昌吉州農業農村大數據平臺研究與設計

李 芳 劉 琳 杜傳鵬 李子涵 王春莉 林世明，2*

（1昌吉學院信息工程學院，新疆昌吉 831100；2廈門大學信息學院（特色化示范性軟件學院），福建廈門 361000）

近年來，我國高度重視農村互聯網技術的發展，強調要發展數字經濟，建立數字化物聯網絡，加快數字中國建設[1-2]。農業是昌吉州的基礎產業和優勢產業，在國家一系列政策指導和資金支持下，昌吉州依靠自身區域優勢，通過大規模引進、吸收、研發和推廣先進生產技術，同時引進大量高層次頂尖人才，農業現代化、數字化水平取得了顯著提高。

隨著信息技術的飛速發展，我國農業現代化和數字化取得了重大成果，大數據和農業的全面融合是未來農業生產、農業市場、農業管理的必然趨勢，同時也將成為未來農業現代化建設的重要因素[3]。在農業現代化背景下，本文針對昌吉州農業大數據建設中存在的問題進行分析，同時制定出契合昌吉州的發展目標和建設計劃，激發昌吉州農業大數據的活力，在新常態下推動昌吉州農業現代化和數字化的進程，為我國在“十四五”時期進一步推進數字農業農村建設、提升數字化農業生產能力、推動現代農業高質量全面發展提供必要經驗[3-4]。

1 國內外發展背景

美國視大數據為提高美國競爭力的關鍵性因素，將大數據研究提高到國家戰略層面，利用大數據打造精準農業，例如將大數據引入農業生產，同時使用智能化農機，農民可通過移動設備管理農場，甚至可以精準掌握土壤濕度、環境溫度和農作物生長狀況等，大大提高了農業管理的精確性；英國從2013年起便高度重視大數據與農業生產的聯系，并專門啟動了“農業技術戰略”；法國利用政企合作，大力推動大數據在農業方面的應用；德國則由企業研發現代化的數字農業技術；日本政府預留了大量預算，用于推動AI技術在現代農業中的應用[5]。

我國政府部門按照《“十三五”全國農業農村信息化發展規劃》要求，大力推動我國農業現代化建設，爭取將農業農村信息化水平提升至50%，基本實現農村信息化由起步階段向推進階段的過渡。同時，我國政府還提出要大力發展高科技農業技術，引領我國農業信息化邁上新的臺階，進一步提高農業科技轉化率[6]。

2 昌吉州數字農業農村發展現狀及面臨的問題

2.1 發展現狀

2.1.1 昌吉州數字農業農村總體處于快速發展階段。目前，昌吉州依托昌吉州國家農業科技園，已組建10個科研機構、25個科研團隊和全國棉花產業聯盟，為農業大數據提供科技支撐。衛星導航自動駕駛、高效節水灌溉、水肥一體化等科技手段日益深入昌吉州農業生產，智能灌溉、植保無人機智能噴灑等先進技術在新疆農業生產中得到廣泛應用，促進了農業規?；?、集約化經營，降低了生產成本，增產增收效果明顯。

2.1.2 昌吉州特色農產品電商平臺發展迅速。村民直播讓農產品“e”路暢銷的同時，各工作隊牽線搭橋，助力農產品搭上“網銷快車”。昌吉州各縣市依托“互聯網+農產品出村入市”的理念，與各大快遞物流公司合作，推進“倉儲、配送一體化”模式，實現物流網絡下鄉，提供上門收發貨服務，進一步暢通電商下鄉“最后一公里”。

2.1.3 高效種養業數字技術應用水平初見成效。近年來，新疆某畜牧公司不斷加強養豬數字農業建設，通過物聯網設備的應用，建成園區養豬場的自動投料系統、環境控制系統及相關監控系統，實現養豬場的數字化、在線管理；通過大數據的技術分析，為豬場生產經營提供最佳解決方案，使豬場管理更加規范化、標準化，實現生豬生產全過程的信息化管理、供應鏈金融互聯網服務和農產品質量跟蹤；實時觀察豬舍環境，實現遠程控制，推動養豬業從傳統農業向現代農業跨越。

