基于云计算的农业信息化优势分析

刘永波，唐江云，曹艳，胡亮，雷波

（四川省农业科学院农业信息与农村经济研究所，四川成都610066）

基于云计算的农业信息化优势分析

刘永波，唐江云，曹艳，胡亮，雷波

（四川省农业科学院农业信息与农村经济研究所，四川成都610066）

近年来，随着云计算的兴起和快速发展，云计算给农业信息化带来了新的契机。以云计算为核心的农业云服务模式对传统农业信息化模式造成巨大冲击，分析比较2种模式的优劣势并合理的选择使用，成为当前研究的重点。以农业云服务和传统农业信息化为研究背景，将云服务模型引入农业信息化平台建设中，探讨云服务在农业领域的应用方向，并从敏捷性、成本、准确度3个方面分析了云计算特点及其在农业信息化中的优势；同时对农业云服务模式下的应用前景做了进一步的展望。

云计算；农业信息化；智慧农业；云平台

传统的农业信息化是指以农业信息科学为理论指导，农业信息技术为工具，用信息流调控农业活动的全过程，以信息和知识投入为主体的可持续发展的新型农业。农业信息化既包括计算机技术，也包括微电子技术、通信技术、光电技术、遥感技术等多项技术在农业上普遍而系统的应用[1]。随着我国农业信息化水平提高，数据量急剧攀升、数据存储和查询需求越来越大，传统的服务器和数据库性能遇到了瓶颈，磁盘IO能力、服务器处理能力逐渐满足不了工作的要求。

近年来兴起的云计算模式为构建农业信息服务平台提供了新思路。云计算是2006年由谷歌CEO埃里克·施密特提出的新型服务模式，得到了国内外相关领域专家学者的极大关注[2]。云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用、便捷、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互[3]。作为一种新的IT资源提供模式，将云计算服务引入农业领域已经成为必然趋势。

1 云服务在农业领域的应用

根据我国农业信息化发展的特点，农业信息化的核心运用主要体现在：一是建设农业信息化平台，为农业生产提供理论指导；二是发展农业物联网技术，实现智慧农业。农业云计算的运用为信息化带来了大规模的数据存储能力和以时间和存储量收费的资源服务方式。在减少客户对硬件设备依赖的同时，扩充了设备计算能力，提升信息化运行效率。因此，云服务在农业领域的应用重点致力于以下几个方面。

1.1 基于云服务的海量农作物信息存储

早期的农业信息多为一些简单的文字和图片类信息，此类信息内容相对简单且更新慢。自农业信息化进入物联网时代，田间传感设备实时采集农作物信息，使得农业信息数据量呈井喷式增长，传统服务器存储方式已不能满足需求。云服务可将海量数据进行PB级的存储、处理、分析[4]。且云存储具有价格低廉、安全可靠、易于扩容的优点，为用户提供了数据挖掘的基础环境和能力。以腾讯云为例，1TB存储空间年费仅需151元，极大程度降低了信息化建设的门槛。

1.2 基于云计算的生物信息数据处理

在生物信息数据处理过程中，通常面对的序列数据高达几十个G甚至几百G[5]，处理如此庞大的数据量即使是高性能的服务器昼夜不停工作，有时也需要花上几天甚至30 d以上的时间。通过云计算的海量信息处理能力及弹性伸缩的优势，可最大程度集约化资源，用于处理生物信息数据。2015年中国农科院已经与阿里云等多家单位合作共同推动“云之稻项目”，承接数量庞大的3 000份水稻核心种质基因组测序工作[6]。

1.3 基于云计算的农业物联网解决方案

随着农业物联网的发展，土壤墒情采集、智能灌溉系统、自动化温室、智能饲料投放等传感设备的运用，农业生产中会产生大量的信息数据。但由于上网的条件和相应的操作技能有限[7]，仅凭农户的技术水平无法直接利用这些原始数据。农业专家也只有在定量分析的基础上才能做出准确的判断和决策，所以，农业生产过程管理需要智能化的大规模计算系统支持[8]。

引入云计算智能分析技术，农户只需购置少量远端自动化生产工具，无需独立的控制系统，就可以实现“云端”控制。远程控制、监控应用将成为田间地头的技术，农业生产过程智能化使得劳动力得到解放、生产力得到提升，进一步促进了农业发展[9]。云计算的实施对农业物联网的数据存储、分析、决策和指导有重要应用价值。

