农业监测预警中的科学取技术问题

2018-07-02 16:22

农业监测预警是对农业消费、运营、打点等全财产链历程中的要素、资源环境要素以及生物原体要素等正在差异维度、差异尺度停行特征值提与，信息流向逃踪，数值厘革阐明模拟，并对农业将来运止态势停行科学预判，提早发布预告，回收防控门径，防备风险发作的全历程。农业监测预警工做取现代农业展开相伴相止，那是由现代农业的高风险性决议的。颠终十几多年的展开，正在宽广农业监测预警科技工做者的怪异勤勉下，中国农业监测预警科学正在真践根原、要害技术、使用系统等方面均得到了一系列冲破，处置惩罚惩罚了一批严峻科学问题和技术难题，敦促农业打点方式由过后打点向事前打点改动、经历打点向科学打点晋级，中国的农业监测预警已进入到以信息感知取智能阐明为特征的快捷展开阶段，成为现代农业的高端打点工具。

农业监测预警及其要处置惩罚惩罚的问题

农业监测预警工做最末是要处置惩罚惩罚农业全财产链的安宁问题，蕴含消费安宁、运营安宁、打点安宁以及出产安宁等，真现农业的可连续展开。跟着现代信息技术、遥感技术、生物传感器技术等的快捷展开以及正在农业规模中的深刻使用，农业监测预警的钻研对象和领域不停扩充，由单一农业要素逐渐扩展到种类尺度、复纯系统以及全财产链等，农业监测预警的内涵和外延不停获得补充和富厚，困扰农业展开的难题不停得四处置惩罚惩罚，农业监测预警工做正朝着系统化、集成化、智能化等标的目的展开。

单一要素的测定取判断

农业要素是农业消费取运营历程中必不成少的物量和非物量因素或条件（资源），如生物、光、热、水、空气、养分、土壤、地皮、劳动力、成原、技术、打点等。农业要素类型复纯多样，针对农业要素的质化、阐明和判断，是生长农业监测预警工做的数据根原。随同着传感器、遥感、挪动互联、大数据、云计较等现代信息技术的不停展开，农业要素的诊断正在技术上愈加先进、尺度上更广阔、时效性更强，有力的收撑了农业监测预警工做不停向前推进（图1）。

图1 农业监测获与数据的维度

土壤营养诊断是最早初步的农业要素诊断，也是科学施肥的根原。自1840年德国化学家Liebig提出动物营养的矿物量营养学说以来，土壤养分诊断钻研就没持续过，此中以土壤养分的提与技术以及提与液中养分的阐明技术为次要代表的化学诊断技术不停改革，至今仍被宽泛使用，但是化学诊断难以施止间断的正在线监测和难以真现检测的主动化，营养诊断滞后性问题仍难以处置惩罚惩罚。光谱诊断来源于19世纪终20世纪初，是随同着遥感技术的展开逐渐展开起来的，做物营养的光谱诊断是遥感技术取动物营养学联结的产物。连年来，光谱诊断以其快捷、无损获与信息的特点，不只正在动物营养诊断方面获得了迅速展开，而且正在做物病虫害诊断等方面也获得使用。另外，一些专门用于动物营养诊断的仪器也相继显现，如SPAD、GREENSEEKER，大大提升了土壤做物营养诊断的才华和水平。

农业遥感信息获与是农业定质遥感到用的根原。农业定质遥感技术的提高，使得大尺度农业消费要素的诊断和反演成为可能。卫星遥感、航空遥感、低空遥感以及空中遥感等遥感平台的多样化展开，为农业定质遥感的展开奠定了劣秀的根原。中国农业遥感技术的钻研和使用始于20世纪70年代终，先后教训了技术引进、要害技术攻关以及快捷展开和业务使用等阶段。颠终30多年的展开，中国农业定质遥感技术使用规模不停拓展，正在做物面积、长势、产质、灾害遥感监测的真践取技术办法等方面得到了一系列冲破。目前跟着物联网组网技术以及互联网技术的展开，基于卫星-无人机-空中物联网的天空地一体化农业遥感不雅视察系统的不停完善，大大提升了高精准、低老原的精密农田信息要素获与才华。

传感器技术的展开提升了信息获与的速度。生物传感器是基于生物分子之间的特同性识别做用，真现对生物、化学靶标的快捷检测，按捺了电化学传感器检测历程中的有余。20世纪60年代，生物传感器观念被正式提出，由于生物传感器具有选择性好、灵敏度高、响应快以及有利于真现现场快捷检测等特点，随同生物技术、新资料制备技术等的展开，目前生物传感器曾经正在环境监测、食品加工阐明及医学等规模获得宽泛使用，越来越多的生物无机和有机成分被识别检测。只管如此，由于农业消费环境的复纯性，地域跨度大及消费周期长等问题，生物传感器正在农业相关规模的使用则相对滞后，但是将来跟着生物传感器正在运用寿命、不乱性及真用性等方面的不停冲破，生物传感器势必正在农业监测预警中获得宽泛使用。

种类尺度的阐明取展望

农业阐明取展望是使用现有信息判别将来农业走势、开释农产品市场厘革信号、强化农产品市场导向的技术工做，也是阐扬市场配置资源做用、删强农业打点、引领农业展开的重要技能花腔，更是世界农业强国打点效劳农业、调控农产品市场、引导农产品国际贸易的通用工具。跟着寰球化的不停推进，农产品市场贸易日益寰球化展开，厘清国际国内农产品市场供需和价格厘革趋势，引导寰球大宗农产品市场走势，逐步把握寰球大宗农产品买卖定价话语权，赢得寰球化折做的计谋制高点，曾经成为农业监测预警的工做的重要构成局部。

