昌吉州农业农村大数据平台研究与设计

李 芳 刘 琳 杜传鹏 李子涵 王春莉 林世明，2*

（1昌吉学院信息工程学院，新疆昌吉 831100；2厦门大学信息学院（特色化示范性软件学院），福建厦门 361000）

近年来，我国高度重视农村互联网技术的发展，强调要发展数字经济，建立数字化物联网络，加快数字中国建设[1-2]。农业是昌吉州的基础产业和优势产业，在国家一系列政策指导和资金支持下，昌吉州依靠自身区域优势，通过大规模引进、吸收、研发和推广先进生产技术，同时引进大量高层次顶尖人才，农业现代化、数字化水平取得了显著提高。

随着信息技术的飞速发展，我国农业现代化和数字化取得了重大成果，大数据和农业的全面融合是未来农业生产、农业市场、农业管理的必然趋势，同时也将成为未来农业现代化建设的重要因素[3]。在农业现代化背景下，本文针对昌吉州农业大数据建设中存在的问题进行分析，同时制定出契合昌吉州的发展目标和建设计划，激发昌吉州农业大数据的活力，在新常态下推动昌吉州农业现代化和数字化的进程，为我国在“十四五”时期进一步推进数字农业农村建设、提升数字化农业生产能力、推动现代农业高质量全面发展提供必要经验[3-4]。

1 国内外发展背景

美国视大数据为提高美国竞争力的关键性因素，将大数据研究提高到国家战略层面，利用大数据打造精准农业，例如将大数据引入农业生产，同时使用智能化农机，农民可通过移动设备管理农场，甚至可以精准掌握土壤湿度、环境温度和农作物生长状况等，大大提高了农业管理的精确性；英国从2013年起便高度重视大数据与农业生产的联系，并专门启动了“农业技术战略”；法国利用政企合作，大力推动大数据在农业方面的应用；德国则由企业研发现代化的数字农业技术；日本政府预留了大量预算，用于推动AI技术在现代农业中的应用[5]。

我国政府部门按照《“十三五”全国农业农村信息化发展规划》要求，大力推动我国农业现代化建设，争取将农业农村信息化水平提升至50%，基本实现农村信息化由起步阶段向推进阶段的过渡。同时，我国政府还提出要大力发展高科技农业技术，引领我国农业信息化迈上新的台阶，进一步提高农业科技转化率[6]。

2 昌吉州数字农业农村发展现状及面临的问题

2.1 发展现状

2.1.1 昌吉州数字农业农村总体处于快速发展阶段。目前，昌吉州依托昌吉州国家农业科技园，已组建10个科研机构、25个科研团队和全国棉花产业联盟，为农业大数据提供科技支撑。卫星导航自动驾驶、高效节水灌溉、水肥一体化等科技手段日益深入昌吉州农业生产，智能灌溉、植保无人机智能喷洒等先进技术在新疆农业生产中得到广泛应用，促进了农业规模化、集约化经营，降低了生产成本，增产增收效果明显。

2.1.2 昌吉州特色农产品电商平台发展迅速。村民直播让农产品“e”路畅销的同时，各工作队牵线搭桥，助力农产品搭上“网销快车”。昌吉州各县市依托“互联网+农产品出村入市”的理念，与各大快递物流公司合作，推进“仓储、配送一体化”模式，实现物流网络下乡，提供上门收发货服务，进一步畅通电商下乡“最后一公里”。

2.1.3 高效种养业数字技术应用水平初见成效。近年来，新疆某畜牧公司不断加强养猪数字农业建设，通过物联网设备的应用，建成园区养猪场的自动投料系统、环境控制系统及相关监控系统，实现养猪场的数字化、在线管理；通过大数据的技术分析，为猪场生产经营提供最佳解决方案，使猪场管理更加规范化、标准化，实现生猪生产全过程的信息化管理、供应链金融互联网服务和农产品质量跟踪；实时观察猪舍环境，实现远程控制，推动养猪业从传统农业向现代农业跨越。

2.2 面临的问题

2.2.1 高素质农业生产经营人才短缺，专业农民教育体系尚未建立。当前，昌吉州农村优质人力资源严重流失，留守农民的文化水平不高，性别比例不协调，对互联网信息技术的理解和应用少，对现代农业生产的认识不足，影响了昌吉州数字农业的发展。另外，昌吉州还没有确立农业从业者教育制度，新型农民培育机构很少，很难在昌吉州培养现代职业农民。优质农业管理人员的不足，导致智能农业建设和发展严重缺乏内在动力。

2.2.2 智能化农业科研体系不完善，农业科技推广能力不足。首先，昌吉州还没有建立和形成农业科研体系和统一的组织部门，许多农业科研机构没有明确的科研分工、合作指导和沟通渠道，难以突破大型科研项目的系统性合作。其次，昌吉州对农业科研机构没有统一的指导和支持，科研成果的应用推广力度不够。目前，昌吉州许多农业科技体系的标准参数并不是根据规模化生产的数据确定的，致使许多科研成果无法应用和验证，导致一些智能农业科研成果体系精准度不够。

