大数据技术在农田规划设计中的应用研究

2022-11-24徐志英刘兴波

智慧农业导刊 2022年4期

徐志英，刘兴波，都春，张红

（1.朝阳师范高等专科学校，辽宁朝阳 122000；2.朝阳市自然资源局，辽宁朝阳 122099）

1 背景介绍

国土空间规划在国家可持续发展和宏观调控中起着重要作用。我国自古以来就是农业大国，为满足生存需要，必须在有限的土地上获得更高的产量，农田的规划设计至关重要。传统农业靠天吃饭，种植户无法对农业生产进行精细化管理，产量无法保障。随着信息时代的到来，大数据技术的应用可以为农田规划设计提供数据支持，农业信息化水平得到提升，精准农业概念也随即产生，对农田的规划设计、农业生产的监控管理和信息化数据采集工作随之开展起来，智慧农业应运而生。在决策部门之间信息共享的同时也提高农田规划的科学性和合理性，从而推动国土空间规划的发展，提高国土资源的利用率。

2 大数据技术概述

大数据是国内近几年科研领域的热点，是一种超大规模的数据集合，在获取、存储、管理及分析等方面大大超过传统数据库软件工具的能力范围，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征。大数据在农业中的应用已十分广泛，比如农业生产、经营、管理和服务方面，尤其是在现代农业的产业链、经营体系、管理体系等方面发挥重要作用，但是在农田规划设计上的应用还不够深入。传统的农田规划设计停留在小数据的基础上，无法对区域内研究对象进行全面规划，而大数据通过集成各类结构化、半结构化和非结构化的数据，对研究对象进行时空化的长期追踪，通过各种标签识别农田的各种特征并预测其发展趋势。

3 大数据在农田规划设计中的应用

3.1 大数据在农田规划设计中的应用优势

3.1.1 解决传统规划衔接不当、标准不一致的问题

大数据技术的应用，实现跨部门之间的信息共享，制定更为合理的决策，建立有效的农业地理空间经济用地，实现农业生态环境为基础的规划，建立良好的系统运作平台。解决农田规划标准不一致、交叉布局等方面的问题，实现资源高效配置。

3.1.2 健全农田空间规划体系

相关部门对农田空间规划功能和作用的掌握具有局限性，对相关规划职能的应用并不完善，由于之前农田缺乏完善的空间规划体系，影响到空间规划协调性和整体性。因此大数据技术的应用能更好地掌握当前农田的利用状况和发展趋势，构建起整体性的农田空间规划体系，构建起自上而下的空间协调规划方式。通过对大数据的信息处理，选择出最为合理的规划方案并通过调控手段完成对农田的合理规划设计。

3.1.3 保证规划科学性

首先，地理信息大数据技术和地理信息大数据系统将所有与农田、建设等相关的信息融合在一起，提供农田区域内的自然地理信息，包括土壤条件、光照条件、温度湿度条件等，这是农田规划设计的基础；其次，大数据技术将农田以往的建设信息呈现出来，包括种植的农作物、水利灌溉工程、农业科技运用情况等；最后，大数据技术可提供市场信息，尤其是农产品的销售信息，将市场信息及时反馈给决策者，为农田规划设计提供参考。在大数据技术的帮助下，有关单位在修正或规划中未考虑全面的地方可利用数据平台打破时间与空间上的限制，为各级工作人员提供更加便利的办公环境，提高办公效率，提高规划设计的科学性，提升管理水平。

3.1.4 加强农田资源利用监督

以自然资源调查评价、确权登记为基础，结合数字影像、卫星遥感、人工智能等先进技术，融合政务、企业、网络等数据，建立全面覆盖、上传下导、实时预警的监测系统，实现对农田利用的精准管控。

3.2 大数据技术在农田规划设计中的应用现状

3.2.1 起步稍晚，理论为主

由于农田大数据研究较之农业其他版块研究起步稍晚，因此其文献检索数量远低于其他农业研究领域。当今国内对农田大数据的研究以理论说明为主，宣传法律法规或者应用前景，缺乏实际操作应用。部分对农田规划设计研究照搬古巴、美国等操作模式，缺乏本土化经验，脱离国情。