2 农业云服务模式与传统农业信息化的优势分析

2.1 云服务模式的敏捷性优势

在传统农业信息化模式下，搭建一套信息化平台，会涉及到采购设备、搭建机房、迁入网络等一系列工作，过程复杂且花费时间长。在云服务模式下，只需要一名熟悉计算机的人员，租用云服务空间，配置好系统环境，即可实现信息化平台的运行，部署时间仅需1 h，极大地提高了工作效率。

云服务所带来的敏捷性优势不仅仅体现在时间上。从部署时间、易扩展性、是否需要运维支持、数据迁移易用性、是否支持弹性计算等5个方面进行详细比较[10]，结果列于表1。

表1 传统信息化模式与云服务模式敏捷性对比

从表1可以看出，传统信息化模式受硬件设备的制约，不易扩展内存容量，也不易进行大规模数据迁移，同时还需要运维人员日常维护。云服务具有更强的敏捷性、灵活性，其特有的弹性计算能力更是避免了系统在峰值运行时的拥堵和在低流量时的浪费，有效合理分配了云端资源。在敏捷性、灵活性上传统信息化模式完全落后于云服务模式。

2.2 云服务模式的成本优势

目前国内外云服务平台层出不穷，要比较农业云服务器与传统服务器的价格优势，就需要了解各大云平台的资费状况。笔者以国内主流的阿里云、腾讯云、华为云、西部数码云为例[11]，收集了不同参数配置下云平台服务的价格。由表2可知，费用的大小是根据选择的配置高低而定；在相同配置下，因各个供应商擅长的领域不同，价格也存在一定的差距。

传统硬件服务器也会因配置的差异导致费用的变化。要比较二者的价格优势需选择同一配置水平做横向比较。分别以低端、高端2种配置为例，选择对应的服务器配置作为费用测算的目标。传统服务器的费用主要包含2个方面：一是初期购入硬件设备的费用（包括服务器、显示器、防火墙等）；二是运行时产生的费用（电费、宽带费、设备维护费等）[12]；服务器一般能保障正常工作的时间大约是5 a，因此，以5 a作为测算的时间标准。电费和宽带费用以当地资费为准，测算依据是根据服务器电源功率在24 h不间断运行情况下所消耗的电力。2种配置的成本测算如表3所示。

表2 国内云平台服务商报价

表3 硬件服务器预算统计

由图1，2可知，以设备使用5 a为前提，无论是采用低端还是高端配置的硬件服务器，在总费用上要高出采用云服务器费用12%～43%，对于个人用户或是企业用户而言都是一笔不小的开支。

若硬件设备使用在5 a以上甚至10 a，费用是否会比云服务器更加实惠呢？因设备运行过程中存在一定的不确定性，测算成本需要建立在一个理想的状态，即假定硬件服务器不会损坏。实际上，几乎所有的硬件产品保修期都在3 a以内，使用超过5 a以上的硬件因元件的耗损或多或少都会出现一些问题。如果将维护硬件的费用也算在成本内，费用会更高。由图3可知，硬件服务器初期投入费用高昂，搭建完成后每年费用主要来自运维，运行到一定年限后会因为硬件的损耗，维护费用逐年上升。相比较之下，云服务每年的费用固定，利于资金的计划和分配，总费用也要低于硬件服务器，云服务在成本控制上优势明显。

2.3 精度优势分析

随着农业传感设备的广泛运用，精准农业已在各个国家得到大力推广。传感设备的普及让各地的农田数据，如大棚温湿度、土壤墒情、天气信息等都源源不断地经过网络流入农业数据中心。猪、奶牛等动物联合育种网络平台和健康养殖信息管理系统的应用整体提升了畜产品安全生产管理水平[13]。但由于传统农业信息平台的局限性，大量的农田数据只是得到了保存却没有真正利用起来。直到农业云服务的诞生，云服务为精准农业提供了强大的云端计算能力，在云计算模式下将数据与农业专家研究的各种专业模型和算法相结合，就能为全国各地的农场提供全方位的精准农业决策服务。