2.2.3 智慧农业基础设施落后，机械设备现代化程度低。目前，昌吉州大部分地区的农业基础设施落后，大型现代化农机设备较少。部分地区软环境建设不足，农业数据分散存储、格式不一、标准不一，导致资源利用率低[7]。大部分动植物种养设施只能用来保温和提供光亮，大多数区域农业设施只有农业灌溉，且灌溉设备也只有简单的水渠。

3 昌吉州发展数字农业农村的规划分析

加快昌吉州农业农村的大数据、智能化和信息化基础体系建设，形成万物互联、人机交互的总体化农业资源网络体系；逐步建成全昌吉州的数据共享交换网络，实现标准化、规格化和一体化的数据共享资源中心；建成政府和市场融合共享的大数据产业生态，初步实现农业农村治理体系和治理能力现代化。农业大数据体系架构如图1所示。

图1 农业大数据体系架构

3.1 明确昌吉州数字农业农村建设总体目标任务

昌吉州数字农业农村建设将农业农村部、中央网络安全和信息化委员会办公室印发的《数字农业农村发展规划（2019—2025年）》作为总体目标任务，明确了到2025年数字农业农村建设取得重要进展，有力支撑数字乡村战略实施的思路。昌吉州数字农业农村建设以提升农业数字经济为目标，建立健全农业和农村经营决策支持技术体系，以构建数字农业和农村服务平台体系为主要内容。

实现上述总体目标任务，最重要的是要实现农业生产经营可视化管理。为此，一方面要做到经营网络化，积极引进知名电子商务企业进驻昌吉州农业领域，与本地农业平台融合，促进本地农业电子商务综合平台和服务站创新建设，推动优质农产品的销售；另一方面要做到管理数据化，对农产品从种植、生产、库存、销售全流程实现农业数据标准化、统一化管理，促进跨部门协同作业，提高部门信息的实时性与准确性。集成农业过程中的数据以可视化的形式展示给用户，并利用互联网技术提供技术指导和全程服务。

3.2 加强昌吉州数字农业农村资源结构建设

3.2.1 以数字产业化为发展主线构建基础数字资源体系平台。在大数据时代，“数据即资产”的理念早已流行。建设基于智慧化种植、自动化追溯、网络化销售、立体化服务、智能化决策的农业和农村大数据平台是昌吉地区发展数字农业农村的首要任务。在昌吉州现有的产业结构上，充分利用先进的数据采集、管理和存储技术，构建农业资源综合大数据系统。将采集的外部各类资源大数据统一进行汇总、归档分类，形成统一的农资管理平台、农村综合产权交易平台、农机信息化平台、动物检疫电子平台等多种数字资源管理平台。将各个平台的资源汇总上传，从而实现一个数据中心各个数据系统互联互通的效果，且更好地实现各种农业资源台账数据的动态管理、数据分析和服务共享，为农业生产、经营、管理和服务提供智能解决方案。

3.2.2 以各平台资源数据为基础构建统一完备的数据中心。随着计算机技术的不断发展，数据库和数据集成功能不断强大。目前，国外包含农业科学数据资源的数据平台主要有联合国粮食及农业组织（FAO）数据平台、美国农业部（USDA）数据平台、全球农业研究与发展信息共享体系数据平台、欧盟农业信息共享基础设施数据平台等。国内农业数据平台主要有国家农业科学数据共享中心、林业科学数据中心等。在这些平台的指导引领下，构建统一完备的数据中心，对打通昌吉州农业领域的数据壁垒和信息孤岛，实现数据的互联互通、农业农村生产服务的“一网通办”“一网统管”等具有重要意义。数据中心的实现路径大致如下：先将各平台上传的资源数据从数据采集、异构数据转换、分类编码、数据管理、资源共享等环节制定严格统一的标准，实现全昌吉州农业资源数据的有效采集和有机整合；将各平台采集到的数据，按照需要进行合理选择，实现数据格式及数据结构的转换，转换后的数据进入数据分类与编码模块；数据分类与编码模块将实现农业资源数据格式的统一，按照农业资源分类与编码规则进行分类与编码，形成有类别编码，系统带有类别编码的数据进入信息管理模块；信息管理模块接收到带有类别编码的数据后，通过类别编码与信息管理系统中的专题数据库代码进行匹配，匹配成功后，按照类别编码入库（图2）[9]。数据中心囊括了农业资源、生产、市场数据以及农村管理数据、公共数据等不同类别的数据。

图2 农业资源数据采集与整合方法的架构

3.3 加强昌吉州数字农业农村的内涵建设

研究数字农业农村的相关问题，首先要明确数字农业农村的内涵。2019年，中共中央办公厅、国务院办公厅发布了《数字乡村发展战略纲要》，详细阐述了“数字乡村”的内涵，即“数字乡村是伴随网络化、信息化和数字化在农业农村经济社会发展中的应用，以及农民现代信息技能的提高而内生的农业农村现代化发展和转型进程，既是乡村振兴的战略方向，也是建设数字中国的重要内容”。可以看出，数字农业农村的基础是数字化和信息技术的发展及其在农业生产和农村生活中的广泛应用。就数字乡村的内涵来看，数字农业农村建设可集中体现在生产经营数字化和管理服务数字化两个方面。