3.2.2 规划管理机制弹性不足

现行农田规划设计与经济社会发展的需要及土地管理实际需要相比，较为理想化，旧的管理方式难以适应规划方案实施的动态变化要求。规划设计是面向未来的，需要不断适应未来各因素的动态变化。对于较长的规划期，难以保证规划设计的每个要素都能按照预定方案发展，也难以保证安排的项目能落实到位。

除此之外，大数据技术是数据的科学，是基于数据本身展开的相关研究，不能直接将农田规划设计中的大数据与农业信息化或者互联网农业等同起来，否则就脱离数据实质。

3.2.3 缺乏统一体系

现有的针对农田规划设计的大数据技术各自为政，缺乏统一体系，限制了在农业整个产业中的发展，使得充满活力的大数据技术变得部分失能，危及了整个大数据生态系统。未能充分发挥国家或者地方大数据技术在农田规划设计中的带头推广作用，没有达到智慧农业的示范目的。由于缺乏统一体系，进而缺乏相应的基础数据支持，指标分解的依据不足，指标分解方法相对简单，重点强调了指标的数量分解，对农田的各种利用率考虑不足，对指标分解的合理性论证不足，从而在一定程度上弱化了指标的刚性调控作用。

3.2.4 缺乏核心研究

由于缺乏对大数据技术核心的研究，因此缺少对具体应用的研究。虽然农业数据已可视化，将繁杂的农田规划设计转化为直观的图案，可以更好地展示数据效果，但是大数据技术还不够完整，可视化并不是大数据技术的全部，因此规划技术手段有待完善。现行对农田的适宜性评价、利用布局及分区、规划方案等主要沿用定性分析方法，定量研究特别是模型研究相对较少。而定性分析法主要以经验判定为主，在对客观事物观察的基础上进行综合分析，制定规划设计目标。定性分析法具有静态性特点，对于年限较长的规划设计，存在与现实发展之间较大误差，规划设计方案最终脱离现实[1]。

4 大数据技术在农田规划设计中的应用策略

4.1 加强政策引导和资金支持

完善并严格农田使用制度，在这一政策制度的规定下引入大数据技术。大数据技术是现代信息技术的重要发展领域，需要相关主管部门在政策上给予大力支持，这是大数据技术在农田规划设计中得以运用的政策基础。相关部门既要强调农田规划设计对于农业发展的重要性，又要明确大数据技术对农田规划设计的积极带动作用。除此之外，大数据技术作为先进技术，其开发过程需要一定的经济成本，其中包括开发硬件的成本及人力资源软件成本。资金支持既可以是相关的财政拨款，也可以与科研团体、社会企业开展合作，开展科研成果的共享以及科学合理的融资渠道，将最新的创新科技成果迅速转换成可操作性强的系统模块设计，建立大数据技术运用于农田规划设计的“产学研”互动体系，将大数据科研技术迅速转化成生产力。

大数据技术通过环境与气象、耕地土壤、育种、产品检测及市场供需等数据，将农田的原始资料呈现出来，相关人员要充分挖掘和处理数据的共性问题，将数据及时上传共享，实现资源分享，为农田的统一规划设计提供决策支持，为进一步解决农业生产中的实际问题提供预案。

4.2 建立农田规划设计大数据体系

建立以大数据技术为参照的农田规划设计体系，深化大数据技术在各部门之间的融合。深入挖掘农田规划设计与大数据技术之间的内在联系，实现二者的融合。借助于大数据技术对传统农田的规划设计进行优化，构建相关的预测模型。从源头上对数据进行分类和整合，在与其他农业数据融合的基础上开展农田规划设计，梳理农业、土地、自然地理、地质灾害防治等各类土地资源数据，汇聚整合其他部门、行业和互联网等大数据资源，建立内容全面、标准统一的农田规划设计大数据体系，实现数据与规划之间的有机融合，提升规划设计的科学性。

