在農(nóng)業(yè)行業(yè)找到了出路,為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了機(jī)會(huì),但是還存在一些挑戰(zhàn)。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的獲取受環(huán)境限制,用于收集所有農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)信息的工具和機(jī)器還比較昂貴,大部分農(nóng)場(chǎng)還未普及使用。如果規(guī)模大的農(nóng)場(chǎng)能夠通過(guò)使用大數(shù)據(jù)來(lái)最大限度地提高效率,那可能會(huì)使規(guī)模較小的農(nóng)場(chǎng)很難經(jīng)營(yíng)。
2)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)束縛農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展。農(nóng)民收集各種指標(biāo)和信息是有好處的,但實(shí)際使用該數(shù)據(jù)還存在困難,農(nóng)民如何確定數(shù)據(jù)的有效性是需要解決的問(wèn)題。農(nóng)民在生產(chǎn)方式、管理方式上經(jīng)驗(yàn)化嚴(yán)重,保守性突出,傳統(tǒng)觀念的束縛會(huì)延緩農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。
3)數(shù)據(jù)獲取處理能力較低。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的來(lái)源涉及到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面,大規(guī)模的數(shù)據(jù)是支撐農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)揮重要作用的關(guān)鍵[31]。因此,深入拓展農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的使用,并且在數(shù)據(jù)采集共享,數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理和數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn),通過(guò)創(chuàng)新提升數(shù)據(jù)獲取和分析的綜合能力。