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中國農業信息化建設研究
中國農業信息化建設研究
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   1 引言
   1.1農業技術革命對農業發展的影響
  人類在漫長的社會發展過程中,根據生存的需求培育出了種類繁多的動植物品種,這些寶貴的生物資源仍然是人類賴以生存的基礎。然而,近期農業發生的兩次重要的技術革命,徹底地改變了世界農業生產的發展進程[1]。
  第一次農業技術革命發生在19世紀后半葉,一直持續到20世紀后半葉,尤其是50年代以后,發展趨勢日漸加快,對糧食增產起到了重大的推動作用。第一次農業革命取得的豐碩成果主要受益于孟德爾遺傳學理論在農業育種中的實踐,李比希植物營養學說和謬勒有機化學合成農用化學物質技術的普遍應用,以及現代化大工業為農業灌溉技術、機械化技術提供的技術支撐。在這次革命中,世界糧食單產增加了2.5倍,而我國增加了4倍。然而近年來,第一次農業技術革命對農業生產的促進作用已顯著下降,農作物平均單產的增幅已明顯趨緩。第一次農業技術革命與現代工業革命有著相似的特點,即強調規模化和對最大利潤的追求,表現為片面追求農作物的產量而忽視自然資源合理利用和對人類生存環境的保護。我國這方面的問題尤為明顯。
  20世紀80~90年代迎來了以基因工程和信息技術為基礎的第二次農業技術革命的曙光。第二次農業技術革命的興起,并非意味第一次農業技術革命的終結。一些傳統的技術仍然在發揮著作用,并獲得新生。這次革命將使農業和農業技術得到全面、深刻的變革,并將使全球農業的總體水平提升到一個嶄新的高度。
   1.2農業對信息技術的需求
  農業是一個生命系統、自然系統和社會系統復合而成的巨系統。系統中有著永不停息的能流、物流、經濟流,并伴隨著靜態與動態的、定性與定量的、確定與模糊的復雜信息流。只有充分而快速地獲取、處理、傳播和利用各種農業信息,進行科學決策,才能確保農業系統沿著良性循環方向高效地運轉。
  農業與其他行業相比,涉及的因素極其繁多復雜,涉及土壤、氣象、環境等,且時空差異和變異性大,病蟲災害頻繁,生產穩定性和可控程度差。農業自身的這些特點,決定了對信息技術的極大需求和依賴。農業生產個體規模很小且高度分散以及面對著復雜多變的市場,生產者和決策者都迫切需要信息技術的支持。
   2 國際農業發展的新趨勢——農業信息化
  如果說,農業機械化與農業化學化是20世紀農業的重要標志,那么農業信息化將是21世紀農業發展的重要標志,是農業現代化的更高階段。
  應該說計算機在農業上的應用才真正拉開了農業信息化的序幕。美國在農業領域的計算機應用大致經歷了3個發展階段:50~60年代,計算機主要應用于農業科學計算;70年代主要應用于數據處理和數據庫開發;80年代以后,應用重點是農業知識的處理、農業決策支持系統與自動控制的研究與開發。前兩個階段,農業正處于研究新品種、新肥料、新的種植技術高峰時期,被動地應用信息技術。這個時期是計算機工作者開拓信息技術應用領域的時期,農業是一個重要應用領域。80年代之后,隨著第一次農業技術革命對農業發展的促進作用顯著下降,農業領域提出了對信息技術的強烈需求,進入了一個廣泛地應用信息技術成果的時期。目前,農業信息技術應用最快、最廣的領域有[2,3]:
  (1)對農業資源如土地、品種、化肥、農藥的管理和利用。許多發達國家已建立了全國性或區域性的農業資源信息庫,如作物基因信息庫、栽培品種信息庫、土壤信息庫、主要病蟲害信息及測報系統、氣象信息庫、農業科研項目及成果信息庫等。這類系統的特點是專業性強,集成了專業領域里的信息、技術及知識精華。
  (2)農業知識系統的研究與開發。歐美等一些發達國家實施了農業知識共享工程,開發了用于育種栽培、施肥和灌溉、病蟲害防治、田間管理、管理經營等專家系統。這些專家系統涉及農業生產經營的各個方面。
  (3)精確農業。利用遙感技術(RS)、地理信息系統(GIS)、全球定位系統(GPS)等現代化信息技術手段定量獲取田區內影響作物生長因素及最終生成的空間差異性信息。運用科技手段調控,以達到對田區資源潛力的均衡利用和獲取盡可能高的產量。美國迪爾公司生產的用于水稻及大豆收割的大型拖拉機上配置了GPS,該拖拉機可以直接測定產量及記錄收割量、測定水分、分析土壤成分等。
  (4)農業信息服務網絡。20世紀80年代之后,計算機信息網絡技術蓬勃發展,國際農業信息化的發展更加迅速。尤其是網絡基礎設施發展較快的發達國家與部分發展中國家,農業的各個方面信息都已進入本國信息網絡以及國際互聯網絡。其中有各種農產品的生產、流通、市場與價格信息;農業的各種環境、資源信息(氣象、土壤、生物與品種資源信息等);農業的各種科技信息等。據1997年1月16日《人民日報》報道,目前美國農民上網率達到70%,農民可以從網上查找到品種改良信息,新品種種植方法指導信息,農業機械使用、修理、保養信息,農業生產資料價格及糧食價格等信息。