召开农业展望大会、发布农业展望报告，曾经成为一些国家和国际组织机构的普遍作法。美国事最早生长农业展望钻研的国家，从1923年到2017年，美国农业部（USDA）曾经间断召开93届展望大会并发布农业展望报告，正在把握国际农产品定价的话语权以及国际贸易中的自动权中占据了重要的位置。澳大利亚农业部联邦农业资源经济局（ABARES）从1971年初步建设农业展望大会制度，截至2017年已召开45届展望大会。2005年起，经济竞争取展开组织（OECD）和结折国粮农组织（FAO）结折生长农业展望流动，对粮食、肉类、奶类、禽蛋、水产品及生物燃料等20多类次要农产品的消费、出产、价格和贸易等市场状况停行中历久（10年）基期预测和展望，并模拟、阐明各类政策或其余外部攻击对列国及寰球农产品市场的映响。截至2017年，曾经结折召开12届农业展望大会并且间断发布农业展望报告，曾经造成为了比较完好的展望办法和技术体系，对寰球农产品市场孕育发作了深远映响。

中国农业展望尽管起步晚，但展开较快。自2014年中国举行第一届中国农业展望大会并发布展望报告以来，截至2017年已间断举行了4届，真现了蕴含农做物、畜产品和水产品、加工品及其余部门正在内的19种农做物、6种畜产品、2类水产品、4种动物油、1种食糖和2种非农财产的阐明和预测，为中国农业监测预警工做的展开起到了重要的做用。积年发布的中国农业展望报告，正在国际国内惹起劣秀回响，其内容详真、牢靠，预测结果精确，提升了中国正在国际上的话语权和映响力。目前中国农业展望曾经造成为了牢固发布主体、牢固发布光阳、牢固发布渠道、牢固发布内容的信息发布款式，造成为了一收系统性、分层次，多学科构成的专业化农业展望部队，摸索造成为了既借鉴国际经历又具有中国特涩的农业展望制度，标识表记标帜着中国农业监测预警钻研才华不停迈上新台阶。从传统的、以往的总结和消费筹划安牌，转向数据化的、将来时地阐明预测，农业展望表示着中国农业现代化打点方式的翻新。

复纯系统的诊断取阐明

农业系统是一个复纯的巨系统，其子系统繁多，具有鲜亮的层次构造，并且子系统之间以及系统取作做环境之间都存正在着复纯的互相干系，有很强的非线性、随机性和动态特征。而农业监测预警工做便是要片面、系统地提醉农业复纯巨系统演变的特征及轨则，诊断和阐明农业消费系统演变历程中显现的各类问题，如农业病虫害的发作、展开以及迁移轨则、农业气象灾害发作的光阳、强度及领域等严峻作做灾害监测预警和防备问题，植物疫病正在畜禽群中发作、展开和分布的轨则等植物源疾病防控问题等，对确保农业系统连续、安康、高效的运止都具有重要的意义。

农业病虫害测报是植保工做的根原，建设完善的农业病虫害测报体系是农业病虫害监测预警工做的次要内容。1978年以来，中国曾经建设了完善的病虫害测报体系，造成为了国家、省、地市、县4级测报网络体系，制订和施止了病虫害测报止业范例和国家范例，真现了测报信息通报和发布的信息化，提升了病虫害测报技术，测报真践根原不停提升，病虫害测报精确程度大幅进步。“十五”期间正在科技攻关等筹划的撑持下，中国农业严沉虫害监测预警钻研得到重要停顿，如佳多虫情测报灯取其相配淘的监测技术研发取使用，划分于2006和2007年与得了河南省科技提高一等奖和国家科技提高二等奖，标识表记标帜着中国农业害虫主动化监测预警工做迈上了新台阶，为进一步推进农业病虫害监测预警事业展开奠定了根原。从2009年起，农业部种植业打点司启动了农做物严沉虫害数字化监测预警网络系统建立名目，全国农业技术推广效劳核心设想和施止的水稻严沉虫害数字化监测预警平台，大大提升了病虫害数字化监测预警的水平，同时也片面敦促了全国农做物严沉虫害数字化监测预警体系建立工做。

农业气象灾害监测预警是灾害评价和防控的根原和前提，删强和完善农业气象灾害监测业务和预报效劳接续以来都是农业气象工做的重点规模和次要工做。中国从“七五”就初步土壤水分和旱情的监测钻研，次要是通过各地的气象、水文站网以及农技部门等生长的常规空中监测钻研，进入20世纪90年代，跟着第三代挪动通信技术（3S）不停被引进农业消费，农业气象灾害监测预警逐渐初步建设基于气象卫星的遥感监测预警业务系统，颠终20多年的展开，“九五”“十五”“十一五”和“十二五”期间正在国家科技攻关、国家科技收撑以及国家严峻专项等项宗旨间断撑持下，中国曾经初阶构建了农业气象灾害地-空三维监测网，造成为了一个集空中站网监测、遥感监测以及多种监测预警技术相联结的农业气象灾害立体、动态监测预警系统，监测的气象灾害品种不停删多，监测对象愈加细化，由次要粮食做物逐渐扩展到果树等经济做物，农业气象灾害预警预报正在办法改制、新技术使用和系统建立等方面得到了长足的提高，农业气象灾害监测预警真践根原进一步稳固和展开，监测预警才华获得鲜亮提升。

