大数据与农业大数据在农业领域的应用

尹衍雨，白春明，柴多梅，于海茹，陈慧萍，张天柱

（1.中国农业大学农业规划科学研究所，北京 100083；2.中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083）

我国经济发展进入新常态，正处在新旧动能转换阶段，“互联网+”成为创新引领经济转型升级的一个非常重要的抓手，互联网与政务服务、医疗、物流、先进制造、教育、交通等领域深度融合，“互联网+”带动生产模式和组织方式变革，催生了社会治理和行业发展的新动能。在《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》中，我国首次提出推行国家大数据战略，把大数据作为一种基础性战略资源，全面实施促进大数据发展行动，加快推动数据资源共享开发及应用，助力产业转型升级和社会治理创新。其中，农业大数据发展应用是建设农业农村现代化、实施乡村振兴战略的有力抓手，必须紧跟大数据时代步伐，抓紧推动农业大数据建设，让现代农业搭上互联网的快车，推动我国从农业大国走向农业强国。在此背景下，本文从大数据的内涵和意义入手，梳理了大数据在农业领域的应用，以期为关注农业大数据发展的各界人士利用农业大数据这个利器更好地服务于农业生产、经营、管理、服务等相关各领域提供可以借鉴的经验，从而真正实现大数据与农业产业发展的深入融合。

大数据与农业大数据的概念内涵

国际信息咨询机构国际数据公司（IDC）对大数据的技术定义为“通过高速捕捉、发现或者分析，从大量数据中获取有价值信息的一种技术架构”，大数据既是投入要素，具备规模体量大、变化频度快、种类来源多样等特征，数据的重要性已经提升到竞争性要素的高度[1]；同时大数据还是通过数据建模、数据加工处理之后得到的知识、模式、模型；大数据也是指一种研究方法，即将海量数据所隐含的价值密度通过数据挖掘等手段释放出巨大价值，是透过海量数据来认识世界的能力，有可能成为创新生产方式、提高生产率、为消费者创造价值的重要源动力。大数据也被认为是继理论科学、实验科学和计算机科学之后的一种新的科学范式[2]。

大数据的发展不仅带动了围绕海量数据收集、传输、存储、建模、分析等活动所形成的大数据产业的完整的产业链，带动了信息服务产业的发展，还通过与其他产业的深度融合，服务、带动其他产业的发展，具有显著的价值溢出效益，给其他行业带来巨大的发展空间[2]。近几年，对大数据和人工智能等话题的讨论热度一直居高不下，大数据与行业落地应用的结合也越来越多，如大数据在工业、医疗、金融、交通等领域的应用成为近些年来的热门。数据创造价值，大数据在促进行业融合发展、推动产业转型升级、助力社会治理能力提升等方面发挥了重要作用，逐渐成为驱动数字经济发展的核心动能[3]。

农业大数据是指大数据理论、技术和方法在农业或涉农领域的应用实践。由于农业数据涉及的领域广、环节多，还具有复杂性、分散性、获取难的特征，使得农业大数据的应用不像大数据在其他领域的应用发展那么快。据《中国大数据产业发展水平评估报告（2017）》[4]显示，随着国家促进大数据发展系列政策的贯彻落实，大数据在各行业的应用逐渐加快并稳步成长，在金融、政务等领域大数据与行业的深度融合凸显引领作用。农业大数据的发展虽受制于农业数据采集的难度，但大数据与农业领域的深度融合还有很大的提升空间可以挖掘。

近几年来，农业大数据的重要性越来越为人们所重视，在行业市场空间方面将具有巨大的应用发展空间，成为重要战略性资源和重要技术研究方向，大数据与农业的深度融合有望成为农业现代化发展的加速器。其中大数据的采集和挖掘是“大数据+农业”发展的第一要务[5]。农业大数据涉及农业水、土、光、热、气候资源以及作物育种、种植、施肥、植保、过程管理、收获、加工、存储、机械化等各环节、多类型复杂数据的采集、处理分析、挖掘与应用等问题[6]。农业大数据在集成与共享各种涉农数据的基础上进行深度挖掘和分析，发现隐藏其间的数据价值，可大大提高政府决策管理水平，同时也可真正发挥出大数据对现代农业发展的提振作用。

