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大数据给全球农业带来了什么变化?
2019-08-15 14:49:23 来源:农药快讯信息网 浏览:1164

基于物联网等技术的应用,农业领域积累了大量的数据,为大数据应用于农业奠定了基础。从国内国际的发展来看,大数据正在驱动农业发展路径发生变化,以提高农业效率,保障食品安全,实现农产品优质优价,农业大数据蕴含着巨大的商业价值。

 

美国:利用大数据打造精准农业

美国农业正在采用大数据和互联网方法提升农业生产的效率和效益,以1%的农业人口维持庞大的农业生产体系,不仅满足美国本土需要,而且大量出口。

 

罗德尼·席林(Rodney Schilling)是美国伊利诺伊州的一个农场主,他和父亲二人经营着1,300英亩(约7,900亩)田地。他的父亲已经83岁了,地里的活儿全靠席林自己上阵,即便在农忙时节,他也不用雇工,最好的帮手是农场里的那几台农业机械。

 

 

与国内常见的农业机械比,这些机器高大得多,一台喷药机完全张开“臂膀”,翼展达36米。更重要的是,这些“大家伙”还很有“头脑”——驾驶室里配备的全球卫星导航系统和自动驾驶系统。即使在下田作业时,席林也远没有传统农民那么辛苦,只要他愿意,完全可以坐在驾驶座上,一边喝着咖啡,一边用平板电脑浏览新闻,机器会按照设定的路线工作,施肥、打药完全自动化,哪些地方打过,哪些地方没打,绝对不会搞混,GPS上都显示得清清楚楚。

 

大多数时候,席林会把平板电脑带在身边,内置的APP软件会提醒他何时适宜下地查看,该打药或是该施肥了,以及提供实时的和未来几天的天气数据。

 

在美国,像席林这样“劳作”的农场主越来越多。农业生产模式正在从机械化向信息化转变,以精准为特征的农业,正在让种植变得更加容易。

 

作为传统的农业大国,中国的新疆、东北等地也正吹起精准农业的微风。不过在全国范围内,庞大的、分散的小农生产方式等种种因素都让精准农业这一注定颠覆传统农业的新概念推行不易。

 

1  大数据进农田

席林对农场的土地情况了如指掌,他甚至聘请了专业服务公司,在田地中,每4英亩设1个取样点,做土壤的分析测试。完成后,席林得到一份书面报告,除了给出各个地块详细的土壤成分数据,还有种植不同作物时所需要的肥料、水分以及未来产量等数据。据此,他可以精确安排农场的生产计划。

 

随着种植活动,土壤的成分是动态变化的。因此,每过三年,席林会重新做一次土壤分析,每次要花费5,000多美元。不过,由于精确数据意味着几乎最高的投入产出比,席林还是很乐意花这笔钱的。

 

在席林的平板电脑里,安装了气象数据软件。他把农场的坐标和相关信息通过软件上传,即可获得农场范围内的实时天气信息,如温度、湿度、风力、雨水等,这些信息可以帮助他判断每个地块的播种、收获、耕作时间。

 

 

事实上,从生产规划、种植前准备、种植期管理,直到采收,席林每年要做40多项决策。这些决策大多环环相扣,如果哪一步选错了,那就不得不忍受减产的后果。

 

影响作物生长的因素有很多,土壤、气候、水分、品种、病虫害和杂草等,作物产量是这些因素的综合结果。因此,在现代农业领域,农民光凭经验做出决策已远远不够,需要依靠科学、概率和专业分析得出优化决策。

 

国际种业巨头们已经看到了这步棋,纷纷投入巨资,将产品研发线延伸至大数据支持下的农业决策领域。孟山都近两年分别以2.5亿美元收购Precision Planting公司,9.3亿美元并购Climate Corporation公司。

 

2  智能化农机

大数据让农民开始用移动设备管理农场,可以掌握实时的土壤湿度、环境温度和作物状况等信息,大幅度提高了管理的精确性。然而,再好的决策,也需要硬件设备去实施。

 

其实,精准农业的概念和设想,最早由美国在20世纪80年代初提出,经10年后才进入生产应用,彼时技术和设备的储备已基本具备。

 

