数字农业_21世纪新型农业模式

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孙 敬 水
段， 应该为时不远。 数字农业反映了农业现代化的大趋势， 它必将成为 %! 世纪农业的 崭新模式。 一、 数字农业的涵义与特点 数字农业又叫精细农业或信息农业， 其基本内涵 是 将 遥 感 技 术 、 地理信息系统、 全球定位系统、 计算机技术、 通讯和网络技术、 自动化技术等高新技术与地理学、 农 学、 生态学、 植物生理学、 土壤学等基础学科有机地结合起来， 实现在农业生产过程中 对农作物、 土壤从宏观到微观的实时监测， 以实现对农作物 生 长 、 发育状况、 病虫害、 水肥状况以及相应的环境进行定期信息获取， 生成动态空间信息系统； 对农业生产中 的现象、 过程进行模拟， 达到合理利用农业资源， 降低生产 成 本 ， 改善生态环境， 提高 农作物产品产量和质量， 保证农业的可持续发展的目的。 数字农业以大田耕作为基础， 从耕地、 播种、 灌溉、 施肥 、 中耕、 田间管理、 植物保 护、 产量预测到收获、 保存、 管理的全过程实现数字化、 网络化和智能化， 全部应用遥 感、 遥测、 遥控、 计算机等先进技术， 以实现农业生产的信息驱动、 科学经营、 知识管 理、 合理作业。近年来， 数字农业已涉及农业（ 耕作业） 、 精细园艺、 精细养殖、 精细加 工、 精细经营与管理等农、 林、 牧、 种、 养、 加、 产、 供、 销等各种领域。 数字农业具有如下几个特点： 第一， 数字农业数 据 库 中 存 储 的 数 字 具 有 多 源 、 多 维、 时态性和海量的特点。 数据的多源是指数据来源多种多样， 数据格式也不尽相同， 可以是遥感、 图形、 声音、 视频和文本数据等。数据高达五维， 其中空间立体三维的时 空数据必然导致数据库中的数据是大规模的、 海量的。 第二， 对于这种多维、 海量数据 的组织和管理， 特别是对时态数据的组织与管理， 目前现有的商业化数据库管理软件 是无法胜任的，需要研究新一代时态数据库管理系统，并进而形成时态空间信息系 统。 这种时态空间信息系统不仅可以有效地存储空间数据， 同时能够形象地显示多维 数据和时空分析后的结果。第三， 数字农业要在大量的时空数据基础上， 对农业某一 自然现象或生产、 经济过程进行模拟仿真和虚拟现实。例如， 土壤中残留农药的模拟 和农作物生长的虚拟现实， 农业自然灾害及农产品市场流通的虚拟现实。 二、 数字农业的技术支撑体系 数字农业技术研究发展的驱动力，是在所有农业耕地中及时发现的作物生长环 技术即 境和收获产量实际分布的空间差异性和对这种差异性的及时调控。通过“ () ” 、 地理信息系统（ 和全球定位系 统 （ ， 可以及时发现和调控这些田 遥感（ *) ） +,) ） +-) ） 块内、 田块与田块之间的差异性， 从而根据优化经营目标， 实施目标投入， 实现田区内 资源潜力的均衡利用。 对农业生产的资源环境、 生产状况、 数字农业主要借助于 () 技术这一完整体系， 气象和生物性灾害等进行有效测报，指导人们根据各种变异情况实时实地采取相应 的农事操作， 变过去凭经验进行农事操作为实现智能化的科学管理， 以提高农业的稳 用 +-) 精确定位地 定性和可控程度。通俗地说， 数字农业就是利用 *) 作宏观控制， 面位置， 用 +,) 将地面信息（ 地形、 地貌、 作物种类和长势、 土壤质地和养分、 水分状况 等） 进行储存、 处理和输出， 再与地面的信息转换、 定时控制的地面导航等系统相配 合， 按区内要素的空间变量数据， 精确设定最佳耕作、 施肥、 播种、 灌溉、 喷药等多种操 作， 变传统的粗放经营为精细生产。 例如， 在喷洒农药时， 通过传感器获得极小范围内 不同田块不同程度病虫害的具体数据， 实地调整喷药量， “ 对症下药” 。 这样做， 既能节
