农业科研信息化及其对农业科研模式的影响

2015-05-06郭雷风

山东农业科学 2015年3期

郭雷风

摘要：信息技术飞速发展对各行各业都产生了深刻影响。农业科研是推动农业发展的引擎，应当充分利用现代信息技术，创新农业科研手段、方法、模式，提升农业科技创新能力。本文在对科研信息化进行阐述的基础上，介绍了农业科研信息化的内涵、发展历程，对农业科研信息化的发展方向进行了思考，描述了信息化支撑下的5种农业科研创新模式。

关键词：农业科研；农业科研信息化；农业科研模式

中图分类号：S126文献标识号：A文章编号：1001-4942（2015）03-0148-06

Agricultural Research Informatization and

Its Influence on Agricultural Research Model

Guo Leifeng1， Wang Wensheng1， Liu Shihong1， Guo Man2

（1.Agricultural Information Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Digital Agricultural

Early-Warning Technology， Beijing 10081，China；2.Torch High Technology Industry Development Center，Bejing 100081，China）

AbstractThe rapid development and popularization of information technology produced a profound influence on every walk of life. Agricultural research is the engine to promote agricultural development. We should make full use of modern information technology， innovate agricultural research means， methods and modes， and improve the innovation capability of agricultural science and technology. This paper gave a brief introduction about e-Science and elaborated the connotation， developing course of the agricultural research， and then gave thought to the development prospect of agricultural research informatization. At last， five innovation models of agricultural research under information technology and platform were described.

Key wordsAgricultural research； Agricultural research informatization； Agricultural

随着科学技术的发展，农业领域的科学研究问题空前复杂化，科学研究对象不再是一个简单的孤立系统，大规模、跨学科、协同式、交互性的科研需求不断增强。农业科学研究已由过去的简单对象向复杂问题转变，由单一科研手段向多样化综合手段转变，由小范围封闭式的科学研究方式向跨领域大团队协同方式转变[1]。农业科研的深度和广度不断拓展，农业科研活动所要解决的问题更加复杂化和系统化。

与此同时，高速互联网、云计算、物联网、大数据等信息技术和产品的快速发展，催生了更为泛在、便捷、普惠的信息化应用模式，带动我国工业、社会、科技信息化等取得了一系列的突破性进展。

如何借助现代信息技术，创新农业科研方法、理念和模式，适应现代农业科研需求，推动农业科研持续创新，越来越成为广为关注的话题。本文在前人研究的基础上，进一步对农业科研信息化的内涵、发展阶段、发展方向以及信息化支撑下农业科研模式进行论述，以期对农业科研信息化发展和建设提供帮助。

1科研信息化

信息技术、理论与方法的飞速发展及广泛应用，对社会生活、经济发展、科学研究、文化教育等领域都产生了深刻的影响，表现在各个领域呈现出不同以往的行为模式创新，如社会信息化、教育信息化、农业信息化、医疗信息化、军事信息化等，具体到科研领域，就是科研信息化。科研信息化是科学研究在信息时代出现的新模式，它对当代科学的各个方面产生了极大的影响，使当代科学出现了许多新的特点。

早在2000年，英国国家研究总局主任约翰·泰勒（John Taylor）在全球首次正式提出e-Science计划。e-Science项目一经提出便受到各国学术界的广泛推崇，以至于e-Science已经成为众多国家科学研究信息化的代名词。

E-Science主要强调全球范围内基于Internet的分布式大规模合作研究，以及能够支持这种合作研究的下一代基础体系架构，依托此基础设施构建适合科学研究的应用平台。基于网格技术的科研环境建设是e-Science发展的主要模式[2]。网格技术主要是利用互联网把分散在不同地理位置上的计算、存储、通信、软件、信息等多个资源进行全面连通和统一分配、管理及协调。如美国NSF投巨资建设了Tera Grid环境，以40 G bps的带宽连接了美国圣地亚哥超级计算中心（SDSC）、国家超级计算应用中心（NCSA）、加州理工学院（Caltech）和阿贡实验室（ANL）这4个拥有大量计算资源和数据资源的节点。欧盟系统，由欧洲核子中心CERN牵头建立的世界上最大的国际网格系统EGEE（The Enabling Grids for E-science），由法国国家科研中心CNRS牵头建设一个分布式的万亿次规模的超级计算机系统DEISA（Distributed European Infrastructure for Supercomputing Applications）等等。中国教育科研网格（ChinaGrid）至今已整合了全国十三个省市、二十所重要高校的大量网格资源，聚合计算能力超过每秒16万亿次，存储容量超过170 TB，成为世界上最大的超级网格之一。endprint

