我国园艺产业信息化发展现状与建议*

2017-01-21陈亚东郭淑敏刘现武赵崎儒

中国农业信息 2017年22期

陈亚东，郭淑敏，刘现武，赵崎儒

（1.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；2.中国农业科学院，北京 100081；）

园艺产业作为农业的重要组成部分，是一个典型的劳动密集型产业[1]。我国的园艺业目前还处于发展阶段，在栽培和生产中常出现产量质量低下、农药残留严重、栽培技术落后、自动化程度低、产销脱节等一系列问题[2-3]。近年来，信息技术与农业交叉结合，有效解决了农业生产中存在的一些问题，园艺产业正朝着生产智能化、经营网络化、以信息化促进产业升级的方向发展[4]。目前，加快和加强我国园艺产业的信息化发展已成为推动农业改革进程中的必经之路。

1 我国园艺产业信息基础设施建设现状

近年来，我国园艺产业信息基础设施建设初见成效。在硬件建设方面，至2010年，全国能上网的城乡比例已经达到100%，宽带上网、手机、电视、电话、广播等在农村已经普及[5]。截止2015年12月，我国网民中农村人口占28.4%，规模达1.95亿[6]。农民对于信息基础设施建设需求的增加，标志着信息化在园艺产业发展中的重要作用。软件建设方面，各地政府部门为生产者提供了信息保障系统，例如果树服务站、信息联络站、果树服务咨询中心专业合作社等。一些地区还建立了农村信息服务机构，如图书资料室、农村图书室等设施，全面提升了信息基础设施水平，为生产者更好的获取农业信息提供了有利的保障。

2 信息技术在园艺产业的应用现状

2.1 智能农业—农业专家系统

基于数据库技术、数据存储技术和数据挖掘技术等现代信息技术的引领，各种智能化的专家系统在园艺生产中应运而生，具有代表性的专家系统可分为以下3类。

2.1.1 解释型专家系统

解释型的专家系统是根据事物的基本表征现象和信息来解释其深层含义的智能系统，例如将无线通讯网、固定电话网和互联网络连接在一起，快速为果农提供服务的“无公害果树生产管理知识系统”，就是利用现代信息技术手段构建的信息服务平台[7]。农户可以将移动手机和电话作为终端实时交互信息，通过在线提问和信息咨询将表象数据输入，系统经过数据处理和分析后反馈给用户所需要的信息，农民可以根据反馈的数据信息来进行相关操作，专家系统在果树产业上的应用，有效解决了生产者栽培技术落后，知识水平薄弱的问题。

2.1.2 决策型专家系统

决策型专家系统是通过对各种数据和信息的综合分析，从而对各种可能发生的决策进行综合评判。3G技术目前实现了对园艺作物农情信息的实时采集与监测，农技推广人员可以通过农技推广信息平台快速地了解蔬菜病虫害发生和当前防控的情况[8]。相关的数据通过定线传递后，采取标准化处理、数据关联与数据挖掘，可用于种植分析与价格推断，从而为管理者提供科学决策的依据，基于决策型专家系统的推断与分析，可以优化蔬菜产业的生产模式，提升市场效益。

2.1.3 预测型专家系统

预测型专家系统是根据以往的数据来预测未来发生事物和情况的智能系统，预测型专家系统在园艺领域应用较多，主流的模型是作物生长模拟模型。生长模拟预测是将计算机技术和人工智能技术有机结合，融合作物科学和计算机科学后形成的现代农业信息技术[9-10]。园艺领域常见的是番茄干物质生产与干物质分配的生长发育动力学模型和黄瓜干物质生产模拟模型[11-16]，通过定量和动态的描述园艺作物的生长发育和产量分配形成过程，系统性的分析环境因子对园艺作物生长发育和产量的影响与线性关系，可以规律性的探索干物质分配的影响因素。在生产过程中可以通过调控环境因子，利用模型来精准化配置作物的生长发育外源可调控因素，优化生长发育和促进产量的提高，从而实现智能化与现代化的生产管理模式。