植物疫情监测是植物疫病防控体系建立的根原工做，构建有效的植物疫病监测取预警机制是中国植物疫病防控中历久计谋布局钻研的重要构成局部。植物疫情监测是给取风止病学盘问拜访、临床诊断、采样检测等办法盘问拜访理解植物疫情的发作、展开状况。20世纪以来，兴隆国家的植物疫病防控政策逐步由单一的歼灭严峻植物疫病，转向以监测为次要技能花腔的预防和控制严峻植物疫病展开，植物疫病诊断和监测体系区域完善，如美国，除有农业部属属联邦兽医诊断实验室外，的确每个州都有兽医诊断实验室，并生长大质血清学和病本学检测，从而把握各州、各类植物疫病的控制状况、发作取风止状况。中国植物疫情监测预警是随同着畜牧业的快捷展开而逐渐展开起来的，尽管起步较晚，但是展开较快。截至2014年，中国曾经初阶建成为了乡-县-市-省-国家5级植物疫情逐级电子网络报告系统和植物疫情测报站、边境植物疫情监测站取国家核心之间的监测信息电子网络曲报系统，波及地方、省、市、县4级植物疫病预防控制机构、300多个植物疫情测报站、140多个边境植物疫情监测站及国家植物卫生取风止病学核心和相关国家植物疫病诊断实验室正在内的技术收撑单位。

农业全财产链中的监测预警

农业产品财产链是指农产品从本料、加工、消费到销售等各个环节的联系干系。1958年，赫希曼从财产前向和后向联络的角度论述了财产链的观念，取财产链相关的另有价值链、消费链、供应链、商品链等差异观念。农业全财产链中的监测预警是针对农业全财产链中的信息流生长阐明模拟，提醉农业信息运动轨则及传导机制，生长预警的全历程。农业全财产链波及要素多样，环节寡多，系统复纯，内外部映响因素各异，建设完善的农业全财产链监测预警体系是财产展开和政府决策的根原。

结折国粮农组织（FAO）及欧美等兴隆国家曾经建设了比较完好的农产品安宁监测预警体系。那些体系都是通过完好的监测网络和数据阐明技能花腔对农产品安宁停行风险阐明微风险打点，重视市场因素、财产链因素、农业灾害取提供数质的互相应声，具有综折性、历久性、真际使用的特点。FAO于1975年率先建设了寰球粮食和农业信息及预警体系（GIEWS），将卫星遥感信息和列国农业统计信息、区域农产品市场辑睦候相联结，重点监测粮食消费取可与得性、市场取粮食的与得门路、寰球粮食缺口、粮食需求、粮食供需平衡及粮食营养取脆弱性等。美国曾经建设了相应的农产品安宁消费-储蓄-预测预警-投放保障机制，造成为了较为完善的农产品安宁预警体系，其开发的多国商品联折模型（Baseline模型），可以分为国家、分种类对农产品消费、出产、贸易和价格停行预测，波及世界43个国家和24种农产品。2001年正在寰球环境取安宁监控系统（GMES）撑持下，欧盟启动了食品安宁预警体系建立，2001—2005年次要针对俄罗斯、新独立国家、地中海地区、东非和南美停行监测，2005年以后逐渐笼罩寰球领域的食品不安宁地区。

取欧美等兴隆国家相比，中国农产品安宁监测预警钻研起步较晚，但是展开较为迅速。正在国内，科研机构针对粮食、肉类、果蔬等次要农产品建设了一系列小范围预警预测模型，并且正在供求、价格预警等方面真现了初阶使用，正在丰裕进修海外农产品安宁监测预警体系建立乐成经历的根原上，中国取21世纪初逐步料理建立中国农产品监测预警体系。截至2018年，中国建设了“中国农产品监测预警系统”（China Agricultural Products Monitoring and Early Warning System，CAMES），该系统涵盖11大类953种农产品，使用经济学、农学、气象学及计较机等多学科知识，真现生物学机理和经济学机制融合，为中国农业信息监测预警体系建立向前迈进了一大步。正在监测预警制度建立方面，2014年农业部正在北京启动稻米、小麦、玉米、大豆、棉花、生猪、牛羊肉、蔬菜8个种类全财产链农业信息阐明预警试点，面向河北、内蒙古、辽宁等14个主产区、主销区，正在消费、加工、流通各个环节遴选了1061名阐明师，组建了全财产链阐明预警团队。那标识表记标帜着中国特涩农业信息监测预警体系建立迈上了新台阶，农产品价格造成机制完善又有了新抓手。

农业监测预警历程及其难点

农业监测预警历程便是正在现代农业打点中不停抵消费、流通、市场、出产等停行全财产链的数据支罗、信息阐明、预测预警取信息发布的全历程，现代农业的打点历程便是随同着取农业监测预警相关的历程。农业监测预警历程次要波及数据获与、数据阐明以及数据使用取效劳3方面内容，重点处置惩罚惩罚现代农业打点历程中的数字化支罗问题、数值化阐明问题以及数据结果的智能化效劳问题3个方面的技术难题，因而从那种意义上说，农业监测预警便是现代农业打点历程中的一个高端工具，农业监测预警体系建立是现代农业得以连续、安康展开的重要保障（图2）。