农村展望
［ 摘 要］数字农业是运用遥感技术、 地理信息系统、 全球定位系统、 计算机技术 等信息技术， 对大田农作物生产和畜牧生产实施监控， 从而提高作物和畜牧产量及质 量， 提高农业的稳定性和可控程度， 最大限度地保护生 态 环 境 ， 保证农业可持续发展 的全新农业模式。 数字农业反映了农业现代化的大趋势。 本文探讨了数字农业的涵义 与特点， 数字农业的技术体系及发展思路， 由此引出对数字农业的前景展望。 ［ 关键词］数字农业 遥感技术（ *)） 地理信息系统.+,)/ 全球定位系统（ +-)）
行降雨预报。高分辨的陆地遥感卫 星 、 海 洋 遥 感 卫 星 也 可 对 农 、 验。同农业发达国家相比， 我国 农 业 集 约 化 总 体 水 平 较 低 ， 但可
心的， 通过 )*$ 可以实现远程寻找所需要的 各 种 地 理 空 间 数 据 ， 程， 都必须以农民的切身利益为依据。项目的启动和发展要特别
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农村展望
约水、 土地、 种子、 农药、 化肥等， 有效降 低 农 业 成 本 ， 使每一寸土 地都得到最优化使用， 使每一份资 源 都 发 挥 应 有 的 作 用 ， 以最经 济的投入获得最佳的产品， 又能有 效 地 减 少 对 环 境 的 污 染 ， 保护 农业的生态环境。 。 #$ 是数字农业技术体系中获得田间数 !一 "遥感技术（ #$ ） 据的重要来源。农业现代化的进程要求组织集约化生产， 要求摸 清农业资源的现状， 监测其变化并预测发展。遥感技术固有的快 捷、 客观、 经济等优越性， 使其成为农业生产管理和决策的最好 手段。遥感技术在数字农业中 将 发 挥 信 息 采 集 与 动 态 监 测 的 优 势。气象卫星可提供每天的天气状 况 信 息 ， 加上测雨雷达， 可进 林、 牧及沿海养殖业、 远洋捕捞业提供及时的信息与预报。近 %& 年来， 大面 积 的 作 物 产 量 预 测 、 农业 #$ 技术在资源调查与监测、 可 灾害预报等方面作出了重要贡献。 #$ 获 得 的 时 间 序 列 图 象 ， 提供农田作物生长的空间变异 性 的 消 息 ， 显 示 出 由 于 农 田 土 地 和作物特性的空间反射光谱变 异 性 。 在 某 一 季 节 中 不 同 的 时 间 采集图象， 可用于确定作物生长的速率和条件的变化。技术发展 杂草和作物 的方向将集中于适用化的 ’(# 土壤水分测量技术、 苗情多光谱识别技术、 视觉图像处理技术等。 。 )*$ 技 术 是 以 地 理 空 间 数 据 为 核 !二 "地 理 信 息 系 统 （ )*$ ） 包括图形和图像， 也可以实现各种 地 理 空 间 分 析 ， 进行空间图形 的矢量化和聚类处理后，生成 可 用 于 指 导 操 作 的 小 区 产 量 分 布 管理与分析功 矢量图。 )*$ 技术所具备的强大的空间数据操作、 能使之与农业空间分析的结合成为必然。 )*$ 不但用来管理农业 空间数据， 还必须提供分析工具、 参与分析过程、 显示与输出分 析的结果等。所以说， )*$ 技术为数字农业的发展提供了一种先 进的有效的手段。 。 就以其精度 !三 "全球定位系统（ )+$ ） )+$ 技术自问世以来， 高、 速度快、 操作简单等优点引起了人们的普遍关注， 并开始在 农业管理中得到一些应用。