大数据、农业大数据、农业信息化、互联网+、智慧农业，几个名词有时候经常会混淆；实际上彼此区别又相互联系。信息化里面包括信息技术和装备技术；“互联网+”不是农业信息技术和农业信息化的全部，“互联网+”对农业生产的不同环节作用是不同的，主要是对流通业态如交易环节、流通环节进行创新，提高效率，必须有实体经济支撑。智慧农业则是以物联网、大数据、云服务三大技术体系为依托，面向不同主体提供产业链环节上的相关服务。

发展农业大数据的意义

由于长期以来我国农业属于小农经营方式，农业生产本身所具有的生产粗放性、分散性和农业自身的季节性、地域性特征等因素，致使信息壁垒成为贯穿农业产业链的共性问题。在种植过程中，农户更多地依赖以往经验，走的是粗放式、资源消耗的发展模式；而在市场交易环节，信息闭塞且不对称、资源分散使得整体利用效率低下，无法充分发挥市场优化资源配置、市场引导作用，并由此催生了一批农业经纪人，通过对信息的垄断占有在交易环节中获益，无形使得农产品交易的供应环节拉长，增加市场交易成本，变相提高农产品价格，而这一部分价格的提升很少能惠及到处于前端的小农户。这种信息的不对称及其所造成的种种不合理现象成为长期存在于我国农业产业链中的痛点问题。同时，由于小农生产的规范化、标准化程度低，使得在此基础上所产生的信息价值难以有效应用到实践中。当前，在中央政策引导下，农业适度规模经营在各地加快推进，但在相当时期内以家庭经营为主的2.3亿小农户仍是我国农业生产的重要力量。在农业经营转型中，小农经营、规模经营不可偏废，农业经营主体和方式的选择应与区域农业发展实际相适应；因此，在这种形势下，发展农业大数据要兼顾规模化生产需求和小农户分散经营这两种经营主体对农业大数据的需求，统筹利用好市场手段和政府支持两种途径发展农业大数据，破解制约我国现代农业发展的信息不对称难题。

从当前看，发展农业大数据的重要意义可以概括为如下几个方面。

大数据即大样本，把握农业生产基本规律，提升农业生产效率和农业资源利用率

21世纪以来，以高效集约为特征的精准农业已成为发达国家现代农业的重要生产形式。依托大数据和先验知识基础的机器学习、深度学习等人工智能技术创新不断提升数据分析处理能力、数据挖掘能力和辅助决策能力，核心是通过大数据的应用来降低现代农业发展过程中的试错成本，提高决策的准确性、时效性。精准农业不仅带来高产，更重要的是提高生产效率。在同样产量的前提上，减少投入；在减少投入的前提上，提高产量。只有投入和产出成正比才能获得收益；只有投入和产出的比例越小，获得的收益才能更大。

大数据即大资源，数据共建共享打通数据通道，充分发挥市场在资源优化配置中的作用

大数据在农业领域的应用能为农业行业带来创新和改变，使在农业产业链各环节和不同主管部门之间的数据合理有序地存储在一个公共开放的数据云空间，进一步打通不同区域、不同部门之间的数据通道，打破区域、部门之间的信息不匹配，促进农业生产要素的流动，以市场手段合理优化农业生产要素的配置方式。

大数据即大市场，实现生产与市场需求的精准对接，提升农业宏观调控和管理决策能力

目前从国内现实情况来看，正处于从“商品小农”向“现代小农”过渡的关键期，小农生产还将作为农业生产的常态形式在一定时间内存在。小农的现代化关系到农业现代化的实现和农民能否持续稳定增收。十九大报告与2018年中央一号文件中也提出要充分考虑小农户与现代农业的有机衔接，破解目前小农户与大市场矛盾的难题。将农业生产过程中的数据汇总到统一的大数据平台，合理预测市场需求，提前规划生产，并通过平台实现供需精准对接，让小农融入特色农业产业的创立和发展，参与市场竞争，分享产业发展红利，以农业大数据服务加快推进小农现代化、实现跨越式发展。要着眼满足小农户和新型经营主体的生产经营需要，立足服务农业生产产前、产中、产后全过程，以政府引导+市场主导的形式，提升大数据服务农民的能力。