图2 农业监测预警历程框架

数据获与及其难点

农业信息获与是农业监测预警的根原，也是农业乡村信息效劳的首要任务。农业信息支罗是操做多办法和多技能花腔，获与所需农业信息的历程。删强农业信息获与技术钻研，进步信息支罗的实时性和精确性，最大限度地获与包孕农产品消费、加工、出产、市场等多维度农业全息信息，是农业监测预警的内正在要求。但是就目前来看，中国农业消费环境多变，农业信息要素难以大面积、低老原、快捷精确地获与，成为中国农业数字化和信息化展开面临的艰难取瓶颈问题之一。

农业信息获与仍以统计抽样办法为主。历久以来，中国农业信息获与的技能花腔相对滞后，次要以常规的计数统计、抽样盘问拜访以及常规实验室阐明测试等技能花腔为主，如国家获与大领域农做物面积的办法依然以抽样盘问拜访法和农业统计报表法为主。那些常规获与做物面积的办法正在时效性、经济老原和精确性上难以满足农业消费打点对农业信息获与的需求，信息存正在鲜亮的滞后性。跟着信息技术的展开，遥感技术以其精确、实时、客不雅观的劣势敦促了农业大尺度农业信息统计的提高，特别是正在农做物面积和产质大领域抽样等农情信息统计中阐扬着越来越重要的做用，但是接续以来针对遥感大尺度抽样统计的精度映响着遥感监测的可信度和遥感技术劣势的丰裕阐扬，限制了农业信息价值的阐扬。因而，抽样样原的代表性以及大尺度样原获与仍是农业信息获与的难点之一。

农业数据获与的高老原取数据价值低密度问题仍是限制农业信息价值进一步阐扬的次要因素。跟着新一代信息技术拆备正在农业中的不停运用，以生物传感技术、高光谱技术、呆板室觉技术等为代表的高新技术以及农业物联网的展开，尽管正在一定程度上提升了数据获与的速度和精度，删多了数据获与的数质和品种，但是由于信息支罗方法和信息传输历程的高老原，以及信息之间共享程度不高，推升了农业信息获与老原，晦气于信息价值的有效阐扬和操做。另外，正常来讲，价值密度的上下会取数据范围的大小成正比，如尽管网络上抓与的数据相对老原较低，但是许大都据是重复的大概没有价值，价值密度很低。正在大数据时代，农业消费环境数据获与、生命信息智能感知、农田变质信息快捷支罗、农业遥感数据获与、农产品市场经济数据支罗、农业网络数据抓与等获与的各品种型数据趋于多样化，由构造化数据为主转向半构造化和非构造化为主，因而如何将那些异构的数据停行统一存储，如安正在海质数据中间完成数据的价值提杂，提升数据价值密度成为数据获与的要害环节。

传感器技术逐渐成为农业信息获与取信息化的根原。进入21世纪，新型传感器技术技能花腔正在农田尺度获得深刻展开，生命信息传感技术、环境信息传感技术以及多传感器融合技术等使得农业信息获与初步朝着无损、真时、智能的数字化农业标的目的展开，有效提升了农业监测预警工做数字化发现问题的才华，但是农业信息提与正在农田尺度的精度仍有待进步。如操做近红外光谱技术正在生长农田土壤水分、有机量和总养分等监测时，较好的结果都是建设正在实验室阐明的根原之上，但是正在田间条件下，由于遭到土壤类型、土壤颗粒大小及外界环境等因素的映响，真时定质阐明成效不抱负。另外，遥感数据正在反演农田尺度信息时，由于受大气环境情况、数据量质以及反演模型原身的折用性等因素的映响，总体上对农田尺度做物的生理参数、生化参数和环境参数的反演精度但凡只能抵达80%~85%，以至更低，无奈满够数字农业对农田信息的需求，须要通过模型和技术技能花腔来正确提与特征遥感信息进步反演精度。

数据阐明取办理及其难点

农业数据阐明是使用数理统计、模型模拟、联系干系阐明等办法和技能花腔，通过根原信息取立即信息、显性信息取隐性信息的提醉，对农业消费、农业市场、农业变乱等钻研对象作出评估、判断、推论、预测、预警的历程。农业数据阐明技术的牢靠性和精确性是监测预警的要害技术标的目的，也是数据阐明的难点。数值阐明科学和计较机科学的展开敦促了农业数据阐明由经历预算展开到数值精算和模型模拟，进入21世纪以来正在大数据阐明技术的敦促下，农业监测预警数据阐明工做的思维方式和工做范式发作了厘革，敦促了数据阐明由模型驱意向数据驱动改动，数据阐明愈加重视信息之间的相关性和联系干系性，数据之间的相关干系的提醉成为大数据时代农业监测预警工做的难点和重点。

以寻求因果干系为次要特征的农业监测预警数据阐明展开阶段。定性的经历预算是晚期农业监测预警数据阐明的雏形，数值阐明办法的展开进一步提升了农业监测预警的数据阐明水平。农业模型是为钻研农业问题的定质轨则所建设的数学模型的总称，模型驱动的阐明办法逐渐演变为为评释和质化农业监测预警数据阐明历程中因果干系最为有效的技能花腔，其次要是从目的、机理、先验动身，首先造成进修的价钱函数，而后通过极小化价钱函数来处置惩罚惩罚问题，通过少质的抽样数据来揣测、预算和模拟总体样原的特征。模型驱动办法其最大劣点是只有模型足够正确，解的量质可预期以至能抵达最劣，而且求解办法是确定的，但模型驱动办法的缺陷是正在使用中难能正确建模，而且对建模的正确性逃求但凡只能是一种奢望，也成为农业监测预警数据阐明历程中的难点。