2.2 面臨的問題

2.2.1 高素質農業生產經營人才短缺，專業農民教育體系尚未建立。當前，昌吉州農村優質人力資源嚴重流失，留守農民的文化水平不高，性別比例不協調，對互聯網信息技術的理解和應用少，對現代農業生產的認識不足，影響了昌吉州數字農業的發展。另外，昌吉州還沒有確立農業從業者教育制度，新型農民培育機構很少，很難在昌吉州培養現代職業農民。優質農業管理人員的不足，導致智能農業建設和發展嚴重缺乏內在動力。

2.2.2 智能化農業科研體系不完善，農業科技推廣能力不足。首先，昌吉州還沒有建立和形成農業科研體系和統一的組織部門，許多農業科研機構沒有明確的科研分工、合作指導和溝通渠道，難以突破大型科研項目的系統性合作。其次，昌吉州對農業科研機構沒有統一的指導和支持，科研成果的應用推廣力度不夠。目前，昌吉州許多農業科技體系的標準參數并不是根據規?；a的數據確定的，致使許多科研成果無法應用和驗證，導致一些智能農業科研成果體系精準度不夠。

2.2.3 智慧農業基礎設施落后，機械設備現代化程度低。目前，昌吉州大部分地區的農業基礎設施落后，大型現代化農機設備較少。部分地區軟環境建設不足，農業數據分散存儲、格式不一、標準不一，導致資源利用率低[7]。大部分動植物種養設施只能用來保溫和提供光亮，大多數區域農業設施只有農業灌溉，且灌溉設備也只有簡單的水渠。

3 昌吉州發展數字農業農村的規劃分析

加快昌吉州農業農村的大數據、智能化和信息化基礎體系建設，形成萬物互聯、人機交互的總體化農業資源網絡體系；逐步建成全昌吉州的數據共享交換網絡，實現標準化、規格化和一體化的數據共享資源中心；建成政府和市場融合共享的大數據產業生態，初步實現農業農村治理體系和治理能力現代化。農業大數據體系架構如圖1所示。

圖1 農業大數據體系架構

3.1 明確昌吉州數字農業農村建設總體目標任務

昌吉州數字農業農村建設將農業農村部、中央網絡安全和信息化委員會辦公室印發的《數字農業農村發展規劃（2019—2025年）》作為總體目標任務，明確了到2025年數字農業農村建設取得重要進展，有力支撐數字鄉村戰略實施的思路。昌吉州數字農業農村建設以提升農業數字經濟為目標，建立健全農業和農村經營決策支持技術體系，以構建數字農業和農村服務平臺體系為主要內容。

實現上述總體目標任務，最重要的是要實現農業生產經營可視化管理。為此，一方面要做到經營網絡化，積極引進知名電子商務企業進駐昌吉州農業領域，與本地農業平臺融合，促進本地農業電子商務綜合平臺和服務站創新建設，推動優質農產品的銷售；另一方面要做到管理數據化，對農產品從種植、生產、庫存、銷售全流程實現農業數據標準化、統一化管理，促進跨部門協同作業，提高部門信息的實時性與準確性。集成農業過程中的數據以可視化的形式展示給用戶，并利用互聯網技術提供技術指導和全程服務。

3.2 加強昌吉州數字農業農村資源結構建設

3.2.1 以數字產業化為發展主線構建基礎數字資源體系平臺。在大數據時代，“數據即資產”的理念早已流行。建設基于智慧化種植、自動化追溯、網絡化銷售、立體化服務、智能化決策的農業和農村大數據平臺是昌吉地區發展數字農業農村的首要任務。在昌吉州現有的產業結構上，充分利用先進的數據采集、管理和存儲技術，構建農業資源綜合大數據系統。將采集的外部各類資源大數據統一進行匯總、歸檔分類，形成統一的農資管理平臺、農村綜合產權交易平臺、農機信息化平臺、動物檢疫電子平臺等多種數字資源管理平臺。將各個平臺的資源匯總上傳，從而實現一個數據中心各個數據系統互聯互通的效果，且更好地實現各種農業資源臺賬數據的動態管理、數據分析和服務共享，為農業生產、經營、管理和服務提供智能解決方案。