除了构建大数据农田规划设计体系外，还应积极构建规划决策支持系统，鉴于物联网、云计算、时空大数据集成等新技术，通过对人口规模、人口流动方向、农田利用、农业产业发展等相关数据的信息挖掘和分析，揭示人口、农业、土地之间的时空变化规律，建立集基础评价、农田空间演变、农田利用自动化监测和预警等功能为一体的农田规划设计决策支持系统，为规划设计方案提供支持。

4.3 创新规划设计大数据编制方法

随着大数据、互联网+相关技术的发展，为农田规划设计提供了有力的技术支持。在农田规划设计中，应加强动态空间模拟模型、综合决策模型等定量分析模型、多自主体系在农田利用空间规划中的运用，加强对农田周边环境承载力的评价规划，强化规划设计的合理性与可操作性。以耕地大数据集成技术为例，运用新的模型技术，实现对多种针对数据缺失现象的耕地缺失数据填充算法，提升了数据质量，提高了耕地数据RDF图分割的平衡性，同时提高了RDF分割质量和分割效率，这也是耕地大数据知识挖掘和辅助技术的发展，实现了遥感识别、连片性分析、挖掘算法、多数据联合分析的融合，为农田耕地规划设计的预处理提供基础。

利用新的编制方法，运用定量模型分析后，一方面加大对闲置农田清理力度的规划设计，改变农田土地资源浪费的现象，提高农田的利用率。另一方面加强对农田资源潜力的挖掘设计，对于城镇化带来的农田闲置情况，根据自然地理条件将农田进行分类后实行有效的规划设计。比如将人口较少的村庄合并，然后将农田进行统一开垦的规划设计，盘活闲置农田的利用价值。

4.4 完善农田规划设计动态监测系统

以农田生命周期业务流程为主线，集成并改进农田使用动态监控技术、信息动态联动技术等，以便实时掌控农田的利用状态、农田更新情况等。其中农田的利用及更新状况，可通过航空摄影影像技术和卫星，结合我国农田调查章程和规定，将农田的实时利用情况进行调查比对，从而建立一套更加合理、科学、完善的影像数据库，利用图像和数据相结合来适应国土资源的新目标。首先通过遥感技术将影像资料搜集保存，形成农田基础的信息资料，再将基础图件与实际野外作业进行比对调查，在经过科学勘察测绘后将新的数据进行采集、汇总、分析。GPS可准确定位，同时采集空间位置信息，GIS将采集信息和数据进行有效地调整和改变，使工作更加自动化，从而提高了工作效率[2]。

4.5 规划农业市场经济金融体系

在农田规划设计中，建立与农业市场经济、农业金融市场相联系的体系。在农业市场经济中，运用大数据技术设计果蔬区块链，将质量追溯相关数据通过物联网感知设备采集后添加大区块链，建立“数据库+区块链”双存储设计同时结合数据二次上链和验证的方法，增强果蔬质量追溯可信度的同时反馈农产品市场销售信息，为农田的种植品种选择提供参考，也为农田的拓展空间设计提供数据支持。

4.6 提升农田规划设计人才的专业素养

大数据技术领域较为复杂，因此相关人员要掌握大数据信息处理与判断级数，了解大数据信息的深层次规律，掌握农田规划与管理的基本规律，才能做出科学合理的规划设计。这就要求对相关专业人员进行专业培训，完成人员专业技能的调整和提升，才能保障大数据技术在农田规划设计的决策作用。

4.7 建立农田规划设计管理机制

农田的规划设计工作重要且复杂，因此需要建立一套与之相适应的管理机制，保障规划工作有序进行。一是建立规划设计、信息化技术建设和大数据分析机构等多部门统筹管理机制；二是搭建网络、数据交换与共享以及规划设计三大平台联通机制，保障规划设计的科学性与便捷性；三是时反馈的规划设计以及规划实施后的检测评估机制，保障大数据引入后农田规划设计后期的顺利进行[3]。