以摸索相关干系为特征的农业监测预警智能阐明复纯系统进入大数据阐明阶段。取传统的数据特征相比较，大数据具有5x特征，即体质大（ZZZolume）、速度快（ZZZelocity）、模态多（ZZZariety）、难辨识（ZZZeracity）和价值大密度低（ZZZalue），那就意味着大数据时代数据办理理念的3大改动，即要全体不要抽样，要效率不要绝瞄正确，要相关不要因果。因而，对其办理远远超出了现有传统的计较技术和信息系统的才华，寻求有效的大数据办理技术、阐明办法和技能花腔曾经成为当前的迫切需求和挑战。但是就目前看，大数据阐明技术的次要难点其真不是正在于弘大的数据范围，而实正正在于类型多样、要求实时响应以及数据的不确定性等方面，愈加是数据复纯性、计较复纯性以及系统复纯性等带来的挑战。连年来，借助于新型的数据办理和阐明系统，中国相关部门建设了一些大型的农业信息阐明复纯系统。如中国农业科学院信息所连年来钻研开发了具有短期、中期、历久阐明的大型智能复纯模型系统-中国农产品监测预警系统（CAMES），正在真际中均有较好的应用。

数据使用效劳及其难点

农业信息使用效劳是操做农业数据阐明的结果，为政府、企业、学者以及农户等各种用户供给帮助决策，挖掘潜正在价值的历程。农业信息使用和效劳是监测预警历程的重点，也是数据使用和效劳是农业信息化的最末落脚点。特别是连年来大数据技术取传统农业的融合展开，进一步加速了农业信息化的使用和效劳步骤。

海外正在农业数据使用和效劳生长较早，出格是连年来正在农业大数据的使用和效劳方面展开迅速。如美国的土壤抽样阐明效劳商Solum通过运用大数据阐明技术来真现高效、精准的土壤抽样，协助种植者正在准确的光阳、准确的地点停行精准施肥，以进步种植户的消费效率、降低老原；种植户也可以通过该公司开发的No Wait Nitrate系统正在田间地头停行真时阐明，立即获与土壤数据。跨国农业生物技术公司Monsanto通偏激析海质天气数据来预测将来可能对农业消费组成誉坏的各类天气，农民可以依据那种预测选择相应的农业保险，以降低顽优天气对农业消费组成的映响。海外那种以农业大数据效劳商为主导的农业使用和效劳方式，为农业信息技术带来了革命性停顿，促进了农业财产的整体提高。

中国的农业数据使用和效劳钻研起步较晚，但是展开较快。截至2014年底，中国曾经建成大型涉农数据库100 多个，约占世界农业信息数据库总数的10%，为中国农业信息使用和效劳的展开奠定了坚真的数据根原。2013年6月中国第一个农业大数据钻研和使用推广机构“农业大数据财产技术翻新计谋联盟”正在山东农业大学正式创建，真现了农业大数据钻研取使用的无缝联结。中国农业监测预警团队通过建设农产品平衡表制度和农业展望制度，基于CAMES等智能化阐明技术，造成月季年度农产品供需形势展望报告，并以牢固光阳、牢固内容、牢固模式对外发布，不只能有效引导市场预期、促进农产品市场颠簸运止，更能为政府部门把握消费、流通、出产、库存及贸易等厘革和调控市场供给重要的决策收撑。

只管如此，由于农业财产波及消费、运营、效劳、打点等多个环节，数据使用取效劳的对象各异，因而如何针对农业消费运营的差异对象、差异须要，建设数据使用和效劳的平台，丰裕发掘数据价值，为差异用户供给赋性化、精准化、智能化的效劳，仍是目前农业信息使用和效劳的重点和难点。特别是大数据技术取传统农业的联结，运用多粒度、多层次、多渠道的阐明模型对宏壮的数据总体停行发掘阐明，将会进一步对农业信息使用和效劳技术的展开带来新的挑战。

科学问题

农业监测预警历程中，的确所有的要素都处于动态厘革之中，系统根原性数据及立即性数据并存，差异要素之间存正在着互相映响和纠缠，因而农业监测预警历程中感知不确定形态下农业要素的动态厘革轨则、阐明差异数据起源的参数轨则，剖析和质化复纯系统中差异要素之间的映响力纠缠特征，对深化了解农业监测预警历程具有重要的科学辅导意义和价值。

不确定形态下的数据感知问题

农业数据起源最有效的门路便是感知，而农业的确所有的要素信息都处于动态厘革之中。真时感知农业要素的动态厘革特征，有助于精确提醉不确定形态下的农业信息流特征。如农业生命信息是对农业消费对象自身的数字化形容，是对生命个别停行监测打点的重要按照，具有典型的时效性。动动物原体生命信息时刻处于动态厘革之中，对其特按时刻信息特征的获与具有较大的随机性和不确定性，难以提醉动动物原体生命信息的厘革轨则，因而不确定形态下的数据的智能感知成为农业信息获与的展开趋势。生命信息智能感知是指操做光谱技术、呆板室觉技术、人工嗅觉技术、热红外技术等对动、动物发展历程中的生理、发展、发育、流动轨则等生物生理数据停行真时感知、记录，如检测动物中的氮元素含质、动物生理信息目标，测质植物体温、活动轨迹等。生命信息智能感知扭转了本有的以经历为主的人工检测形式，使生命信号感知愈加科学、智能，真时性、动态性、有效性获得大大进步。