3.2.2 以各平臺資源數據為基礎構建統一完備的數據中心。隨著計算機技術的不斷發展，數據庫和數據集成功能不斷強大。目前，國外包含農業科學數據資源的數據平臺主要有聯合國糧食及農業組織（FAO）數據平臺、美國農業部（USDA）數據平臺、全球農業研究與發展信息共享體系數據平臺、歐盟農業信息共享基礎設施數據平臺等。國內農業數據平臺主要有國家農業科學數據共享中心、林業科學數據中心等。在這些平臺的指導引領下，構建統一完備的數據中心，對打通昌吉州農業領域的數據壁壘和信息孤島，實現數據的互聯互通、農業農村生產服務的“一網通辦”“一網統管”等具有重要意義。數據中心的實現路徑大致如下：先將各平臺上傳的資源數據從數據采集、異構數據轉換、分類編碼、數據管理、資源共享等環節制定嚴格統一的標準，實現全昌吉州農業資源數據的有效采集和有機整合；將各平臺采集到的數據，按照需要進行合理選擇，實現數據格式及數據結構的轉換，轉換后的數據進入數據分類與編碼模塊；數據分類與編碼模塊將實現農業資源數據格式的統一，按照農業資源分類與編碼規則進行分類與編碼，形成有類別編碼，系統帶有類別編碼的數據進入信息管理模塊；信息管理模塊接收到帶有類別編碼的數據后，通過類別編碼與信息管理系統中的專題數據庫代碼進行匹配，匹配成功后，按照類別編碼入庫（圖2）[9]。數據中心囊括了農業資源、生產、市場數據以及農村管理數據、公共數據等不同類別的數據。

圖2 農業資源數據采集與整合方法的架構

3.3 加強昌吉州數字農業農村的內涵建設

研究數字農業農村的相關問題，首先要明確數字農業農村的內涵。2019年，中共中央辦公廳、國務院辦公廳發布了《數字鄉村發展戰略綱要》，詳細闡述了“數字鄉村”的內涵，即“數字鄉村是伴隨網絡化、信息化和數字化在農業農村經濟社會發展中的應用，以及農民現代信息技能的提高而內生的農業農村現代化發展和轉型進程，既是鄉村振興的戰略方向，也是建設數字中國的重要內容”?？梢钥闯?，數字農業農村的基礎是數字化和信息技術的發展及其在農業生產和農村生活中的廣泛應用。就數字鄉村的內涵來看，數字農業農村建設可集中體現在生產經營數字化和管理服務數字化兩個方面。

3.3.1 生產經營數字化。昌吉州農業經營存在業務管理不規范、銷售經營理念缺失和信息化條件匱乏等問題，阻礙了當前信息化和智能化條件下的農業發展。為了使昌吉州農業具有更好的發展態勢，生產經營數字化建設勢在必行。通過系統建設來推進數字化改造，先對昌吉州農業市場進行調研和技術可行性論證，經過選擇比較確定技術路線后進行開發設計，然后進行測試調整[10]。整體技術研究流程如圖3所示。

圖3 技術研究流程

3.3.2 管理服務數字化。由于農業數字資源的分散，一體化數據獲取能力不強、覆蓋率低。為了消減城鄉網絡差距，形成萬物互聯、人機交互的一體化網絡服務空間，農業大數據管理服務綜合平臺采用分布式架構設計的云服務模式，具體如圖4所示。首先，進行大數據采集存儲。雖然數據存儲方式和數據類型不同，但大多數屬于結構化數據，故可以通過MPP和Hadoop的HDSF進行數據存儲；也可以采用REDIS、Gemfire等進行實時數據的采集和交換，并可以通過Kafka消息隊列進行連接，同時使用ETL工具對數據進行集成和調度。對采集到的源數據可使用kettle ETL工具整理生成基礎資源庫。其次，在應用服務中，采用Poratal認證技術，實現多平臺登錄，為農戶提供了多重選擇[11]。