运用大数据技术，发挥农业大数据在指导市场预测、调控方面的作用，可以及时准确预判未来市场发展趋势，从而更好地发挥政府作用，提升农业宏观调控和科学决策能力，推进农业供给侧结构性改革的逐步深入，促进总量平衡、结构平衡、质量提升，以实现农业行政管理高效透明为目标，推动“三农”管理方式创新，切实提升农业部门行政效能。

大数据即大营销，洞悉消费者偏好，有利于供需双方建立稳定的信任关系和农业品牌的打造

借助大数据实现对消费者行为洞察，包括消费目的动机、态度选择、购物评价、行为、决策过程，而这些有价值的发现需依赖于在海量数据基础上建立的行为决策模型。近些年来农产品电子商务发展快速，已然成为消费者购买农产品的重要渠道。而电子商务等相关领域持续的数据、信息积累有助于探索挖掘和研究消费者消费行为相关数据，对于供应端来说研发更加贴合消费人群需求偏好的新产品无疑是具有非常重要的参考价值，并能持续优化和完善已有产品。大数据、大营销，还原消费者为“人”，还原营销为“生活”，实为“大”的本意[7]。与此同时，借助产业链前端大量的数据积累和区块链等先进技术手段的应用，打造科学种植、源头可溯，更能加强生产者与消费者之间的互动，有助于建立良好的信任关系，增加消费粘性，塑造良好的品牌形象，进而带来更多的品牌溢价。

大数据在农业中的应用

推进农业农村大数据发展，加快数据整合共享和有序开放，不断推动大数据在农业生产、经营、管理和服务等方面的创新应用，全面服务农业全产业链体系，在现代农业的产业体系、生产体系、经营体系、服务体系、生态体系等构建方面正在发挥或将要发挥更加重要的作用。

建立重要农产品和特色优势农产品大数据平台，充分发挥大数据在农业产业监测预警与宏观调控中的作用

通过建立重要农产品和特色优势农产品数据库，实现对国家或者区域重点农产品品种监测、总量调控。充分利用遥感监测、统计上报及渠道采集数据，构建农业产业大数据库，实现共建共享。在此基础上，加强对数据整理、分析建模、预测预警、数据脱敏等信息处理，以消费需求为导向建立完善的重要农产品和特色优势产业市场监测指标体系和预警预测分析系统，研判国内外农产品市场供求形势，组织专家解读市场热点问题，充分利用各类媒体手段，及时对市场运行风险进行预警，帮助农民识假辨假，防止生产盲目跟风和市场过度炒作。定期发布重要农产品价格信息，增强价格信息更新的及时性和这些信息对农民的可及性，同时还支持服务组织为农户和新型经营主体提供个性化市场信息定制服务，提高服务的精准性和有效性[8]，从而更好地为农业生产决策和市场调控服务，尽可能地避免因信息不对等造成的产业结构调整的趋同性和短期性，避免价格过度波动，建立以消费需求为导向的供给体系，更好地指导农业供给侧结构性改革的深入推进。

我国农业供给侧结构性改革深入推进，越来越多的农业企业利用大数据来把脉市场变化；同时，相关政府部门也将大数据信息监测预警作为创新农业管理方式、增强市场调控的新工具。目前，已经建立了部分特色优势农业产业大数据平台，如生猪、蛋鸡等产业大数据平台的建立，平台的效应正在逐步释放。正如农业部市场与经济信息司副司长王小兵在2017中国电子商务创新发展峰会上所讲，“农业大数据不在于大，而在于利用互联网树立单品种突破的全产业链思路”，立足本地，选准当地特色优势产业，因地制宜建设好特色农产品优势区，大力推进“一村一品”“一乡一业”。电子商务已然成为培育优势特色产业的一种强有力的方式。通过大数据、移动互联网等信息技术的应用，培育特色优势产业“连接上互联网”，以电商发展带动特色产业发展，从而做出产业特色，做大产业规模。

