信息技术在农业中的应用与实践

陈凯

摘要： 《2006—2020年国家信息化发展战略》中提出了大力发展服务“三农”的信息服务的战略方针[1]。发展农业信息化，是我国现代化建设和实现乡村振兴战略的重要组成部分。随着信息技术快速发展，在我国的农业生产中得到了广泛应用，专家系统、人工智能技术、大数据技术、物联网、嵌入式技术正在促使传统农业的生产方式发生变革，成为提高农业生产力最有效的手段。通过信息技术升级农业生产，发展带动农业现代化。实践是检验真理的唯一标准。作为农业综合服务平台的软件开发工程师，结合本人实际工作经验和公开数据，本文着重论述了现今阶段信息技术在农业中的实际应用，以及当前农业信息化实践成果。

关键词：农业信息化;信息化实践;信息技术;农业现代化

1 信息技术在农业实践的发展

1.1农业信息化的早期发展

随着通用计算机“ENIAC”于1946年2月14日诞生，计算机技术开始兴起，飞速发展，最初是在美国等西方国家，随后才进入中国，随着国家改革开放，经济、工业、科技发展，信息产业和信息技术也得到了广泛应用和飞速发展。信息技术的应用领域越来越广泛。农业信息化也开始作为农业现代化重要的一环，开始发展起来。我国是农业大国，传统的农业向信息化农业发展的需求更加迫切。在我国农业现代化的进程中，计算机技术和信息技术也开始应用于农业生产。

在美国，应用农业信息化，可以追溯到20世纪50年代初。那时，用计算机处理线性规划等问题，得到一些美国的农业经济学家的首先应用。随后60年代，美国的农业科研和决策部门已经开始普遍使用计算机;到80年代，已经农业生产实现了计算机化、自动化。

我国的计算机研究起步晚于欧美，将计算机技术应用到农业上更晚于欧美，也导致我国的农业的信息化的发展起步较晚。直到70年代初期我国开始在农业中应用计算机，但是一直到80年代才有了比较好的发展。80年代初我国先在农业系统工程方面应用了计算机。农业信息化应用领域随着计算机应用技术的发展进步和大量农业应用软件的开发，便得到了不断扩展，现如今已包括从宏观的农业经济管理到微观的植物光合作用，几乎囊括了农业领域中的所有方面[2]。

1.2 现阶段信息技术在农业中的发展

过去信息技术在农业中一般作用只是提供信息服务，如通过搜索引擎查找相关资料、知识、交易数据等，在电子商务发展起来之后，也有农户开网店，利用网络的便利提高收入。如今计算机技术在农业中的应用更加广泛，从种植业、养殖业、畜牧业逐步的扩大到农牧业、渔业、林业，不再局限于数据、知识获取、科学研究。更是扩大到数据分析、生产管理。

信息技术在农业方面的应用，也从科学计算、数据管理逐渐发展到信息处理、实时控制以及通过计算机模拟技术实现农业模拟试验等。信息技术成为农业生产中非常重要的工具，并帮助农业生产活动获得更高的质量、效率以及效益。农业本身就是极其复杂且含有众多因素的庞大系统。即包括生产前，生产中，生产后，又包括农耕、养殖、畜牧，关系到经济、人文社会，也包含生态自然。

信息技术在农业上的常见应用领域，如数据整理、分析、自动化。这种应用领域体现为各种农业管理平台。常见的农业管理平台有为农服务平台、农资管理、作物管理、土地资源管理、畜牧家禽生产管理，农产品进销存、财务管理、自动化养殖、环境控制、环境监测、农业信息服务平台等。

随着计算机技术的应用范围的不断发展增加，领域越来越广泛，无论是在信息，数值的处理，还是在计算分析等方面都显示出巨大作用。已经成为现代信息技术发展的标志，其应用都可划分为数据分析，自动化控制、计算机模拟、数据整理、预测等方面。

1.3 信息技术在农业的未来发展趋势

信息技术发展已经进入了新的阶段，21世纪以来随着网络技术、多媒体技术、人工智能技术、物联网技术、大数据技术、云计算技术的迅速发展，信息技术的发展将走向了更高层次的专业化、集成化、规模化、数字化和全球化，这将给传统农业带来史无前例的技术革命。

信息技术在农业中进入了一个新的发展时期。可以通Geographic Information System（地理信息系統）、Global Positioning System（全球定位系统）和Remote Sensing（遥感技术）实现精确管理、精准种植。可以利用大数据分析各种条件对种植养殖生产的影响，对农业生产进行模拟，甚至是对农业活动进行预测预报。利用互联网，农业产业链和上下游厂商可以更高速的沟通、持续高效获得市场信息，于是农民就可以实时调整作物、养殖产品和生产、销售。避免盲目扎堆经营，产品互相碾压。