E-Science重点关注大型仪器设备、高性能计算资源的互联、互通与共享，代表了科研信息化的一个重要方面，然而，科研协同、科研过程信息支持等也是科研信息化的重要组成部分。相比较而言，e-Research侧重于信息技术对研究过程与研究活动的支持，以及信息技术为科学研究所提供的新的可能性及方法，是对e-Science的重要补充。

可以将科研信息化概况为e-Science + e-Research，指采用最新的信息技术建立的新一代的电子基础设施，并在此基础上提供信息化的科学研究环境，扩展科学研究方法、手段及应用等。其主要包括3个层次的含义：一是跨地区的科研人员能够通过宽带网络共享研究仪器和工具，共享高性能计算资源，实现各种资源协同利用；二是研究人员借助信息化科研软件和基础设施服务，建立起相互依赖和互信的协同研究关系，进而协同开展数据挖掘、模拟、分析与整合；三是利用领域特定的研究工具，如可视化工具、仿真软件和交互工具等，研究人员能够开展更具建设性的研究实践活动[3]。

2农业科研信息化

科研信息化是信息社会的存在方式及发展必然，是信息化在科研领域的抽象表述。经过多年发展，科研信息化不断向各个领域延伸和拓展，推广应用到农业科研领域，即形成了农业科研信息化。

2.1农业科研信息化的内涵

农业科研信息化是实例化的科研信息化，是科研信息化的重要组成部分。就农业科研本身来讲，农业科研信息化不是取代传统的农业科研方法，而是通过一系列信息化技术、平台和服务来促进和改善科研环境和过程，创新农业科研的思路和模式。孟宪学认为，农业科研信息化是在农业科学研究和管理的各个环节上，广泛应用现代信息技术，实现农业科学研究环境和科学研究活动的高度信息化，农业科学研究的领域与方法得到促进、支持、扩展和延伸，大幅度提高研究工作和管理工作的能力，促进农业各学科建设和发展，加快出成果、出人才和成果转化的速度，最终全面提高农业科研的水平和效率的整个过程[4]。

根据农业科研涉及的内容，可以将农业科研信息化分为三个方面，即农业科研活动信息化、农业科研管理信息化和农业科研服务信息化。

2.1.1农业科研活动信息化农业科研活动是指农业科研人员针对农业领域的实际问题进行的一系列现状调研、数据收集、数据分析的过程。农业科研活动信息化主要是指信息化的工具、应用、系统等在农业科研过程中不断使用、渗透的过程，使得农业科研方法、模式等发生巨大变化，农业科研效率大幅度提高。比如：采用高性能的数据处理技术，提高农业科研数据的分析能力和水平；利用遥感以及传感器技术，实现农业研究对象数据的动态、实时采集；构建虚拟科研协作平台，实现远程、异地的农业科研协作等。

2.1.2农业科研管理信息化开展农业科学研究需要人员、经费、项目、仪器设备等资源要素支持。现代农业科学研究日益复杂，围绕农业科研的项目申报、项目验收、成果鉴定等工作占据了科研人员大量的宝贵时间，亟需采用信息化手段提高科研资源管理效率。农业科研管理信息化旨在综合运用创新的管理理念和先进的信息技术，对农业科研相关的人力、资金、项目、成果、科研基础条件等资源及管理流程进行整合与优化，构建有效的资源管理信息系统和决策支持系统，优化农业科研资源配置，实现决策依据科学化、资源配置最优化、管理工作协同化、工作流程规范化、信息资源共享化，提高农业科研管理的科学性、预见性，从而为整个农业研究系统提供高效的支撑。