通过大数据应用平台，实现同一地域、同一品种的优势特色农产品“上网”，生产者在网上平台联合，达到线上规模效应，可以把分散的小农联合起来，促进合理制定生产计划、优化配置生产要素，提高小农生产的标准化、科技化水平，以线上规模效应引领线下标准化生产，提升产业化水平[9]。鼓励新型农业经营主体和农业产业化龙头企业对接互联网产业平台，通过互联网连接小农，推动全产业链合作、提供信息技术服务、促进土地流转交易信息共享，加快建设能够有效集聚小农生产资源、分布式开放对接的互联网产业平台。期待农业大数据在乡村振兴战略实施过程中，在培育优势特色农业产业、促进农业产业兴旺中发挥更大作用。

以大数据平台统筹共享全产业链大数据资源，打造现代农业产业链生态体系

以农业大数据平台为基础，充分利用移动互联网、云计算、物联网等新一代信息技术与农业的跨界融合，统筹共享全产业链大数据资源，打造基于互联网平台的现代农业新产品、新模式与新业态。如国内的神州信息依托其在智慧城市、农业、金融、运营商、制造等多个行业完成的大数据布局，储备了土地信息、生产信息、交易信息、经营管理信息等产业链的数据资源，从而为土地规模化耕种、精准农业等问题提供解决方案。在土地所有权确认的基础上，神州信息开发的农村产权交易平台以土地为主，集物权、股权、产权等农村生产要素为一体，有效促进土地大规模流转，快速实现土地产权流转交易的同时，发放土地经营权流转证，并据此帮助产权交易平台上河北平乡县经营规模在20亩以上的大户取得抵押贷款的资格，土地流转助力规模化生产。成立于2010年的Farmeron公司总部坐落于美国的哥伦布市，该公司于2011年11月正式推出基于Web端的农产品管理工具，旨在为全球农民提供类似于Google Analytics的数据追踪和分析服务，农民通过使用其软件，记录自己农场的情况，快速有效地预测利润、跟踪开支，从而更加高效地安排工作，更妙的是，该软件利用GPS可以给出任何位置的历史气象数据，帮助生产决策提供参考，而所有的数据和分析都可以通过移动用户界面清晰了解，帮助农民更加容易地获取他们的田间情况。

依托物联网建立大数据的挖掘和分析，为智慧生产运营提供支撑

以精准农业、智慧园区建设为特征的现代农业园科技示范工程在全国各地逐步展开，推动了物联网、智能装备等在农业生产中的应用，也推动了农业物联网云服务平台的建设。大气候农业公司就是基于智能硬件打造农业物联网，通过建立局部的农业大数据平台，为智慧生产提供建议的一家公司，其自主研发的“农眼”智能监测系统是一款集成化程度很高的农业监测产品，通过数据积累、分析实现局部气象预报、病虫害预测、土壤监测等功能，该系统的特点是其模块化的安装设计为更多监测设备的叠加预留出了空间，该系统依托“气候云”大数据平台和“农眼”APP，共同实现农产品安全全程可追溯的功能，为智慧生产和品牌塑造提供数据支持。

建立基于大数据的农产品质量安全溯源体系，为品牌农业发展提供坚实基础

农产品质量安全关乎国家战略安全，党中央国务院高度重视食品安全工作。在“互联网+”的大背景下，通过移动互联网、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术与农产品质量安全工作跨界融合，创新基于互联网平台的现代农业新模式，对各类农产品在生产、加工、流通和消费等过程中的各阶段信息进行快速采集、信息管理、条码打印、数据上传、辅助决策等，建立农产品质量安全追溯管理信息平台，实现农产品“从农田到餐桌”全过程管理与可追溯，确保老百姓“舌尖上的安全”，以实现从源头把控农产品品质，打响农产品品牌。