圖4 農業大數據管理服務綜合平臺

3.4 創新平臺數字化服務，進一步實施鄉村振興戰略

從鄉村振興戰略開始實施到現在，學者們就如何進行鄉村振興提出了各種觀點。通過對總體文獻的梳理，并結合昌吉州本地農業特點，鄉村振興發展可以大致歸結為以下三方面內容。

3.4.1 人居環境整治系統。與人居環境改善行動相結合，開展深入調查和定期監測，收集相關數據，建立農村人居環境數據庫。發動群眾參與農村人居環境共治、共享活動，降低農村人居環境監管成本，拓寬農村人居環境投訴舉報渠道，幫助政府主管部門提高問題處置效率，有效提升農村人居環境服務質量和水平，進一步優化農村人居環境，推動美麗宜居鄉村建設。

3.4.2 集體資產管理系統。依據農村集體產權制度改革，實現農村集體資產的在線監管與在線公示，為鄉村振興注入強大的內生動力。

3.4.3 重點項目管理系統。建立重點項目管理模塊，對村鎮重點農業項目規劃、建設、管理進行全流程跟蹤，并將建設完成的效果圖（圖5）進行展示。

圖5 重點項目管理模塊效果圖

4 對策與展望

4.1 對策

大數據化農業不僅是中國農業現代化進程的必經之路，也是中國農業產業布局調整、結構優化升級的具體體現。針對我國大數據農業發展過程中面臨的網絡基礎設施差、大數據人才缺乏、大數據共享和法律保障機制不完善等問題，提出以下建議。

4.1.1 進一步加大投入，加強農村基礎設施建設，完善網絡配套服務設施。近年來，中央和各級黨委、政府高度重視“三農”工作，在財政方面給予大力支持，但與農業和農村發展的需要相比，仍然是杯水車薪。因此，必須根據農業和農村發展的需要及農民的迫切要求，進一步增加資金投入的總量，明確資金投入重點，提高資金使用效率。

4.1.2 不斷提高農民大數據意識，培養專業農民，大力推廣農業大數據共享開放，培養和塑造推動農業現代化發展的新型農民。加強全方面、多方式、手段靈活的新型農民培訓，突出農村勞動力轉移陽光工程、綠色證書、新型農民培訓、農村實用技術人才和遠程科技教育五大培訓，為提高農民綜合素質和就業能力作出貢獻，培養一批具有大數據意識的農村領導人才。

4.1.3 全面完善法律保護機制，出臺相應的數據版權保護規定，規范相關部門簽署數據使用協議。各類農業大數據共享平臺有責任和義務保護農業大數據安全，要通過合法、正規的手段收集農業大數據，建立相應的保護機制，在收集農業大數據時侵犯了相關人員的隱私后應采取相應的補償措施。

4.1.4 加速推動農業產業化經營，提升農業綜合生產力。增強優秀企業的領頭羊作用，鼓勵農業產業化經營。通過基礎設施的改善、土地流轉的推動以及發展合作機構，促使農業出產達到機械化水平。有了規?；慕洜I、機械化的生產、系統化的運作、制度化的保障，農業現代化也就為期不遠了。

4.2 展望

現如今，全世界農業大數據化的迅速崛起，為中國的農業大數據化帶來了繁榮發展的機會。雖然我國在農業大數據化方面還存在很多問題，但只要緊緊圍繞農業大數據這一時代主旋律，堅定不移地向前走，積極調動廣大勞動群眾的積極性，對國外的經驗有取其精華、去其糟粕的態度，加大對農業大數據化的重視和投資，我國的農業大數據化定能走向新的輝煌。