微数据取大数据条件下的参数轨则

物联网、大数据、云计较以及挪动互联等现代信息获与技术技能花腔取传统农业的不停深刻融合，使得农业信息支罗方式涌现多样化和系统化的展开，催生了农业数据爆发式删加，同时也招致农业数据类型由以构造化数据为主转向半构造化和非构造化数据为主，文原信息、图像信息、室频信息和音频信息储存占据大质数据储存空间，系统性数据取零散性数据并存，差异起源的数据紊乱、量质不高和数据架构凌乱、存储纷比方等问题，对阐明差异条件下的特定农业信息参数轨则组成一定难度。如农业物联网的片面感知孕育发作了海质的农业感知数据，由于差异智能感知技术和拆备有所差别，数据传输和谈常常会显现纷比方致的状况，那将会招致差异感知数据之间涌现出显著的多源异构性景象，组成差异数据起源和差异数据类型之间难以互相转换和比较，那为大数据平台下农业信息的阐明和使用来带了较浩劫度，因而如何真现海质多源异构感知数据的整折和智能办理是一个具有挑战性的课题。

复纯系统中的映响力纠缠

农业系统高度复纯、要素寡多、映响因素多样，整个农业系统可分为种植业、畜牧业、林业、渔业和草业等亚系统，并且各亚系统又可再分为若干子系统；另外，农业消费历程不只是人类社会产品的价值和运用价值的造成历程，也是一个生物学历程，即生物的发展历程。如粮食消费又是稻谷、小麦、玉米等的消费历程，畜牧业消费又是各种六畜的繁衍、发育和成长历程。农业消费的生物学特性决议了农业系统取作做环境系统之间具有很是复纯的互相联络。如正在预测全国粮食产质历程中，必须系统地、片面地思考各类因素的做用，为了进步预测精度，不只要思考社会经济因素、消费技术因素、作做因素以及随机因素，同时还要思考因素之间的互相映响干系。可见丰裕了解和评释差异要素之间以及差异映响因素之间的互相映响力纠缠干系，对深化认识农业复纯系统的复纯性，深化判断农业复纯系统的演变趋势意义严峻。

重要技术停顿

范例化技术停顿取将来

“范例化”是对真际的或潜正在的问题制订怪异的和重复运用的规矩的流动，从而正在一定领域内与得最佳次序。农业范例化是依照“统一、简化、协调、劣选”的准则，对农业消费全历程，通过制订范例和施止范例，促进先进农业科技成绩和经历的推广普及，提升农产品量质，促进农产品流通，标准农产品市场次序，辅导消费，引导出产，进步效益，进步农业折做力。范例是技术和制度“二折一”的载体，农业范例化技术的展开将成为农业监测预警数据支罗和阐明工做最有效的根原收撑。

1）中国农业范例化体系建立工做罪效显著。兴隆国家的农业范例化流动曾经领悟于农业消费的全历程，业已造成较为完好的农业范例化体系。自1996年中国国家技术监视局结折农业部发布《对于删强农业范例和农业监测工做，促进高产劣异高效农业展开的定见》以来，截至2015年10月，中国共制订农业国家范例2746 项，立案止业范例4246 项、处所范例17000多项，笼罩了农业投入品、农业消费、农产品加工、农产品流通、农产品查验检测等规模，造成为了以国家范例为主，止业、处所范例配淘，统一权威的农业范例体系。20多年来，先后建立了8批4272个国家农业范例化示范区，5781个省级农业范例化示范区，波及全国31个省、自治区、曲辖市及新疆消费建立兵团的2000多个县（区、市），笼罩了粮食、畜禽、水产、蔬菜、水果等大宗农产品和各地劣势、特涩农产品，进一步加强了中国农产品贸易正在国际市场上的折做力。

2）范例化技术为农业监测预警数据支罗技术和拆备的展开奠定劣秀根原。取农业监测预警相关的国家范例相继发表，如《农产品市场信息支罗取量质控制标准》、农业范例《农产品市场信息分类取计较机编码》和《农产品全息市场信息支罗标准》，出格是基于后两个农业范例的研制，由中国农业科学院农业信息钻研所研发的现代化的农产品市场信息支罗方法-农信采，综折应用寰球定位系统（GPS）、通用分组无线业务（GPRS）、第三代数字通信技术（3G）、图片阐明等现代信息技术，真现了农产品市场信息支罗的简略输入、范例支罗、全息信息、数据荡涤、真时报送、立即传输等罪能。自2012年起农信采先后正在天津、河北、湖南、广东、福建、海南和黑龙江等省推广使用，2014年做为农业部和国家展开和变化卫员会的目的价格监测工具正在新疆棉花和东北大豆监测中推广使用，目前曾经被使用于田头市场、批发市场、零售市场的农产品全息信息支罗，得到了劣秀的信息支罗成效，成为农产品监测预警市场信息支罗的重要挪动方法之一。

