农业信息技术在江苏农业现代化进程中的应用*

2017-01-21张海东姜红卫

中国农业信息 2017年3期

关键词：江苏省农业信息技术

张海东，张青，田婷，姜红卫

（江苏太湖地区农业科学研究所，苏州 215155）

农业信息技术在江苏农业现代化进程中的应用*

张海东，张青，田婷，姜红卫

（江苏太湖地区农业科学研究所，苏州 215155）

农业信息技术是传统农业向现代农业转变的主要手段之一。文章回顾了农业信息技术在江苏省农业现代化过程中的研究与应用进展，概括并总结了农业信息技术中农业遥感监测、农业信息获取与管理、农业信息平台建设、“互联网+农业”4个主要研究内容与应用现状。结合农业信息技术在推广应用过程中存在的问题进行分析，对未来农业信息技术的发展趋势进行了展望。

“3S”技术大数据物联网互联网+ 农业现代化

农业现代化是传统农业向现代农业转变的过程和手段，通过应用现代先进的科学技术和管理组织方法，提高农业生产过程中的物质装备水平，调整农业产出结构，成为农业现代化的主要内涵[1]。依靠处于科学技术最前沿的高新技术作为支撑，是实现农业现代化的关键环节。目前，农业高新技术主要包括农业生物技术、农业信息技术、设施农业技术、特色农业技术、综合技术群（移植、常规技术组装配套）等多个方面[2，3]。作为农业高新技术的高度浓缩与传播载体，农业信息技术的广泛应用在农业现代化转变过程中发挥了显著作用。农业信息技术依托于计算机技术、网络技术、通讯技术、航天航空技术及传感技术的发展[4]，使信息技术与农业科学有机结合而产生的一门新兴交叉学科，广泛应用于农业土壤、气候、水、生物资源的监测与管理等各个方面。主要内容包括农业遥感技术、农业信息系统技术、农业数据库技术、农业互联技术等。位于我国东部沿海地区的江苏是一个农业大省，拥有优越的地理环境，多样的农业资源及国内外人才、资金和体制等有利因素。近年来，依靠农业信息技术对传统农业进行改造，已经形成了具有区域特色和竞争优势的现代农业体系。该文以农业信息技术为主，就其在江苏省农业现代化过程中的发展历程和应用现状进行分析，并对其发展趋势与存在的问题进行归纳和总结。

1 发展历程

江苏省农业信息技术的研究与应用开始于20世纪80年代，与国外相比具有起步晚、发展快的特点。按照开展研究与应用的技术内容和层次水平差异，大致可分为起步、发展及跃升3个阶段。

1.1 起步阶段（20世纪80年代中期至20世纪末）

该阶段的农业信息技术应用发展主要以江苏省农业相关部门对农情、农业科技及市场信息的采集传递为主，传播途径多为纸质的农业刊物及电话传真等，如省农委农业信息中心主编的《江苏农业信息》《江苏农林信息报》等一系列刊物。1984年，设在江苏省农科院内的南京农业遥感分中心的成立，标志着遥感技术在江苏省农业上的应用研究初步启动。但该阶段的农业遥感技术在农业上的研究浅尝辄止，主要研究内容为大宗作物面积监测[5]。

1.2 发展阶段（20世纪末至2010年）

依赖于计算机、网络、通讯及“3S”（遥感、地理信息系统和全球定位系统）技术的进步，江苏省农业信息技术迎来了一个快速发展期。农业电子政务的建设发展，扩大了对农业信息的需求，拓宽了农业信息技术在信息采集、整理、分析、发布、信息资源开发与利用、信息服务体系建设等多方面工作中的应用渠道，2 000多个农业政务网、农产品电子商务网站逐步建成，“12316”农业电话服务热线与惠农短信系统及“农信通”等服务平台建成并投入使用[6]，标志着江苏省农业信息技术已广泛使用于日常的农业生产管理中。此外，基于“3S”的空间信息获取和分析技术，多源遥感影像和多尺度农作物种植面积、产量、长势与品质监测评价工作逐步开展[7～9]，农作物生长机理模型得到了进一步研究[10～14]，并通过关键技术的集成、开发、示范，取得了较好的效益。