2.1.3农业科研服务信息化农业科研服务是指面向农业科研活动而提供的一系列情报服务、资源服务、咨询服务、知识服务等的统称。农业科研服务信息化是信息化技术和手段在农业科研服务中具体应用，包括建立集数据处理、成果汇交共享于一体的农业科研情报分析平台，有效支撑农业科研的方向性、战略性、全局性的宏观决策、规划与管理；建立数字化的农业科技文献资源服务与保障平台，满足农业科研人员不断增长的科技文献服务需求；建设开放的、多层级的综合农业科研创新知识服务平台，提升农业科研知识管理和信息服务水平。

2.2农业科研信息化的发展阶段

美国著名信息化系统专家诺兰（Richard L Nolan）在深入研究信息化历程的基础上，提出了著名的诺兰模型，即对于一个行业或一个国家或地区来说，信息化大体要经历起步、蔓延、控制、集成、数据管理和成熟这样六个发展阶段，各阶段互有联系不能跳跃。中国农业科研信息化经历了起步阶段、蔓延阶段、控制阶段，目前正处于从控制阶段向集成阶段转变的关键时期。

2.2.1起步阶段20世纪80年代初到90年代末是我国农业科研信息化的初始阶段。1981年中国建立了第一个计算机农业应用研究机构——中国农业科学院计算中心，引进了FELIXC-512系统进行农业科学技术和统计分析，计算机在中国农业科研领域首次投入应用。之后，基于计算机的数据处理技术、科技文献保障、数据库资源建设等不断出现，如80年代建成的饲料营养数据库，90年代建成的种质资源数据库，90年代研发的小麦、玉米专家系统等。截至20世纪90年代末期，我国互联网快速发展，农业科研信息化模式发生了重大变化。农业科研人员已经逐渐认识到计算机给农业科研带来的种种改变，经历了相对较长时间的摸索，尝试在农业科研活动中利用计算机解决一些问题。

2.2.2蔓延阶段20世纪90年代中期，中国启动了一系列“金字工程”的信息化建设，与此同时中国互联网建设开始。1997年中国农业科学院接入Internet，中国农业科学院院网、中国农业科技信息网等一系列重要农业科研网站开通。21世纪初期，e-Science概念提出并逐渐扩散到农业科研领域，学者对我国农业科研信息化发展和省级农业科研信息化平台建设进行探讨[4～8]。这一阶段，信息化应用的重要性日益突现并获得了广大农业科研人员认可，各单位对信息化建设的投入逐渐增多，邮件、资源服务、数据库建设等农业科研信息化系统的应用越来越广泛。endprint

2.2.3控制阶段经历了蔓延阶段，农业科研中投入使用的应用系统越来越多，启动了一系列农业科研信息化建设的重大项目。但由于缺乏全局的考虑，农业科研信息化建设各自为政、重复投入，数据冗余、难以共享等问题越来越突出，部分农业科研单位着手统一信息化建设。以中国农业科学院为例，2010年院所信息化建设项目启动，旨在加强农业科技电子政务建设、信息服务体系建设，推进跨部门农业科研信息共享和业务协同；2012年成立院信息化工作领导小组，旨在处理好项目之间的关系，加强项目之间的衔接，提高资金使用效率；2014年院网络升级项目启动。面向全国农业科研信息化的服务平台也逐渐被人提及。

2.3农业科研信息化发展思考

2.3.1建立国家农业科研虚拟协同平台传统的小范围、封闭式的科学研究活动造成信息不能快速流动和充分共享，重复劳动、效率低下现象严重。农业科研活动分布范围广、涉及部门多，农业科研工作者之间的信息交流与沟通相对于其他领域更为困难。信息网络环境下，建立国家农业科研虚拟协同环境，实现远距离、大范围、跨区域的信息传输和交流，使不同机构、不同实验、不同研究小组的科研人员能够对特定的问题或研究领域进行广泛的交流，向农业科研人员提供个人信息管理、虚拟组织管理、协同工作管理、视频语音交流系统、主题资源共享和科研数据共享、学科化信息服务和用户需求互动服务等功能[9]。加强中国农业科学院等中央科研机构与地方科研机构间的纵向联系，中央、地方各科研机构间及科研人员之间的横向联系，不同研究领域农业科研人员之间的交叉联系，促进跨学科、大规模的科研合作，实现突破时间、空间、物理障碍的资源共享与协作，为农业科技协同创新提供重要保障[10]。