Precusion Planting专门制造与精准农业配套的设备。这些设备可以固定在大马力拖拉机后部、同步运行的播种机和其他设备上。以播种为例,经过数据加载,它们能够根据天气的变化进行不同深度、不同间距以及不同品种的播种活动。

 

 

在大田中,即使相隔两三米远的两块土地,土壤的水分含量、营养情况、农作物的生长情况都可能不相同。过去几千年中,农民并不区分这种差异,会把同样的品种以等间距播种下去。如今,精准农业颠覆了这一传统,在肥力高的地方密植,在肥力低的地方稀植,还可以更换种子品种。这些作业都是随着播种机的行进自动完成的。仅此一项改变,即可给玉米带来每公顷300~600公斤的增产。

 

精准农业下的农业机械必须是智能化的,通常安装有卫星导航系统、自动驾驶系统、计算机设备以及必要的传感器,这样才能“理解”大数据分析软件给出的信息,并准确地执行。

 

 

 

智能化的农业机械也大大提高了作业质量,单粒播种率可以提高到99%。农民可以实时监控播种机的准确率,如果出现大面积异常,可以马上停机,检查纠正播种机。以前,如果播种机出了毛病,农民很难立即发现,而只能接受损失。现在,智能化的农机可根据土地的松软程度,自动调节播种动作,以便所有种子处于同样的深度。

 

通过全流程的精打细算,精准农业可以极大地节约化肥、水、农药等投入,把各种原料的使用量控制在非常准确的程度,让农业经营像工业流程一样连续进行,从而实现规模化经营。

 

英国:大数据整合精准农业

近年来,由于气候变化和全球农业生产竞争强度的提升,英国农业部门收入经历了多次明显波动。英国环境、食品和农村事务部认为,应对上述挑战,一方面,英国农业需要向“精准农业”迈进,结合数字技术、传感技术和空间地理技术,更为精准地进行种植和养殖作业;另一方面,需要提升农业生产部门和市场需求的对接,加强其对市场的理解。而这一系列需求的基础就是强大的数据搜集和分析处理平台。

 

在此背景下,英国政府于2013年开始专门启动“农业技术战略”,该战略高度重视利用“大数据”和信息技术提升农业生产效率。参与该战略制定的爱丁堡大学信息学院科林·亚当姆斯教授认为,农业可能是最后一个面临信息化和数字化的产业,大数据将是未来提升农作物产量、畜牧业产量的关键。

 

 

法国:打造欧洲大数据农业典范

传统农业正在遭遇着互联网的冲击,传感器、物联网、云计算、大数据不但颠覆了日出而作日落而息的手工劳作方式,也打破了粗放式的传统生产模式,转而迈向集约化、精准化、智能化、数据化,农业生产,因此获得了“类工业”的产业属性。

 

法国农业部计划在2017年建立了一个大数据收集的门户网站,该项目由法国农业科学与环境研究院院长让马克·布尔尼嘉尔负责。布尔尼嘉尔院长表示,大数据将颠覆目前法国农业的生产方式,为农民带来更多机会,改变农民与银行、保险公司、农业互助合作社等利益相关者之间的关系。目前每天有成百上千的农业相关数据出现在互联网上,如何有效地甄别有利于农业发展的数据是目前面临的挑战,这也将成为很好的创业机会。布尔尼嘉尔院长还指出,如果这些农业数据仅被少数几个互联网企业获取,很容易形成垄断,不利于法国发展多样化的农业生产方式。

 

该门户网站预计将在2017年第二季度推出。虽然法国政府提出了该想法,并且已存有大量的公共数据库可以共享,但该项目实施的最大挑战在于农民是否有意愿了解如何有效运用这些数据,以及政府是否能够保证提供持续增值的农业数据服务。

 

该农业数据库门户网站将建立在现有数据库基础上,保证具有良好的易用性和可操作性。鉴于目前鲜有国家在这一领域投资,法国希望将此门户网站建成欧洲大数据农业的典范。

 

德国:积极扶持数字农业

德国农民联合会的统计数据显示,目前一个德国农民可以养活144个人,这一数字是1980年的3倍。但要想临时解决全球饥饿问题,每个农民需要至少养活200人。这就需要更加高效、可持续的农业新技术。目前,德国正致力于发展更高水平的数字农业。

 