韩国率先将云计算引入到农场畜牧业中。一头母牛的可孕时间只有不到16 h，因此，农场管理员仅依靠养殖经验用肉眼观察母牛的行为状态，很容易错过繁殖的黄金期。韩国富士通公司以计步器＋云计算为模型设计出“牛步系统”。该系统的运行让富士通SaaS云平台中心每隔1 h就能收到母牛的步伐数信息，SaaS云平台通过对数据的分析处理，最后将数据结果通过手机端发送给农场管理员（图4）[14]。使得农场管理员有接近100%的概率准确定位发情的母牛。通常牛繁殖所需平均时间为14个月，在云计算的帮助下可缩短到12月1产，繁殖率得到提升，农场的销售量也就大幅度增加。

在云端控制的精准农业中，云数据中心实时收集并处理数据，来帮助农民在播种、施肥和收割作物等方面做出最明智的决策。在传统的农业信息化模式下，由于传感器采集频率低，覆盖范围小，对作物的生产很难起到本质的改变。以化肥为例，目前我国是全球最大的化肥消费国，水稻、玉米单产比发达国家更高，但代价是生产同等粮食所用的化肥是发达国家的3～4倍[15]。国家农业信息化工程技术研究中心数据表明，由于盲目施肥，每年全国农场化肥的浪费量高达几百万吨，还对地下水和土壤造成大量污染[16]。如今，采用高精度的“施肥决策云服务系统”，可实现在肥力高的地方密植，在肥力低的地方稀植[17]。仅此一项改变，即可实现玉米每公顷增产百斤以上，同时减少肥料的浪费。

3 讨论和结语

云服务以灵活、高效、低成本的优势为农业信息化建设带来新的可能，但同时也存在一些问题。主要体现在：第一，数据安全存在一定风险。若将农业信息系统部署在云服务器上，系统中的数据便存在于云服务供应商的服务器中。而提供云服务的厂商也并非全部拥有自己的数据中心，一旦租用第三方的云平台，那么就存在服务提供商管理人员权限的问题[18]。换言之只要云服务供应商愿意，便可以轻易提取出用户寄存的数据。第二，农业云技术普及度不高。信息技术的广泛普及使全球农业生产获得极大的发展。由于我国农民的文化水平不高，对新技术的接受力有限，加上使用智慧云农业前期需要大量的资金投入。这使得农业云技术在基层农户市场的推广举步维艰。第三，农作物数据信息缺少统一标准。目前发展智慧农业的企业大多自成一派，拥有各自的一套服务体系，制造的传感设备采集数据没有形成统一的标准。各个地区采集的数据量看似庞大，却很难互通共用，造成大量资源浪费。

因存在以上问题，云服务尚不能完全替代传统农业信息化模式。当前云服务模式正处于上升阶段，不仅仅是农业，未来会有更多的领域涉及到云服务。怎样抓住云计算发展的契机解决农业生产问题，会是未来农业信息化工作者研究的重点。

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Analysis on Advantages of Agricultural Informatization Base on Cloud Computing

LIUYongbo，TANGJiangyun，CAOYan，HULiang，LEI Bo
（Institute of Agricultural Information and Rural Economy，Sichuan Academy of Agricultural Sciences，Chengdu 610066，China）

In recent years,with the rise and rapid development of cloud computing,which bring a new opportunity for agricultural informatization.Agricultural cloud services model which core is the cloud computing give traditional mode of agricultural informatization huge blow.How to analyze and comparative advantages and disadvantages of the two models and make reasonable choices become the focus of current research.Based on agricultural cloud services and agricultural informatization environment,cloud computing model was introduced into the agricultural informatization service platform construction in this study,it was discussed on the application of cloud services in agriculture.The characteristics of cloud computing and its advantages in agricultural informatization were analyzed from three aspects of agility,cost and accuracy.At the same time,the prospect in the research of agricultural cloud services were fore casted.

cloud computing;agricultural informatization;wisdom agriculture;cloud platforms

S126

A

1002-2481（2016）11-1719-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.11.34

2016-07-05

“十三五”农作物及畜禽育种战略研究与云服务平台建设；四川省科技文献共享服务平台

刘永波（1988-），男，四川甘洛人，在读硕士，研究方向：农业信息化与软件开发。唐江云为通信作者。