2.3.2建设国家农业科研大数据处理中心数据密集型科学研究，使得大数据分析处理技术在农业科研中占据了非常重要的位置。一方面，农业科学研究数据量巨大，以蛋白模拟参数计算为例，一周数据量约10 G，缺少有效的数据处理平台，很难取得重大农业科学问题的突破；另一方面，国家级的农业科研大数据处理中心的缺失，直接导致了大量原始农业科研数据外流，第三方的数据处理机构承担了农业科研数据处理的任务，数据安全难以保证，农业科研难以自主。因此，应该充分利用农业大数据技术发展的机会，建设国家农业科研大数据处理中心，创新农业科研方式，提高我国农业科研创新能力。重点从两个方面着手，一是面向生物信息学的基因计算、基因测序、生物模拟等高性能计算服务；二是面向农业遥感数据、农业传感数据、农业市场数据等的大数据分析处理服务。

2.3.3推动农业科技文献资源可持续发展科技文献资源为农业科研提供了重要知识保障，然而，由于现有的科研信息化技术、内容、系统等资源很大一部分是由国外创建、控制和掌握，比如大部分学术数据库都控制在西方公司和机构手里，为此每年我们要交纳数额巨大的使用费[11]。一方面，资金投入越来越多，很多科研实力较差的单位无法承担高昂的文献资源服务费用；另一方面，文献资源服务的覆盖范围难以保证，面向农业工程类、农业信息类、农业机械类等小学科的文献资源服务缺失。

推动农业科技文献资源可持续发展，提供订阅式、互动式的在线文献资源服务模式，减少科研人员在文献资源查找方面的时间投入，提高农业科研人员效率。重点关注以下两点：一是推动中国农业科研单位的机构知识库系统建设，实现知识资产的长期保存与共享，突破国外企业的文献资源垄断，用资源交换模式替代资源购买模式；二是建立国家文献资源共享服务机制，联合众多的农业类科研机构、高校等部门，实现资源的最大化共享，扩大农业科技文献资源覆盖面，提供面向农业工程、农业信息、农业机械等交叉性、综合性、跨学科、小学科的农业文献资源服务。

3农业科研模式创新

科研模式是在一定的科研理论指导下建立的比较稳定的科研理念、科研结构、科研方法和科研程序。信息化推动下，农业科研模式发生了重大变化，呈现出资源高度共享、远程虚拟协同、知识服务、数据驱动等特点。

3.1资源共享的农业科研

资源是农业科研活动的基础保障条件之一，不掌握数据资源和专用仪器设备，就不能从事基本的科学研究。然而由于经费投入等原因，农业科研资源分布不均，主要表现在国家级农业科研机构的资源充足，地方农业科研机构的资源相对薄弱；发达地区的农业科研机构科研资源充足，偏远地区的农业科研机构科研资源相对贫乏。

信息化支撑下的农业科研活动，资源远程共享、协同共享、交换共享、异地共享逐渐取代资源独占，成为农业科研的重要模式。特别是大型仪器设备，技术复杂、系统庞大、购置成本高、精密程度高，由专业管理团队维护，供农业科研人员使用，如高性能计算设备、卫星遥感设备等。就目前来讲，科研资源的异地、远程共享，实现了科研保障条件的均等化，满足了科研基础薄弱地区的农业科研需求，长远来看，科研资源共享可以大大提高其利用率。

3.2虚拟协同的农业科研

科研协同是农业科研的基本模式。当前，农业科学研究正在从微观和宏观两个方向上发展，农业科学研究的对象也大大超越了简单的孤立系统，面向大范围、多领域的复杂系统工程。在这种背景下，农业科学研究的学科形态、组织结构、科研数据的网络协同化需求异常强烈。

随着Internet的飞速发展，以网络为载体的虚拟科研协同成为主要形式。借助于互联网、移动网、物联网、传感网，服务于农业科研的高性能计算资源、海量科学数据库、科学数字图书馆、野外观测台站、大型科学装置、计算模拟的软件工具等，形成了支撑农业科研人员大范围交流协作的协同工作环境，跨学科、跨组织、跨地域的虚拟研究团队或者组织成为农业科学研究的基本单元，远程实验观测、计算模拟、协同工作等新的科研方法和手段成为农业科研的主要形式。