“数字农业”基本理念与“工业4.0”并无二致。通过大数据和云技术的应用,一块田地的天气、土壤、降水、温度、地理位置等数据上传到云端,云平台上进行处理,然后将处理好的数据发送到智能化的大型农业机械上,指挥它进行精细作业。

 

德国在开发农业技术上投入大量资金,并由大型企业牵头研发“数字农业”技术。据德国机械和设备制造联合会的统计,德国去年在农业技术方面的投入为54亿欧元。今年的汉诺威消费电子、信息及通信博览会上,德国软件供应商SAP公司推出了“数字农业”解决方案。该方案能在电脑上实时显示多种生产信息,如某块土地上种植何种作物、作物接受光照强度如何、土壤中水分和肥料分布情况,农民可据此优化生产,实现增产增收。

 

 

拥有百年历史的德国农业机械制造商科乐收集团(CLAAS)与德国电信开展合作,借助“工业4.0”技术实现收割过程的全面自动化。利用传感器技术加强机器之间的交流,使用第四代移动通信技术作为交流通道,使用云技术保证数据平安,并通过大数据技术进行数据分析。

 

德国电信推出数字化奶牛养殖监控技术,农民购买温度计和传感器等设备在养殖场装置,这些设备可以监控奶牛何时受孕、何时产仔等信息,而且可以自动将监控信息以短信形式发送到养殖户的手机上。

 

 

现代德国农民的工作离不开电脑和网络的支持。每天早上一开始的工作就是检查当天天气信息、查询粮食市价和查收电子邮件。现在大型农业机械都是由全球卫星定位系统(GPS导航系统)控制。农民只需要切换到GPS导航模式,卫星数据便能让农业机械精确作业,误差可以控制在几厘米之内。

 

信息通讯技术的发展也让农民的工作更加高效便利。柏林的一家名为“365Farm Net”初创企业为小型农场主提供了一套包括种植、饲养和经营在内的全程服务软件。该软件可以提供详细的土地信息、种植和饲养规划、实时监控以及经营咨询等服务。而且通过该软件可以方便地与企业的合作伙伴取得联系,以便及时获取相应的服务协助。

 

目前,德国农业数字化建设面临的一个重要问题是农村地区宽带覆盖率还不够高,尤其是德国东部农村地区。另外一个问题是数据平安问题。目前,并不是所有农民都愿意将自家农场的数据上传到网络,很多人对网络安全的可靠性仍持怀疑态度。

 

我们国家人口众多,对提高农业科技十分重视,可能的话应该多与外国的农业强国展开更多的互利合作。

 

加拿大:打造智慧农业提高农业生产

加拿大位于北美洲最北端,地处高纬度,气候寒冷,可耕地面积达十亿亩,是世界上农业最发达、农业竞争力最强的国家之一。

 

如果有机会去加拿大草原省份看看,那里的21世纪农业场景绝对会让人惊诧不已。

 

在萨斯喀彻温省中部城市Battleford的南部,农场主Trevor Scherman的土地占地面积4,400英亩(1英亩=4,046.86平方米)。

 

试想一下,如果Scherman某天在农田里播种时种子不够用了,那意味着需要等待很长时间才能重新播种。

 

所以,管理这么大农场的一切要素就是效率。

 

所幸的是,Scherman的智能手机上有个app,让他能够接触到在10年前难以想象到的一系列数据和管理工具。

 

 

软件从Scherman和临近5个农场的3个气象站收集数据,这些数据会让Scherman知道会不会有风吹来而影响农药喷洒。

 

这个app也会包括田地的网格地图,从卫星图像中提取的精确信息会与网格上每个方格的土壤样本对应起来。

 

所有这些信息都在软件构建的一个预测模型中,包含着从加拿大西部5,000万英亩土地上收集而来的数据。然后数据会告诉Scherman的自主驾驶拖拉机,每个方格需要多少种子和肥料。当然,app还会帮他安排农场工人的日程,追踪他的财务状况等。

 

 

自从用了手机上的多个天气app和电脑里的所有网站、文件和下载的资料都被替代了。

 

在作为软件用户的7年里,他亲眼目睹了自己在投入上的减少和收入上的增加。现在他花同样的投入,能获得更多产出,而且节省了大量时间和省却了大量令人头疼的麻烦事。

 

这就是大数据在农田里的应用,而且也在整个耕种世界中迅速扩散。

 