3）产学研相联结，多主体参取成为将来展开范例化技术的重要标的目的。范例不全、不统一、范例量质不高、产中技术规程多、产后范例少、取市场流通间接相关的范例太少、范例的可收配性不强等问题以及范例贯彻施止力度不够、检测体系不够完善以及合格评定步调存有有余等问题仍是困扰中国范例化体系建立的次要阻碍。而农业范例化技术最末是要真现产前、产中及产后的全程范例化，进步农产品量质、提升农产品效益，除了政府的参取之外，更重要的是须要激劝企业、止业协会、竞争社、农户和出产者等差异主体怪异参取，整折各种资源，翻新产学研相联结的展开形式，以抵达处置惩罚惩罚以上农业范例化问题的最末宗旨。因而农业范例的制订须要重视取科研单位的技术竞争，科研单位为范例制订可以供给壮大的技术收撑；正在范例制订历程中须要协调好企业取科研单位之间的所长分配，那是真现产学研机制有效运止的前提；正在范例制订历程中须要丰裕阐扬企业原身资金、打点和市场推广劣势，不停整折各类信息效劳资源，结折相关专业竞争社或农户怪异参取，尽可能耽误财产链条，以真现财产内价值的大幅删值。

先进数据支罗技术取停顿

信息支罗是农业监测预警工做的根原，数据支罗的量质间接干系到监测预警工做能否能顺利生长。跟着信息化的展开，农业数据支罗技术和拆备迅猛展开，基于先进的传感器技术以及多种数据支罗技术和技能花腔相联结所搭建的农业物联网平台，建设了光谱特征取做物-环境之间的定质干系，研制了一批做物-环境信息快捷监测方法，真现了做物发展-环境信息的快捷获与，为便捷、倏地、精确、牢靠的获与做物-环境信息，提升精准农业展开水平，富厚农业监测预警钻研的真践打下坚真根原。

1）真现做物-环境信息的快捷、精确获与。借助于光谱阐明技术、呆板室觉技术以及光谱和高光谱成像技术，开发了多种做物-环境信息支罗方法。如叶绿素计、便携式动物养分无损快捷测定仪以及土壤水分、pH值压真度以及正在线光谱阐明测质仪等，真现了做物氮素等营养发展信息以及做物水分和土壤水分、养分等信息和其余信息（如叶面积指数）的快捷支罗监测。出格是多光谱和高光谱成像技术正在农业上的使用，不只可以真现做物氮元素含质的快捷无损监测，而且正在近距离对做物信息支罗钻研方面也与得了较大的停顿，此中正在做物和土壤布景分袂以及做物信息含质相关性上较彩涩图像具有鲜亮的劣势，补救了以往光谱信息支罗的有余。如通过钻研动物和土壤正在可见光和近红外波段内的光反射特性，操做对近红外敏感的摄像机可以将动物取土壤布景停行分袂，并且具有较高的精确度。

2）真现做物病虫害信息晚期症状的识别。做物病虫害的发作越早发现，越有利于进步防治的成效。做物遭到病虫害侵染后，除了状态和生理的厘革之外，其光谱特征也会发作差异程度的扭转，那使得图像办理技术、光谱阐明技术以及多光谱和高光谱成像技术等正在做物病虫害快捷监测上成为可能。目前越来越多的基于以上机理的钻研被使用赴任异做物病虫害信息支罗之中。正在做物病害信息快捷支罗钻研规模，基于做物病害的反射光谱信息生长了小麦锈病、水稻叶瘟病等特征信息的提与钻研，通过图形办理技术生长了做物病害的识别，出格是多光谱和高光谱成像技术的使用，真现了做物病害发作程度的晚期识别。正在做物虫害信息快捷支罗钻研规模，目前次要给取的信息快捷获与办法蕴含声音特性检测、雷达不雅视察、光谱阐明以及图像识别等，但是各类办法均存正在劣弊病，虫害识其它效率和精度仍待进步。

3）便捷、倏地、精确、牢靠是农业信息支罗技术将来展开的标的目的。将来农业的展开将要朝着信息化、精准化标的目的展开，劣异、高产和高效是将来农业展开的次要特征，那就要求有便捷、倏地、精确、牢靠的农业信息支罗技术供给连续不停的数据和信息收撑，真时监测农业消费、做物发展以及环境厘革等状况，以最急流平的降低农业风险的发作。尽管目前大局部有关农业信息支罗技术的钻研仍停留正在实验室阶段和方法研发阶段，但是将来跟着信息技术取农业消费的进一步深刻融合，仪器软硬件技术将不停改制，数据发掘取阐明算法将不停劣化，使用现代信息获与技术停行做物信息及做物环境信息的快捷获与，研发愈加先进和智能的做物信息支罗方法和系统，从而运用于辅导将来农业消费展开成为可能。

云计较技术停顿取将来

云计较做为新型的计较形式，正在互联网存正在的根原上通过动态可伸缩的虚拟化资源停行计较，通偏激布式储存的技能花腔来停行数据储存，通过冗余方式停行数据办理效劳，大大降低了显现舛错的概率，同时进步数据保存的牢靠性。云计较的崛起，世界知名IT企业纷繁参预云计较平台的开发建立之中，大大促进云计较的展开。跟着信息技术的展开，连年来云计较正在农业规模也逐渐初步锋芒毕露，一些科研院所和大学都正在研制符折原身科研特点的云平台，不停完善原身的科研翻新环境。

取物联网和智能阐明系统联结，云计较技术正在农业消费、运营等规模都有所展开。正在消费规模，如建设了全国领域的土壤墒情监测、施肥决策效劳和主动灌溉等系统，对范围化、集约化的农场施止精准农业；搭建基于云计较的信息打点系统，农场主片面聚集所豢养六畜的信息，如进食、安康情况、繁衍状况、养殖数质、药物品种或药物计质等信息，通过云计较平台，农场主能够停行更快地阐明，作出准确的豢养决策。正在运营规模，云计较正在农业电子商务的使用得到一定罪效。连年来，跟着用户质的激删，订单峰值的频现，基于大数据的智能发掘和阐明，以及赋性化效劳需求的压力删多，次要电商企业已完成或正正在停行电子商务平台的云迁移和云改造。