大数据为我国农业生态环境问题的解决提供了巨大空间，助力绿色兴农发展

目前农业生态环境问题突出表现在耕地污染、水资源短缺、耕地退化等方面，随着大数据时代的到来，农业大数据为农业生态环境问题的解决提供了巨大空间。My Smart Farm 是一家美国的农业大数据公司，其致力于帮助农民实现更适应自然的耕种模式，即更多地利用大自然的技巧，以更低的生产成本让作物获取更多的重要的天然植物营养素，系统将收集的数据与预测数据相结合，包括田间、实验室和卫星传感器数据以及地理信息系统数据，通过与气候数据结合产生新的数据分析并将其加入到农民原有数据中，生成一个便于操作的管理仪表板，从众多参数中指明需要快速决策的内容，从而及时采取行动。这不仅节约水和化学产品的使用，更帮助农民实现农业生态可持续的耕作。同样来自于美国的Blue River Technology 是一家计算机视觉与机器人公司，其通过计算机视觉技术可以实现从农作物中精准识别出杂草的功能，并有选择性地将这些杂草去除，从而实现减少农药使用的目的，帮助发展有机农业生产。

大数据+共享经济，激发乡村闲置资源，将促进共享休闲农业爆发

透过大数据洞悉游客出行路线和消费倾向，对于农户发展乡村旅游选址提供决策支撑，同时也为开发休闲旅游产品提供依据，大数据促进休闲农业和乡村旅游的发展。共享经济与休闲农业的融合则将休闲农业进一步带入了共享休闲农业模式。共享经济本质是依靠互联网技术，尤其是大数据技术将社会闲置资源重新利用，是所有权与使用权的分离，是通过平台的搭建促进个体之间的交易，进而创造出新的市场价值，是互联网时代重要的产物[12]，而区块链技术为数据的流通与共享提供新的方法与思路，通过区块链技术与大数据技术的融合可以颠覆传统共享经济商业模式。近年来，共享农庄模式成为休闲农业和乡村旅游的热点话题，这种模式成为解决农产品滞销和价格波动、美丽乡村建设、乡村旅游可持续化等问题的有效举措。对于政府而言，“共享农庄”模式，通过大数据平台上的资源整合、交易，将农村闲置资源与市场休闲农业和乡村旅游消费需求之间进行最大化、最优化地重新匹配，将不确定的流动性转化为稳定的连接，间接地缩减了城乡差距问题。“大数据+区块链+共享经济+休闲农业”的发展模式，将开启“大数据+共享经济”休闲农业乡村旅游发展新里程。

农业大数据发展的挑战与机遇

农业大数据发展面临的机遇

国家高度重视农业大数据的应用。随着信息化和农业现代化深入推进，农业农村大数据正在与农业产业全面深度融合，日益成为智慧农业的神经系统和推进农业现代化的核心关键。当前我国农业发展正处于传统农业向现代农业加快转变的关键阶段，面临着农产品需求不断增加、资源紧缺、气候变化导致灾害频发、生态安全脆弱、生物多样性持续下降等严峻挑战，需要利用大数据推进农业资源利用方式和农业生产方式的革命性转变。为了大力推动农业农村大数据的发展和应用，国家先后出台了《关于促进大数据发展行动纲要》《关于促进农村电子商务加快发展的指导意见》《农业部关于推进农业农村大数据发展的实施意见》《农业农村大数据试点方案》等文件和政策，积极部署各地加快推进农业大数据的发展和应用。

农业大数据发展的基础已经具备。数据的获取是大数据发展的基础，农业物联网、农业数据云平台、卫星遥感平台等在农业中的应用越来越普遍，农业大数据基础设施建设逐渐完善，使得我国在实时获取农业信息方面的能力不断增强。经过一段时间的积累，我国已经储备了海量的以结构化数据为主，视频、图片等并存的农业数据，为将来的应用打下了坚实的基础。在科研人员的努力下，数据挖掘、关联分析、知识发现等大数据技术也在不断地进步。目前农业大数据在农业气象、农业资源环境、农作物育种、农业生产、动植物疫病防控、农产品流通、农机作业等方面的应用已经取得积极进展，大数据在监测生产进度、市场运行等方面的作用也已初步显现。