澳大利亚:大数据工具来解决农业问题

作为一个畜牧业大国,澳大利亚十几年前就建立了国家牲畜标识计划(NLIS),即畜产品质量安全追溯系统,采用由NLIS认证的瘤胃标识球或耳标对牛、羊进行身份标识,由国家中央数据库对记录的信息进行统一管理,可以对动物个体从出生到屠宰的全过程实现追踪。

 

比如说澳洲奶牛从出生到死都会戴上NLIS耳卡。每次挤奶后,会对每只奶牛耳卡上的电脑芯片做一次扫描,可得出当日的产奶量,通过产奶量的变化,调整翌日的饲料以及了解牛的身体状况。这是在做什么呢?

 

 

除了澳洲本身的溯源系统,澳洲也在积极引入我国优秀的溯源体系,前段时间澳大利亚副总理兼农业部长巴纳比·乔伊斯表示澳大利亚将积极应用由中国开发的全球质量溯源体系。澳农产品将率先试点加入这一体系,希望这套体系有助于进一步深化两国经济合作,帮助更多澳大利亚优质农产品走进中国市场。

 

澳洲部分企业已经逐步加入全球质量溯源体系,其中澳大利亚珀斯的Deaken&Associates PtyLtd橄榄油开始加贴了真知码,导入了包括原产地、溯源证书的商品境外溯源信息;即对其品质充分的认可,又采用真知码代替了其他防伪标识。

 

1  扫码得出的溯源信息

目前全球质量溯源体系2.0版正式上线,在自主知识产权技术的支持下,每个加入体系的商品都会被赋予一个类似身份证的特殊二维码“真知码”,并可多次写入数据。消费者只要通过相关手机应用进行扫码,就可了解商品“从哪来、到哪去”,企业也可精准掌握货物去向,从而构成一套覆盖生产、物流、仓储、消费各环节的全链条监管体系。食品可追溯一直是农业大数据前进的目标之一。

 

进口食品虽被国人追捧,其食品安全的问题却层出不穷。建立食品可追溯系统,从田间地头、养殖场所到屠宰、加工、储运、冷链全产业链覆盖控制,从源头杜绝问题食品的流入。用大数据工具来解决农业行业中数据采集、数据挖掘等技术难题,进而提高食品可追溯系统的落地。

 

日本:大数据互联网技术实现智能农业

日本的农户人均耕地面积有限,没有美国那样的大规模农业,而随着日本社会老龄化不断加剧,农业人口正在不断减少,农业就业人口平均年龄已经达到约67岁,日本媒体称之为“老爷爷老奶奶农业”。在这种情况下,利用互联网技术振兴农业的呼声越来越高涨。

 

1  利用卫星定位系统实现24小时耕作

今后,包括互联网技术在内的信息技术有望引领日本农业新潮流,实现农业的“绿色数字革命”。但利用互联网等技术发展农业,小规模农户难以推动,以法人经营作为主体,效果更为理想。而日本农业领域当前一个有利的迹象是,农业生产法人数这些年不断增加,截至2014年已经达到了1.4333万家。利用互联网等技术的好处在于,它可以将熟练农户积累的技术和知识数据化,从而有利于让下一代农户或农业企业继承。通过高精度传感器收集的气象大数据以及农作物生长数据等,还可实时发送给农户或管理人员,从而让他们能够合理浇灌和施肥。

 

 

此外,通过互联网实时监控消费者动向,能够抓住最佳时机生产和销售畅销的农作物或农产品;利用全球卫星定位系统,无人驾驶拖拉机能够在大规模农场实现24小时耕作,有效解决农业人口不足问题;而利用大数据分析,还能够提取出很多迄今为止尚未弄清的信息,例如能够发现气象条件与病虫害发生的关联性等。

 

随着智能手机和平面终端的普及,将可以向农业耕作人员提供含有云系统分析的手机客户端服务,从而提高农场管理效率和农业耕作效果。而利用记录农产品生产过程的技术,可以把生产过程的数据作为食品信息的一部分,直接供给消费者参考,从而彻底实现农业的可追溯管理,既有助于确保食品安全和质量的稳定,又能够让消费者感到放心。

 

利用互联网等信息技术发展农业,能够拉动各个行业参与其中,给很多行业创造了商机。

 

2  政府加紧制定智能农业“路线图”