2.2 精准农业

基于全球定位系统、地理信息系统、遥感技术等现代信息技术发展起来的精准农业，是以提高农作物产量和品质、降低生产成本、精确调控作物生长发育的知识化、智能化集成系统[17]。部分发达国家的园艺产业已经实现了精准化生产，例如荷兰的无土栽培切花生产[18]、日本的水培蔬菜生产[19]、美国的生菜生产线等[20]，都是通过精准定位与导航，精确控制园艺作物生长过程中的生产类物质使用剂量，如营养液浓度，肥料等，最佳程度适应土壤等生长环境的需求，实现精确投入，产出效益最大化。信息技术的进步将我国的传统农业带入到了新的发展阶段，实现了粗放型农业向精细型农业的转型。20世纪90年代起，北京、上海、黑龙江等地相继开始建立了精准农业的示范园区，开发了蔬菜花卉育苗、温室栽培等基地，并实现计算机化管理[21]。由于精准农业投资较高，需要引进昂贵的设备，在我国大范围推广目前还有一定的难度。

2.3 物联网技术

物联网的概念最早于1999年正式提出，是基于光声电磁的传感器、3S技术、激光扫描器等各类装置与互联网结合起来从而实现数据采集、融合、处理和智能化识别管理[22]。基于物联网的果园环境信息检测系统就是物联网技术在园艺学上的一个重要应用，系统由数据采集模块、数据传输模块和数据管理模块组成[23]，通过位于不同地理位置的传感器来准确采集环境因子的相关参数，实现果园的数字化和智能化管理。我国宁波地区的葡萄栽培[24]、基于物联网的家庭园艺养护[25-26]也是利用互联网随时随地感知与传输各类信息，如土壤情况、水分控制、空气湿度等，通过数据处理和智能化的分析来科学化和精密化的实现栽培。物联网技术从一定程度上将以人类生产为中心的生产模式逐步转变为以信息为中心，通过数据分析来判断与调控生产的模式。通过实时监控农业种植环境，提高生产效率，科学的进行生产判断和智能化管理。

2.4 多媒体技术

多媒体技术是利用计算机对文本、图形、视频及图像等数据和信息进行综合处理后，建立数据间的逻辑关系和人机交互的现代化技术[27]。多媒体技术在园艺产业较为典型的应用是园艺植物的可视化，通过多媒体技术可以建立不同类园艺植物的三维参数化模型及图像，根据其拓扑结构，可以提取不同部位和整个植物的参数。在建模的基础上，可以真实模拟园艺作物各器官的生长发育情况，实现植物的可视化。目前，园艺作物可视化研究开展较少，仅在部分蔬菜和花卉上有些报道[28-29]。园艺植物的可视化研究为园艺作物的生长提供了虚拟平台，但从技术角度来看，还需要更多的算法来支持。

2.5 数据库技术

数据库技术是通过对数据存储、数据结构及数据管理的理论与方法研究来实现数据库中的数据处理的一门信息技术[30]。近年来，园艺产业在发展的过程中积累了大量的数据，包括实验数据、文本文档、图片和视频等等[31]，形成了纷杂无序的信息流，数据库技术为园艺产业数据的管理提供了技术支撑。近年来，各网站与实体机构中规模与存储量不同的各类数据库和数据平台，从一定程度上将园艺产业的数据进行了整理与整合，为产业发展提供数据资源支撑，如病虫害防治系统、农业科学数据共享中、国家种质资源数据库等，都是利用数据库技术将多源异构数据进行清洗、装载和处理后保存，实现园艺产业中分散无序、无法利用的数据变成有序、可利用的数据资源，如我国苹果产业数据资源的专业整合[32]。数据库技术与园艺产业的结合意义重大，是园艺产业基础资源体系的重要支撑。