农业空间分析需要 )+$ 实时地对土 地水分、 肥力、 杂草和病虫害、 作物苗 情 及 产 量 等 进 行 描 述 ， 对各 要素进行跟踪。 )+$ 技术所具有的 实 时 三 维 定 位 、 精 确 定 时 功 能， 为农业数字分析提供了切实可行的技术手段。 技术。 !四"虚拟现实（ ,#） ,# 技术是指创建一个能让参与者具 有身临其境感， 具有完善的交互作用能力的虚拟现实系统。它为人 类观察自然、 欣赏景观、 了解实体提供了身临其境的感觉， 可以利 用虚拟现实技术演示农作物受病虫害侵袭的情况、农作物生长的 虚拟、 农业自然灾害的虚拟现实、 土地中残留农药迁移的模拟等。 智 能 化 的 农 业 机 械 操 作 技 术 。 -& 年 代 后 期 ， 农 !五 "自 动 化 、 业机械装备其监控系统迅速趋向 自 动 化 和 智 能 化 ， 已 由 单 元 控 制发展到分布式控制，由单机 作 业 系 统 向 管 理 决 策 系 统 集 成 的 方面发展。 带有电脑、 )+$ 、 )*$ 及各种检测仪器和计量仪器的农 业机械， 如收割机、 播种机、 施肥机、 喷药 机 、 喷灌机等， 除具备一 般的农业功能之外， 还具有自动化操作及集聚和绘图功能。 三、 我国数字农业发展思路 我国各地的自然条件、 社会经济条件差异明显， 农田类型多 样， 同农业发达国家相比， 我国农业集约化水平较低， 在中国实 施数字农业要比美英等发达 国 家 复 杂 得 多 ， 难 度 也 大 得 多 。 因 此， 实施数字农业、 实现农业信 息 化 在 科 学 技 术 上 和 农 业 基 础 建 设上需要作出更大努力， 付出更 多 的 代 价 ， 以探索一条适合中国 特点的发展道路。 笔者认为， 我国实施数字 农 业 是 一 个 渐 进 过 程 ， 大致上可分 为三个阶段： 第一阶段为引进、 试验 、 示范阶段。从根本上讲， 最 重要的是引进数字农业的概念。要根据中国实际， 引进必要的技 术和装备， 建立试验示范点， 探索数字农业规律和技术， 摸索经 在一些重点粮棉生产基地， 如黑 龙 江 大 型 国 有 农 场 、 新疆建设兵 团农场等土地经营规模大、 农业 机 械 化 程 度 高 、 农业生产基础较 好， 且职工素质较高的地区或生 产 单 位 ， 进行数字农业的生产实 践。第二阶段将试验示范工作扩展到大型国有农场和小型农户， 即抓一大一小， 大小并举， 特别 要 注 重 在 小 型 农 户 中 实 施 数 字 农 业的概念和方法， 进一步探索规 律 和 积 累 经 验 。 第 三 阶 段 ， 在多 点试验示范基础上， 形成中国特 色 的 数 字 农 业 模 式 ， 并在部分地 区形成实用化和产业化。发展数字农业应注意以下几点： 我们主张以实用性为前提。任 何 一 项 农 业 工 ! 一 " 在项目上， 围绕为农民的增收和农业增效这 一 中 心 服 务 ， 并寻找切入点， 进 行系统设计和构思， 这是农业科学工程的前提条件。空间数据基 础设施是实现数字农业的前提， 加强 产 、 学、 研新机制， 从数据变 成信息、 信息变成知识， 这既是实用性的保证， 又是发展共同利 益和调动各方面积极性的关键。 高技术发展日新月异， 如果不在实践中 !二 "实现信息共享。 创新， 紧密跟踪国际前沿， 就会落后于别人。数字农业走向实 用 性 的 关 键 是 能 否 做 到 信 息 共 享 。如 果 做 不 到 信 息 共 享 ， 数字 农业是不可能实现的。实现信息共享， 必须做好两件事： 一要 解决数据标准化； 二要有适合本国国情的数据共享政策， 应将 政府投资获取的数据实现共享，使信息真正成为社会的共同 财富。