日本政府一直注重发展高科技农业,农林水产省把利用机器人和信息技术的农业称为“智能农业”,力争发展节省劳力的高质量农业,并已经在2015年度列出了1,153亿日元(1美元约兑换123日元)的专门预算。政府目前正加紧制定实现的“路线图”。

 

日本政府今年5月修订的《日本复兴战略》中的《推进科学技术创新与机器人革命》一章,专门介绍了支援农业的“可穿戴机器”,而由众多企业和机构组成的“实现智能农业研究会”,也提出了农业机械自动行走系统、草莓收获和装盒机器人、除草机器人、畜舍自动清洗机器人等项目。

 

由于日本的农业刚刚开始引进大数据、互联网技术等信息技术,因此尚无法全面评估经济效果,但是在提高生产效率和农产品高附加值方面,互联网+农业孕育着巨大潜力。

 

荷兰:卫星+大数据实现智慧精准农业

 

据外媒报道荷兰政府将拨款140万欧元用于购买卫星数据,以提高荷兰农业发展的可持续性和效率。其中,卫星数据将包括土壤、温度、水分含量和水的质量等多种详细信息。

 

届时,专业公司将对这些数据进行分析,有针对性地为农民提供有关灌溉、施肥和农药喷洒作业等建议。荷兰政府决定向农民开放这些卫星数据使用权,保证每个人都可以免费使用。

 

荷兰政府表示,卫星数据可以持续地对农作物进行监测,根据这些卫星数据,农民可以实时了解农作物的详细情况,在必要时采取相应的措施。这将有助于荷兰巩固其农业和园艺业在全球处于前沿的位置,并使该国为日后解决粮食危机做出前期努力。

 

1  专业遥感设备

在距离地球上空500~900公里轨道上运行的地球观测卫星每天可收集大量数据。通过使用专业度非常高的远程测量和遥感设备,卫星可以收集有关土壤质量、温度和大气条件等这些独特的数据信息,同时还可以分析农作物的生长情况以及农作物体内氮和淀粉的存储量。此外,卫星还可收集水质变化、造林和当前环境情况,为即将到来的季节提供分析数据。

 

2  开放卫星数据

解密原始卫星数据,绝不是一件容易的事。一般来说,卫星数据要先经由科学机构和专业公司进行分析,然后将其转换成农民可在其现有农业作业中利用的信息,例如有关植被的最新数据或者可为施肥、灌溉提供针对性建议的信息。智能的农作物生产方式可以为农民节约燃料、种子、肥料、水以及农药等成本。

 

以色列:助力科技创新完善信息农业

当今世界,各种纷繁复杂的数据以爆炸式速度不断增加,如何更好地运用日益庞大的数据资源正越来越受到全世界的关注,“大数据时代”已悄然降临。在很多国家仍在尝试摸索大数据运用途径和方式时,被誉为“创新国度”的以色列已经在这条道路上取得了丰硕成果,做出了自己的特色,展示了大数据运用的缤纷画卷。

 

以色列一直以强大的科技创新能力闻名于世。在大数据产业兴起以后,以色列诸多科技创新公司迅速挖掘大数据运用潜力,并将之融入企业运作各个环节,为以色列在科技创新领域不断取得突破增添了新的动力源。

 

 

以色列超过一半的土地为荒原和沙漠,农业发展的自然条件十分严酷,但以色列人民用自己的智慧和创造力走出了一条高科技农业发展道路。经过多年的努力,以色列在水利灌溉技术、农业自动化、机械化和信息化等技术领域已走在世界最前列。而大数据的运用使以色列本高度发达的农业实现了再一次飞跃。

 

以色列农业有较高的信息化和数字化基础,诸多农业技术创新公司利用大数据帮助以色列农民,根据不同农场的具体情况提供更加个性化的耕种方案。以色列农业技术企业Taranis利用大数据分析法推出了包括预测天气、灌溉和病虫害状植物模型技术,该技术利用卫星图像、作物实地生长报告及当地病虫害分布等大数据资源建立植物生长模型,随时采取可视化数据并预测植物病虫害风险和气候变化,使农民能够根据预测数据进一步精确雾化灌溉设备的阀值及方向、肥料及杀虫剂使用数量等,增加产量,降低成本。


来源:农说慧道

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