2 现阶段信息技术在农业中的应用

2.1 数据分析与数据整理

目前已经有了成熟的大数据处理环境，无论是Hadoop还是Spark都 提供了稳定且优秀的大数据技术支撑，以前人们在工作中同数据打交道的方式往往是进行各种各样的计算，计算机的出现提升了计算效率，而近年大数据技术，机器学习技术的高速发展，使人们摆脱了复杂的工作，不但实现了大量复杂数据的统计分析，更实现了在更高层次的抽象、归纳总结。使以前人工无法完成的数据处理，可以使用大数据技术来进行处理。如常用的多元回归，逐步回归，逐步判断，聚类分析等等。

得益于大数据技术的发展成熟，使这种海量的数据处理成为可能。

农业生产中农耕作业受大量条件影响，如天气、种肥、农药、土壤条件、灌溉、湿度、温度等条件的影响，可以把这些影响条件转换成相应的数据，通过大数据技术进行分析、处理，甚至可以进行预测，对未发生的问题提前提示农民采取措施，预防风险、提高农业收益。

过往的知识、经验作为数据录入系统中，使用大数据技术对前面的数据进行整理、回归分析、聚类等，通过这种方式总结规律，就可以建立有效的模型。得到模型后，再用模型分析当前的数据，就可以实现对农业生产的预测。不断对历史数据进行分析、整理，使模型越来越完善，分析的规律、预测的结果越来越精确。例如黑龙江省、浙江省、江苏省都利用大数据技术对病虫害的发生程度进行预测预报。提前施药，避免了损失。其中，浙江省通过数据分析仅1981、1985两年中，就增加经济效益达850多万元，这个系统就是通过使用系统分析方法和信息技术，来建立符合当地的情况特点的模型[3]。

2.2 计算机模拟试验

如今人工智能技术和专家系统的不断成熟，计算机对农业活动模拟和仿真越来越接近真實。在计算机化的农业管理中，农业模拟模型技术，涉及人工智能和模拟可视化技术，利用相应模型编制程序，输入给定条件，系统输出变化情况。例如，中国农业科学院智能农业研究室的《小麦-玉米连作智能决策系统研究》[4]（图1）。

使用计算机模拟技术建立一个作物模拟系统，用来模拟作物生长发育过程的，通过对种植条件的模拟，得出最佳的种植方案，如品种合理搭配、播期选择、经济效益和水、氮管理、温度湿度、土壤条件等，系统不但可以模拟出作物在各种条件下的生长状态、大小形状，还可以得到最佳收益方案。不仅是个模拟系统，更是一个决策系统，帮助农民选择最优解，大大提高了农业生产的经济效益。

2.3 农业管理自动化

自动化灌溉技术，如计算机控制滴灌和喷灌技术，运用计算机控制控制滴灌和喷灌。如今物联网技术、嵌入式技术也得到了充分的发展和广泛应用，运用了物联网技术和嵌入式技术的灌溉设备变得更加小型化和智能化。智慧灌溉（滴灌、喷灌），适用于园林绿化，农业灌溉等多种场景，精准化灌溉，即节水又节能。智慧灌溉系统中还包含土壤传感器获取土壤情况，气象检测系统，云数据处理系统。实时获取、实时检测数据，并对数据进行分析，实时调整灌溉方式，自动灌溉。还支持客户端下达指令，通过电脑、手机远程自动控制灌溉。

畜禽自动化养殖技术，畜禽养殖系统搭配各类传感器，也使用了物联网技术和嵌入式技术。系统可以远程采集养殖场的音频、视频和传感器发送的其他信息（空气、温度、湿度、监测水质）和监测畜禽的行为，实时监测养殖环境的信息，及时对异常情况进行报警，降低风险，避免损失。养殖管理系统中还存储着畜禽出生、死亡、生长、出售的数据和管理过程中所需的各种数据，通过对这些数据的整理、分析，可以预测交配、产仔、所需饲料、退化、最佳良种替代和销售等;还可根据存储数据进行商务分析、根据管理系统中的养殖数据、品种、品质、饲料和市场价格结合分析，还能得出畜禽的商业价值和经济效益。提高养殖业的收益水平。

自动化农业机械管理，可以帮助农民或农业合作社选用合适的农业机械，降低成本，通过自动化农业机械管理确定农机的折旧损耗。

农副产品加工方面也广泛地应用信息技术，比如饲料加工厂的混合饲料加工中心，使用计算机对20种混合饲料全部生产流程进行自动控制。在农产品仓库中使用计算机自动控制技术，大幅延长贮藏期。