3.3.1 生产经营数字化。昌吉州农业经营存在业务管理不规范、销售经营理念缺失和信息化条件匮乏等问题，阻碍了当前信息化和智能化条件下的农业发展。为了使昌吉州农业具有更好的发展态势，生产经营数字化建设势在必行。通过系统建设来推进数字化改造，先对昌吉州农业市场进行调研和技术可行性论证，经过选择比较确定技术路线后进行开发设计，然后进行测试调整[10]。整体技术研究流程如图3所示。

图3 技术研究流程

3.3.2 管理服务数字化。由于农业数字资源的分散，一体化数据获取能力不强、覆盖率低。为了消减城乡网络差距，形成万物互联、人机交互的一体化网络服务空间，农业大数据管理服务综合平台采用分布式架构设计的云服务模式，具体如图4所示。首先，进行大数据采集存储。虽然数据存储方式和数据类型不同，但大多数属于结构化数据，故可以通过MPP和Hadoop的HDSF进行数据存储；也可以采用REDIS、Gemfire等进行实时数据的采集和交换，并可以通过Kafka消息队列进行连接，同时使用ETL工具对数据进行集成和调度。对采集到的源数据可使用kettle ETL工具整理生成基础资源库。其次，在应用服务中，采用Poratal认证技术，实现多平台登录，为农户提供了多重选择[11]。

图4 农业大数据管理服务综合平台

3.4 创新平台数字化服务，进一步实施乡村振兴战略

从乡村振兴战略开始实施到现在，学者们就如何进行乡村振兴提出了各种观点。通过对总体文献的梳理，并结合昌吉州本地农业特点，乡村振兴发展可以大致归结为以下三方面内容。

3.4.1 人居环境整治系统。与人居环境改善行动相结合，开展深入调查和定期监测，收集相关数据，建立农村人居环境数据库。发动群众参与农村人居环境共治、共享活动，降低农村人居环境监管成本，拓宽农村人居环境投诉举报渠道，帮助政府主管部门提高问题处置效率，有效提升农村人居环境服务质量和水平，进一步优化农村人居环境，推动美丽宜居乡村建设。

3.4.2 集体资产管理系统。依据农村集体产权制度改革，实现农村集体资产的在线监管与在线公示，为乡村振兴注入强大的内生动力。

3.4.3 重点项目管理系统。建立重点项目管理模块，对村镇重点农业项目规划、建设、管理进行全流程跟踪，并将建设完成的效果图（图5）进行展示。

图5 重点项目管理模块效果图

4 对策与展望

4.1 对策

大数据化农业不仅是中国农业现代化进程的必经之路，也是中国农业产业布局调整、结构优化升级的具体体现。针对我国大数据农业发展过程中面临的网络基础设施差、大数据人才缺乏、大数据共享和法律保障机制不完善等问题，提出以下建议。

4.1.1 进一步加大投入，加强农村基础设施建设，完善网络配套服务设施。近年来，中央和各级党委、政府高度重视“三农”工作，在财政方面给予大力支持，但与农业和农村发展的需要相比，仍然是杯水车薪。因此，必须根据农业和农村发展的需要及农民的迫切要求，进一步增加资金投入的总量，明确资金投入重点，提高资金使用效率。

4.1.2 不断提高农民大数据意识，培养专业农民，大力推广农业大数据共享开放，培养和塑造推动农业现代化发展的新型农民。加强全方面、多方式、手段灵活的新型农民培训，突出农村劳动力转移阳光工程、绿色证书、新型农民培训、农村实用技术人才和远程科技教育五大培训，为提高农民综合素质和就业能力作出贡献，培养一批具有大数据意识的农村领导人才。

4.1.3 全面完善法律保护机制，出台相应的数据版权保护规定，规范相关部门签署数据使用协议。各类农业大数据共享平台有责任和义务保护农业大数据安全，要通过合法、正规的手段收集农业大数据，建立相应的保护机制，在收集农业大数据时侵犯了相关人员的隐私后应采取相应的补偿措施。

4.1.4 加速推动农业产业化经营，提升农业综合生产力。增强优秀企业的领头羊作用，鼓励农业产业化经营。通过基础设施的改善、土地流转的推动以及发展合作机构，促使农业出产达到机械化水平。有了规模化的经营、机械化的生产、系统化的运作、制度化的保障，农业现代化也就为期不远了。

4.2 展望

现如今，全世界农业大数据化的迅速崛起，为中国的农业大数据化带来了繁荣发展的机会。虽然我国在农业大数据化方面还存在很多问题，但只要紧紧围绕农业大数据这一时代主旋律，坚定不移地向前走，积极调动广大劳动群众的积极性，对国外的经验有取其精华、去其糟粕的态度，加大对农业大数据化的重视和投资，我国的农业大数据化定能走向新的辉煌。