3.3知识服务的农业科研

科学研究是知识积累、知识汇聚、知识创新的过程。科研成果的多少取决于知识积累的程度。传统的农业科研主要依赖于图书馆提供资料检索、查询等服务，满足科研活动对知识的需求。随着科技的不断发展，科研创新需要的知识储备越来越多，任何一项研究需要多学科的知识交叉与融合，以知识服务为基础的科研活动成为一种趋势。endprint

信息化时代，集成、高效和个性化知识服务平台，越来越成为科研过程中不可或缺的组成部分[11]，基于网络环境的、共建共享的、可扩展的知识网络系统，提供超大规模的、分布式的、便于使用的、没有时空限制的、可以实现跨库无缝链接与智能检索的知识服务，充分利用移动化、智能化、个性化等信息技术，使农业数字图书馆信息服务逐渐走向高端，不仅提供原始的数据、信息服务，更提供数据分析、信息统计、知识挖掘等深层次、高附加值的知识服务。

3.4数据驱动的农业科研

科学研究的三大基本方法是理论、实验与计算。2007年图灵奖获得者、微软高级工程师Jim Gary 提出了“科学第四范式”——“数据密集型科学”，它的核心是以数据为中心，通过数据采集传输、数据保存与管理、数据分析与展示等三个基本活动流程实现数据密集型的科学发现[12]。

现代农业科研是数据驱动的科研，实验数据获取、存储、处理成为农业科研的主要形态，仿真和大规模的计算成为科学研究过程中分析、发现和预测的主要手段，数据处理能力越来越重要。特别是基因组学、蛋白质组学、生物信息学等新兴学科，计算能力的强弱直接决定了该领域科研水平的高低，农业科学研究已经进入了数据驱动的时代。

3.5科技推广一体化的农业科研

农业科学研究是为农业生产探索科学方法、解决科学问题和提供科技成果，农业科技推广则是将科技成果传递给农技人员和农民，应用于生产。由于我国农业科研与农技推广分属两个不同的体系，之间缺乏有效信息互通，农业科技成果的推广机制、传播渠道存在着的“两层皮”问题亟待解决。

信息化时代，利用物联网、云技术等现代信息技术，建立农业科研与推广一体化的信心服务平台，推进农业科研管理、资源整合和科技协作的信息化，实现农业科研与推广之间的互联互通，形成农业科研与农技推广有机衔接的“上下游”系统，有效解决农业科研单纯面向研究、脱离推广应用实际需求，为“专家+技术员+农民”的新型农业科研推广体系提供信息支撑。

4总结

当今世界，农业科技正孕育新的革命性突破，生物技术、信息技术等高新技术迅猛发展，带动并加快了农业科技创新的进程。应高度重视和发挥农业科研信息化的功能与作用，加大农业科研信息化建设的资金投入与支持力度，推动农业科技创新。

参考文献：

[1]许世卫.加速科研信息化提升科研创新能力[EB/OL]. http：//www.caas.net.cn，2012-09-05.

[2]宋琳琳.E-Science发展情况简介[J].图书馆学研究，2005（7）：21-23.

[3]顾小清，李雪.信息化科学研究及其教育应用综述[J].开放教育研究，2008，14（4）：15-21.

[4]孟宪学.关于我国农业科研信息化的思考[J].农业图书情报学刊，2002（2）：1-4，24.

[5]许世卫.构建农业科研信息化平台，促进农业科技创新[J].农业图书情报学刊，2005（12）：5-10.

[6]李秀峰.我国农业科研信息化工程总体设想[J].农业网络信息，2005（10）：32-36.

[7]苏小波，张巴克，丁建，等.江西农业科研信息化平台建设构想[J].江西农业学报，2008，20（6）：116-118.

[8]卫建强.关于构建山西农业科研信息化平台的思考[J].农业图书情报学刊，2007，19（4）：10-13.

[9]李娜.科研协同信息平台服务内容分析与服务体系构建[J].情报科学，2011，29（9）：1370-1373.