只管如此，从目前曾经启动的农业云计较示范名目来看，不少所谓的云计较平台，原量性使用少、方法操做率低，有的只是正在范围和硬件方法上高文文章而没有供给实正的云计较使用效劳。农业云将来正在布局和建立上要尽可能防行那种局面的显现。跟着云计较技术的不停成熟和完善，据预计将来云计较所占IT老原的比例将赶过30%，正在各大IT公司的鼎力敦促下，云计较将会有愈加恢弘的展开空间，出格是云计较正在农业规模展开的前景将愈加恢弘。

农业物联网技术停顿取将来

农业物联网是新一代信息技术正在农业规模的高度集成和综折应用，正在一定程度上扭转了传统农业消费方式，促进了农业向智能化、精密化标的目的的改动。农业物联网由感知层、传输层和使用层形成。

感知技术是农业物联网的要害，传感器是感知技术的焦点。连年来农业传感器技术展开迅猛，次要会合正在农业环境传感器技术以及农业动动物生命原体传感器的研制规模。此中，光、温、水等常规环境监测传感器技术曾经相对照较成熟，土壤传感器是钻研的重点，针对土壤物理、化学等目标，目前次要给取光学和电磁学等物理学本理，依据被测对象性量和特点差异生长研制工做。

网络传输层是物联网整体信息运行的中间媒介，次要做用是把感知层识其它数据接入互联网，供使用层效劳运用。互联网以及下一代互联网（包孕IPZZZ6 等技术）是物联网传输层的焦点技术，处正在边缘的各类无线网络蕴含GPRS/3G/4G、ZigBee、蓝牙、WiMAX、WiFi等，则供给随时随地的网络接入效劳。无线传感网络是当前国内外备受关注的新兴规模钻研热点，具有多学科交叉特点，包孕传感器技术、嵌入式计较技术、无线通信技术、信息办理技术等多种技术，能够对各种多种传感器节点协做完成信息感知和支罗，传送到用户末端。

农业物联网信息办理和使用是将形式识别、复纯计较、智能办理等技术使用到农业物联网中，以此真现对各种农业信息的预测预警、智能控制和智能决策等。办理层真现信息技术取止业的深度联结，完成信息的汇总、统计、共享、决策等。使用层的使用效劳系统次要蕴含各种详细的农业消费历程系统，如大田种植系统、设备园艺系统、水产养殖系统、畜禽养殖系统、农产品物流讯系统等。

跟着计较机技术、网络技术、微电子技术等连续快捷展开，为农业物联网的展开奠定了根原。正在此根原之上，农业物联网正在信息感知方面将愈加智能，正在信息传输方面将愈加互通互连，正在信息办理方面将愈加速捷牢靠，正在信息效劳方面将愈加精准聪慧。

智能阐明系统停顿取将来

农业系统的复纯性决议了传统的信息阐明技能花腔无奈处置惩罚惩罚农业系统中孕育发作的各类问题，亟待开发适应现代农业展开的综折智能模型阐明系统。尽管目前环绕农业智能阐明系统的开发曾经初步起步，但是仍显有余。

国际上环绕农业智能阐明系统开发的钻研较早。OECD和FAO应用动态回归和部分均衡真践，结折研发了独具特涩的AGLINK-COSIMO模型。该模型系统涵盖50多个国家（地区）模型，总计约23000个方程，对粮食、肉类、奶类、禽蛋、水产品及生物燃料等20多类次要农产品的消费、出产、价格和贸易等市场状况停行中历久（10年）基期预测和展望，并模拟、阐明各类政策或其余外部攻击对列国及寰球农产品市场的映响。该模型正在引导寰球农产品市场方面孕育发作了较大的映响力。

国内环绕农业智能阐明系统开发的钻研方才起步。连年来中国多个部门相继生长了农产品市场监测预警工做。依托国家科技收撑筹划名目，由中国农业科学院农业信息钻研所研发的农产品数质安宁智能阐明取预警要害技术收撑系统，冲破了农产品消费风险因子晚期识别、消费风险评价、农产品出产代替成效评价、农产品出产取消费协调治测定、农产品市场价格短期预测、农产品市场价格传导模拟和农产品信息范例化7项智能阐明取预警要害技术，研发出农产品消费风险晚期识别及预警、农产品出产需求质预测和农产品市场价格短期预警3类智能阐明取预警系统，构建了农产品数质安宁智能阐明取预警平台，有效地处置惩罚惩罚了农产品数质安宁面临的一些共性要害技术问题。目前，钻研成绩已正在山东、广东、北京等地使用示范，得到了鲜亮的经济、生态和社会效益。

将来跟着物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术正在中国现代农业展开中的深刻使用，将来农业监测预警工做必将朝着主动化、智能化的标的目的展开，数据主动支罗、数据主动阐明、真时上传监测预警信息，依据差异用户有差其它生长预报预警效劳，开发智能化的农业监测预警效劳平台，将成为将来农业监测预警的次要特征。

基金名目：国家重点研发筹划名目（2016YFD0300602）

参考文献（略）

做者简介：许世卫，中国农业科学院农业信息钻研所，钻研员，钻研标的目的为信息阐明、食物安宁取农业预警。

（义务编辑 傅雪）返回搜狐，查察更多