1.3 跃升阶段（2010年至今）

信息技术中的“3S”技术继续服务于农业生产，在作物常规生产过程监测、作物病虫害预警方面得到深入研究[15]。2010年，国家信息农业工程技术中心在南京成立。同时，围绕农情信息监测诊断、农业精确管理决策、信息产品等进行研制开发，并开展农业信息技术的创新、系统集成、转化应用的研发，实现了江苏省农业信息技术与现代农业的有机结合。全省各地积极探索信息技术在农业生产领域的应用，且农业物联网技术逐步在高效设施农业、水产养殖、畜禽养殖、大田作物等农业生产领域得到应用[16]，建成了一批农业生产自动化、智能化应用示范基地。近年来，利用移动互联网、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术与农业的跨界融合，加强了信息技术在农业生产、加工、流通和经营管理中的应用，将“互联网+”技术深度渗透到农村信息服务、农业生产管理、农产品销售等环节，使农业生产管理方式、农业生产效率、农业形态进一步优化。

2 应用现状

目前，农业信息技术在江苏省农业现代化中的应用研究主要体现在农业遥感监测、农业信息获取与管理、农业信息平台建设、“互联网+农业”等4个方面。

2.1 农业遥感监测

利用遥感技术覆盖面积大、重访周期短的特点，江苏省农业科研院所、高校等研究主体在江苏省及市、县范围内，开展了大面积农业生产的调查、评价、监测和管理工作，对农作物生长信息遥感监测、农业灾害监测、农业生态环境调查及农业尺度效应识别等关键技术进行了研究[17～21]，以实现对农业信息的精准获取与有效利用。农业遥感监测主要集中在几个方面。（1）利用作物对可见光、近红外光谱波段吸收和反射理论，构建不同物候期作物植被指数，如归一化植被指数（NDVI）、比值植被指数（RVI）及增强植被指数（EVI）等，进行水稻和小麦等农作物长势、产量、品质、病虫害等方面的监测[22-25]。江苏省农业科学院农业经济与信息研究所在扬州和泰州的高邮、宝应、姜堰与兴化等县进行了长期的研究[7，26～27]。（2）采用单时相、多时相或长时间序列遥感数据对作物进行分类及面积提取[28]，并通过对不同空间分辨率的遥感源（如Landsat TM、HJ-1，TM，MODIS，GF-1）的融合与同化[29]，增强融合影像的信息量和光谱特征，从而提高判别精度。如林子晶等选用PCA、Brovey、HPF 和Wavelet 4 种融合方法对HJ 星和GF1 号遥感数据进行融合，对如皋市水稻种植面积进行提取，并比较融合方法对判别精度的影响[30]。（3）结合遥感植被指数与作物模型，基于作物生长机理研究作物种植面积与产量的遥感监测方法[31]，降低温度、土壤水分、光照等因素的影响，提升预测结果的精确性和解释性。

2.2 农业信息获取

农业生产在产前、产中及产后信息的多源采集与处理是农业信息技术应用研究的一个重要环节。除了传统的统计方法外，目前应用最广泛的主要为“3S”技术和物联网方法。长期以来，根据遥感源反演区域农业信息指标，再借助地理信息系统与全球定位系统，将信息数字化、可视化是获取大范围农业数据的有效途径。如，翟孟源等利用“3S”技术，结合耕地空间分布和农作物物候变化特征，对江苏省冬闲田空间分布信息进行了提取[32]。此外，无人机技术的发展，增强了遥感平台的灵活性、实时性、移动性，并借助小型化航空成像光谱仪、航空CCD数字相机等仪器，大幅提升了农业信息遥感源的时间和空间分辨率。近年来，随着江苏省高效农业与设施农业的发展壮大，生产过程中的农业信息获取成为亟须解决的问题。2010年前后，物联网技术逐步应用于农业生产，利用各种传感器测量农业生产、养殖环境中的温度、空气湿度、土壤温度、水质、二氧化碳、禽畜生命特征等各项关键指标，能够为制定农业生产标准提供第一手资料，最大限度地发挥农业生产潜力，提高农业资源利用效率提供了技术支持[33]。以无锡市为代表，通过农业物联网技术获取农业信息的方法已在粮油种植、设施农业、禽畜养殖及水产养殖等多种农业生产中进行了应用[34～37]。