3 园艺产业信息化发展的建议

3.1 建立完善的信息服务保障体制

园艺产业实现信息化普及有着较多制约因素，主要原因有两个，一是我国信息化基础设施条件比较落后；二是从事园艺产业的生产者大部分是地处偏远和偏僻地区的农民，文化程度较低，对农业的信息化认知能力有限[33]。在推进园艺产业信息化的进程中，首先需要加大政府的重视和投入，进一步建立和规范服务机制，提升园艺产业公益化服务的能力和水平，同时加强基础设施建设，尽可能实现分区域制定个性化信息服务政策，发达地区可率先试行人员的培训和设施购进，“引进来”和“走出去”相结合，逐步探索适宜的发展模式。

3.2 加强信息技术与产业的融合

园艺产业信息化发展的前提条件是信息技术的进步与产业融合。近年来，各种信息技术应运而生，包括数据采集技术、数据处理技术、数据存储技术、数据组织技术等，最近兴起的大数据技术，就是数据处理技术中的一种[34]。目前来看，信息技术与园艺产业交叉融合的渗透度及融合的高度和密度还有所欠缺。从实现园艺产业的生产技术专业化、管理现代化和服务团队化的目标来看，促进产业融合十分必要。首先，需要在实践中培养一批既懂信息技术又懂农业的专业人才。受待遇和地域条件影响，高精尖人才到偏僻地区工作受到了一定限制[35]，国家政策性支持及高校专业创新性设置是解决这个问题的有效路径。另一方面，促进科技立项与重视产业发展导向，可以普及和推动园艺产业的信息化发展。

3.3 加强信息资源整合和数据库建设

在信息泛滥爆炸的时代，信息超负荷反而给使用者造成一定的负担，无法区分和快速提取有效信息[36]，因此，信息资源的深度整合和数据挖掘显得至关重要。目前，园艺产业的数据和信息资源过于分散，大大小小的数据库质量良莠不齐。加强信息资源的整合与分类，开展知识挖掘和数据建设是提高信息利用率的必要措施。数据库的建设首先应朝多元化的方向发展[37]，如为科研工作者建立以实验数据、科研报告、论文文献为主的知识型数据库；为农民建立以生产知识、专利技术为主的生产实践型数据库；为消费者和果蔬供应商建立以价格和供需信息为主的市场信息动态数据库。其次，园艺产业的信息资源建设还是应该注重信息的准确性、时效性与完整性，通过建立专业权威的平台来实现资源整合。

[1] 杨斌．提升我国农业国际竞争力问题研究．西北农林科技大学，2005

[2] 邓秀新，项朝阳，李崇光．我国园艺产业可持续发展战略研究．中国工程科学，2016，（01）：34～41

[3] 李莉．我国园艺产业三十年的回顾与展望．北方园艺，2010，（19）：201～205

[4] 张跃峰，秦四春．设施园艺智能化发展趋势与路径．农业工程技术（温室园艺），2015，（25）：25～28

[5] 熊春林．农村农业信息化服务能力建设研究．湖南农业大学，2013

[6] http：//news．xinhuanet．com/tech/2016-02-02/c_128693519．htm新华网

[7] 潘锦山．基于3G混合网络和GPS技术的果树移动专家系统（FMES）的构建．福建农林大学，2010

[8] 甘付华．3G基层农技推广信息化平台在设施园艺病虫害防治中的应用．新疆农业科技，2013，（02）：23～24

[9] 李东，徐坤鹏，周宝利．作物生长模拟模型及其在设施园艺生产中的应用安徽农业科学．2007，35（11）：3141～3142，3145

[10] 董永义，王聪，郭园．温室园艺作物生长模拟模型的研究进展．内蒙古民族大学学报（自然科学版本版），2012，（04）：442～450

[11] 朱晋宇，温祥珍，李亚灵．基于源库生长单位的温室番茄干物质生产-分配模拟．生态学报，2009，（12）：6527～6533

[12] 李永秀，景元书，金志凤，等．温室番茄生长发育模拟模型的验证．浙江农业科学，2007，（03）：252～254