在农村网络基础设施建设加快推进和网民人数快速增长的大背景下，特别是移动互联网、云计算、大数据、物联网等新一代信息技术的快速发展，使得农业农村大数据的应用也取得了初步的成效。农业部制定印发了《推进农业农村大数据发展的实施意见》，组织对8个农产品单品种大数据进行试点，遴选认定了38项农业农村大数据实践案例；已经认定三批共210家全国农业农村信息化示范基地；推进政务信息资源和网站整合的力度亦前所未有。更为可喜的是，一些互联网、大数据企业纷纷进军农业农村这片蓝海。这些都为农业大数据的发展应用探索了路子，奠定了基础[13]。

农业大数据发展面临的挑战

数据采集基础设施不完善。网络基础设施是实现大数据农业发展的先决条件，只有高速畅通的网络环境才能为数据统计筛选与分析预测赢得宝贵时间；然而，由于我国农村尤其是偏远农村地区经济发展落后、地质条件相对复杂、人口分布大多分散，规模经营比例不高，物联网的前期投入较高，如果没有政府的支持，农户自己投入大数据采集系统的基础设施建设的动力不足、资金不够。据统计，目前我国仍有5万多个行政村未能接通宽带，这一短板极大地阻碍了大数据农业的发展进程。

农业大数据人才匮乏。农业大数据的发展离不开雄厚的人力资源保障，不仅需要精通农业的相关人才，还需要懂得大数据挖掘处理的计算机、农业数据网络和信息管理的复合型人才；然而，由于农业农村相对落后，条件艰苦、交通不便，收入水平低，一些农业信息数据的搜集工作又需要到农村进行，因此很多懂技术的人才不愿意从事农业大数据的工作。一方面，农村的青壮年劳动力涌入城市务工；另一方面，城市的技术人才不愿意到农村来就业。即使是幸运地引进到相关技术人才，往往也由于没有完善的配套激励措施等原因致使大量专业技术人才逃离农村，造成农业大数据的实践主体严重匮乏[14]。

大数据共享度低。我国的农业大数据开发利用水平还很低，由于体制原因，很多数据分部门管理，数据收集的标准不一、规模不大，部分数据仍然处于分散的状态，无法实现共享。即使部分研究单位拥有相关数据库，但是由于小农意识严重、部门利益冲突等原因，造成了一个个数据部门割据的信息孤岛，致使农业大数据资源难以在大数据时代得到共享[15]。

农业大数据发展的建议

推动大数据与现代农业产业的全面融合和持续健康发展，是在实施国家大数据战略背景下，实现大数据带动现代农业全面提升的重大举措。目前，在主管部门和一些互联网企业的进入和积极推动下，我国农业大数据产业发展已经取得了初步的进展，大数据与现代农业融合发展的框架基本上已经形成，但由于种种原因导致农业大数据采集困难、应用成本较高、人才缺乏等问题，造成目前大数据没有像工业、金融、医疗等行业领域一样，对产业的提振作用尚未充分发挥。然而，农业大数据由来已久，随着近些年来的一些技术新贵的出现，使得农业大数据的发展重新焕发生机，走向一个更加多元、开放、融合发展的格局，农业大数据发展的号角已经吹响。

发展农业大数据，涉农部门还需多方合力。对政府而言，首先应当推动大数据的基础设施建设。大力推动通信基站、电信宽带的建设，为各类农业经营者“触网”、联通大数据提供基础；二是要尽可能开发政府掌握的各类涉农大数据，以供农资企业合理调配生产，并制定针对各区域各品种的农资解决方案；提供政策支持，做好示范推广，引导涉农企业、大数据企业构建以品种或区域为中心的农业大数据平台[16]。对于农业生产者，要积极拥抱农业大数据带来的改变，学习相关的知识，培养和招聘大数据相关的人才，积极开拓和应用大数据，并参与到农业大数据平台的建设中来。

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