3 农业信息化实践的工作经验

作为一名软件开发工程师，在最近3年参与开发了多个农业服务软件。主要有农业资源管理的《好收成农机社》《好收成农机手》、为农服务平台、合作社管理平台、土地资源平台、农资仓库管理平台。可见农业信息化实践中，依托于云服务技术的成熟发展，农业上云，使用云服务的主要方式是管理自动化和数据分析。

合作社管理平台：农耕作业管理，查看轨迹、面积、回放作业（图2）。

对农业机械、土地资源、农作物情况进行实时监控，历史数据管理、分析，辅助农业生产工作。物联网技术发展，使农业机械，卫星遥感和各类高精度的传感器的全面配合，每分每秒都有温度、湿度、深度、酸碱度等大量数据实时传输到服务器，基于TCP/IP协议族的MQTT（消息队列遥测传输）保障了高效的实时数据传输。对农业机械、作物、土地的实时监控，避免不必要的支出和损失。大数据技术Hadoop、Spark支撑了作业数据智能分析，预测作业情况，建议措施提醒，不但提高了农业产值。也提升了农事作业的效率，降低了成本。

在项目中对于农机、土地、作物的监控，利用Geographic Information System（地理信息系统）技术和Global Positioning System（全球定位系统）技术来对农业机械的作业、土地资源、作物情况实时监控、记录。实际的项目实现上数据库技术使用了PostgreSQL。PostgreSQL多年来在Geographic Information System（地理信息系统）领域处于优势地位，因为它有丰富的几何类型，实际上不止几何类型，PostgreSQL有大量字典、数组、bitmap 等数据类型。前端使用Leaflet来建设移动设备友好的互动地图，提供Geographic Information System（地理信息系统）服务，Leaflet是一个现代的、开源的 JavaScript 库。在计算机软、硬件的支持下，采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述地球表层（包括大气层）中的有关地理分布的数据。在这些技术的支持下，对于农机、土地、作物实时监控成为可能。不但可以实时查看当前情况，随着时间的推移，历史数据也在不断积累。量变到质变，通过海量据整理、分析实现了在更高层次的抽象、归纳总结，即可以对当前作业分析指导，也可以对可能发生的问题、病虫害进行提前预测、处理和提前预防。从而大大节省支出，减少农民损失，帮助提高农业收益。

最近还有一些先进的农业合作社，已经开始使用农业无人机进行植保作业。安徽省桐城市现代智慧农业产业园的智慧温室大棚在桐城有关部门积极扶持下，实现了物联网、水肥一体化、自动滴灌等新技术的高效利用，推动农业种植向现代化、智能化发展[5]。在2019年的农业机械展销会上，亲眼看到了无人驾驶的农业机械。可以看到农业信息化已经进入了一个全新阶段，一个新的发展时期。从亲身体验来说农业信息化高度自动化、智能化的未来已经越来越近了。

4 结论

从农业信息化实践来看，我国的农业信息化已经取得了很大进步。国家大力推广与发展农业信息化，在实践中已经取得了收益，提高了效益，但也存在许多问题，如农业从业人员信息技术能力不足，缺少专业技术人员，缺少适合于农民专门需要的软件等[6]。另一方面农业从业人员整体文化水平不高也限制了农业信息化的推进速度。

信息技术在农业中的应用是提高农业效益及实现农业现代化不可或缺的手段，农业信息化助力农业实现优产高产，帮助农民脱贫致富。

农业信息化的高速发展对我国农业的发展来说是机遇，也是挑战。我国的农业与发达国家相比，农业生产规模小、机械化水平低、农民文化素质较差，农业信息化的应用还处于基础阶段，还需要进一步提高。即需要计算机科学研究人员和开发人员共同努力促进信息技术发展，也需要农业体系升级，农业从业人员学习新技术新知识。推进农业现代化、加速发展农业信息化;加强投入、加强科研和大力发展信息技术、农业技术;加速发展的同时也要加强农业信息人才的培训，共同发展，更要加强农民运用信息技术的能力。当然这离不开发挥政府、科研部门和企业的支持。随着农业信息化的发展，农业收益的提高，助力农民脱贫致富，推进农业现代化，全面助力乡村振兴。

参考文献：

[1] 农业部. 农业部关于进一步加强农业信息化建设的意见[J]. 中国信息界， 2006（1）：92-95.

[2] 葛忠良. 计算机在农业领域中的应用[J]. 今日科技， 1992 （12）：7-7.

[3] 徐海轶. 计算机技术与农业信息化[J]. 农村实用科技信息， 2010（11）：56.

[4] 佚名. 小麦——玉米连作智能决策系统研究[J]. 农业科技通讯， 2003（1）：40.

[5] 江胜. 智慧农业助力乡村振兴 [N]. 人民日报，2020-11-17（6版）.

[6] 李道亮. 中国农村信息化发展报告[M]. 中国农业科学技术出版社， 2019.

【通联编辑：唐一东】