2.3 农业数据库与信息平台建设

通过研究农业生产过程中的水、土、气、生多源异构数据快速采集的方法与技术，对采集数据进行集成、分析与挖掘，从而构建农业数据库及面向农业生产与基层服务的信息管理与决策系统平台，可记录分析农业种养过程、流通过程中的动态变化，促进农业高效有序的发展。目前，江苏省已建立了多个农业数据库及信息平台。江苏省耕地质量管理数据中心采用“3S”技术汇集了全省农田的耕地质量、测土配方施肥、土壤墒情等数据，建立了耕地质量空间数据库和属性数据库，并将其用于所开发的县域耕地质量信息管理平台，实现了全省耕地信息的数字化管理[38]。2013年，苏州开始建设首个基于信息网络技术的农业基础数据库。该数据库包含了苏州历史上所有的农业信息，包括产业面积、品种及其发展变化。数据库的建成及信息平台的应用，健全了苏州市农业信息的收集、发布、查询及更新功能，有力助推了现代农业的全程监管。泰州市建立的“泰州市智慧农业服务管理平台”，将农业生产、经营、管理和服务集为一体，仅需通过手机平台上传语音、文字、图片、视频等资料，即可为家庭农场、种养大户等新型农业经营主体提供日常生产帮助。此外，江苏省即将启动农业大数据建设，以现有的农业信息监测为基础，将农产品市场信息监测、农情灾情监测预警、农产品质量追溯、重大动物疫病防控等集成到统一平台，不断提升数据挖掘应用水平，发挥平台体系智能决策作用，为农业生产、灾情预警、市场需求等提供服务支撑。

2.4 “互联网+农业”

网络通信技术的发展为传统农业向现代农业的转变提供了有效途径。2015年起，“互联网+农业”模式逐步兴起，通过应用物联网、云计算、大数据、移动互联等现代信息技术，不仅摆脱了传统农业信息流通不畅，服务体系滞后等缺陷，而且结合互联网高效便捷的优势，推动着农业全产业链的改造升级。随着网络通讯技术的成熟应用，电子商务快速发展，“互联网+农业”将整合农业产出、网络销售、物流运输模块，建成互联网农业生产销售线路[39]，已逐步成为实现小型生产与大型市场的有效对接，解决农产品阶段性、区域性销售难的重要手段[40]。2016年9月，在苏州召开的全国“物联网+农业”大会，全面展示了江苏“物联网+农业”的最新成果，标志着江苏省“物联网+农业”发展到了一个新的高度。

3 问题与对策

江苏省农业信息技术经过近30年的快速发展，应用范围逐步渗透到农业的各个领域，在农业智能化生产、信息服务、管理与决策等技术领域取得了长足进步。江苏省农业信息技术的研究应用，已经从学习国外的先进经验到因地制宜地发展自身特色农业，并建成一批具有代表性、示范性的应用示范点，奠定了江苏省农业信息技术在现代化农业应用中的发展优势[41]。但是，在实际生产过程中，仍然存在着一定的问题。

3.1 基础数据建设水平低

海量的农业基础数据是农业信息技术在现代农业中高效应用的前提条件，尽管江苏省农业信息技术的应用已初见成效，但信息资源的数量与质量仍然无法满足农业生产、科学管理的需要。江苏省虽然已经建立了部分农业数据库，但信息采集手段和资源建设落后，缺乏标准的信息组织方法进行统筹，暴露出数据库种类不全、规模小而分散、标准化程度低等缺陷，并导致数字化、可视化、可交互查询应用水平偏低，数据共享困难。农业信息技术的优势在于具有较快的处理速度，只有把农业信息用数据表示出来，才能进行有效的应用。因此，大农业信息数据的集成建库意义重大。只有采用统一的标准数据元及其表示法，加强农业信息标准化，实现农业信息的存储、交换和共享，才能对江苏省农业数据驱动创新起到较大的推进作用。

3.2 应用成本高

农业信息技术应用的主要目标之一是提升农业生产效率，降低生产成本。在实际应用过程中，还需兼顾2个方面。即初期投入成本及中长期投入产出比，只有将两者控制在农业生产者期望的范围内，才能够调动其主动参与的积极性[42]。如果应用成本过高，农户决策将仍然维持原有状态，则会阻碍农业信息技术的发展前景。以物联网技术为例，较高的设备投入成本，包括机房增建、设备配置和监测点扩容，较大程度上，减缓了农业物联网技术大范围推广应用的速度，仍有待于物联网普及后，配置成本的降低。类似物联网这种处于科技最前沿的信息技术，必须与传统农业无缝融合，才能发挥最大的产业效益[43]。但目前，尚未完全实现从生产、采摘到销售的全面物联网化，使用主要是田间种植的管理系统。因此，除了将物联网技术应用于精确灌溉与施肥外，还可以将农业物联网进行小范围试验，将研究结果作为制定区域科学种植技术的标准，实现数字农业、精准农业的生产模式。

3.3 推广应用体系不健全

农业信息技术在现代农业中的推广是实现其应用价值的主要途径。推广应用体系包括组织结构、平台、人员等3个重要部分。组织结构以政府部门主导为主，将各涉农科研院所研制相应的农业信息技术进行推广运用；其次由企业投资进行针对性的研发推广，使整体结构较为稳健。但平台和人员构成2个部分仍有较大的提升空间。农业信息技术在农业生产、流通、管理、监控等平台的应用还不够广泛，缺少典型示范[34]。研发人员要与各级农业主管部门和地方农业工作者紧密联系，根据农民群体特征，使信息技术的应用简单化，着力构建农民易于接受的信息平台，针对不同地区、不同农户研发及推广农业信息化实用软件，向农民提供生产过程中亟须的实时信息，并尽快建立精确农业示范基地和样板。人员方面，需从农业技术人员和生产者2方面考虑。一方面，江苏省虽然拥有农业技术人员约3.9万人，但层次相对不高，以初级农技人员为主，占比61.9%，懂信息技术又懂农业技术的复合型高级人才极为缺乏；另一方面，农业生产者以老龄化为主，全省持证农业劳动力占农业劳动力的比重仅为2.8%，劳动力素质整体偏低，信息意识不强，难以掌握农业新技术与新方法，不利于农业信息技术的推广与应用[44～46]。

3.4 南北区域差异大

苏南与苏北人均GDP比值由20世纪70年代末的2∶1，扩大为当前的2.8∶1，整体经济发展水平及工业反哺农业程度差异显著，导致苏南、苏北2个区域的农业现代化建设水平存在着一定的差距，农业信息技术的推广应用程度呈现出南高北低的格局。而从江苏省农业分布来看，苏北的农业面积优势明显。因此，全省农业现代化的实现，较大程度上依赖于苏北的农业化进程。在当前情形下，可以将苏南地区的农业信息技术应用经验进行总结，并将有效技术移植于苏北的农业生产，从而在缩短苏北地区农业信息技术研究历程的同时，带动苏北地区农业现代化的发展。

4 展望

2016年，江苏省“十三五”规划纲要明确强调，农业信息技术是改造提升传统农业的重要手段，要大力推广信息技术在农业生产中的应用，完善农业大数据采集、整理、分析、发掘、展现、应用等领域突破关键技术，推进信息平台管理建设的进程，在全国率先开展农业物联网相关工作，加快实施“互联网+现代农业”行动，推进现代信息技术应用于农业生产、经营、管理和服务。要通过宏观政策支持，为江苏省农业信息技术带来新的机遇，及时总结农业信息技术发展经验，进一步明确该省农业信息技术发展前景及其应用潜力。通过省内科研院所、部分高校、企业等单位，加大农业信息技术的研究与应用，必将有效促进信息技术和农业资源的深度融合，推动江苏省农业现代化发展进程。

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