  國際上充分利用信息技術如計算機網絡、通訊技術、人工智能、遙感技術發展現代農業,在最近20年取得了令世人矚目的成就,并成為當今世界農業發展的熱點之一。發達國家在完成農業工業化、農業機械化后,圍繞如何提高勞動生產率、資源利用率、農業經濟效益,保護環境實現可持續發展等方面,開展了廣泛的農業信息化工作。從農業硬件設施的操作,到農業生產技術的推廣普及,到市場產品的經營,無一不滲透著信息技術的作用。農業信息技術的應用已貫穿農業生產的產前、產中、產后全過程,成為發展現代農業生產的基本要素。
   3 我國農業信息化面臨的機遇和挑戰
  科學技術是第一生產力,農業科學技術是農業發展的第一生產力。正是基于這樣的認識,黨的十五屆三中全會通過的《中共中央關于農業和農村若干重大問題的決定》,從我國農業發展的現狀出發,指出“要在廣泛運用農業機械、化肥、農膜等工業技術成果的基礎上,依靠生物工程、信息技術等高新技術,使我國農業科技和生產力實現質的飛躍,逐步建立起農業科技創新體系。”
  十五屆三中全會提出了建立我國農業科技創新體系的遠大目標,描繪出了21世紀我國農業科技發展的宏偉藍圖,要求在推動農業現代化的過程中,不失時機地推動農業信息化和高技術化。
  我國十分重視發展自己的信息產業技術,許多信息技術領域的成果已經達到了國際先進水平,為應用于農業奠定了技術基礎。近年來國際范圍內硬件價格大幅度下降,使得計算機技術得到更廣泛的普及,也為農業信息技術的發展提供了良好的機遇。經過9年制義務教育,農民的科學文化素質得到很大提高,學科學、用科學的能力得到增強,為農業信息技術的應用與普及提供了人才基礎。
  農業信息化的發展機遇與挑戰并存。中國的農業經濟較發達國家相對落后,中國已經加入WTO,農業與糧食產品要參與國際市場的競爭,這向農業自身的發展提出了挑戰,也向農業信息技術提出了挑戰。農業信息化工作如何抓住機遇,迎接挑戰?
  令人欣喜的是國內一些農業科研院所,信息技術的科研院所在信息技術的農業化及農業領域應用信息技術方面都開展了許多工作。80年代以來,在發達國家農業信息化的影響下,我國開展了系統工程、數據庫與信息系統、專家系統、決策支持系統、遙感技術(RS)、地理信息系統(GIS)以及全球定位系統(GPS)等技術應用于農業、資源、環境和災害方面的研究,已取得許多重要成果,有些已達到國際先進水平。
  國家863智能計算機主題與CIMS主題都為促進農業信息化開展了研究工作。智能計算機主題專門成立了智能化農業信息示范工程專題專家組。專家組圍繞農業專家系統主題,開展了有關智能化施肥、生長模擬模型、植保、病蟲害防治、節水灌溉、育種等二十幾個單項智能化農業信息化項目的研究,成立了16個應用、示范智能化農業信息項目成果的智能化農業信息工程示范區,進一步推進了農業信息化工作。CIMS主題從管理集成、信息集成、技術集成的角度出發,研究如何集成現有技術改造傳統農業問題——農業生產管理、生產經營、生產技術等問題,并于1996年在黑龍江省二道河農場開展了農業CIMS工程示范項目,主要研究在大農業生產環境下信息技術的應用問題。
   4 21世紀中國農業信息化框架
  農業信息化是我們目前認識到的農業發展的最高階段。農業信息化建設將是歷史上最為復雜、知識高度密集、設備要求高、技術難度大、大規模綜合集成的系統工程。農業信息化的實現和完成也要經歷一個較長的歷史時期。因此借鑒發達國家在發展農業信息化方面的經驗,研究我國農業信息化發展戰略,規劃我國農業信息化發展步驟及建設內容非常重要,乃當務之急。
  信息農業是農業信息化發展的最高階段。梅方權提出信息農業的基本特征是:農業基礎設施裝備信息化;農業技術操作全面自動化;農業經營管理信息網絡化[4]。農業基礎設施裝備信息化是指農田基本建設信息化和自控化;農業技術操作全面自動化是指農作物栽培管理的自動化;農業經營管理信息網絡化首先是開發適合各自具體情況的計算機決策支持系統,及時進行模擬決策,另外是建立信息網絡,及時了解市場信息、政策信息等,按照市場需求選擇生產和合理銷售自己的產品。
  根據國際農業信息技術發展的經驗、趨勢,我國社會經濟發展水平及我國農業信息技術應用的基礎,本文認為中國農業通過農業信息化并最終進入信息農業社會將持續3個階段:農業信息基礎設施建設階段,農業信息技術的集成開發與應用階段,最終進入信息農業。
   4.1農業信息基礎設施建設階段
  (1)農業信息網絡基礎設施建設。信息資源的共享是農業信息化的基礎。目前情況是信息交流不通暢,導致信息嚴重條塊分割,信息滯后,影響了農業科技的進步,也阻礙了農業經濟的發展。21世紀信息交換的廣泛形式是信息網絡。因此,需要加快以計算機為基礎的農業科技信息網絡建設,以便使農業信息能夠及時地為農業生產經營過程服務。現在一些農業科研院所、政府部門已經建立一些農業信息網絡,形成了農業信息基礎設施的雛形。未來的工作是延伸網絡空間,一直到縣、鄉、村,與此同時加強專業類農業信息網絡建設。
  (2)農業信息資源建設。在逐步形成的農業信息基礎設施的基礎上開發農業信息資源,是農業信息基礎設施建設的另外一個重要內容。包括環境信息庫建設,農業資源(土地、土壤、氣候、水)數據庫建設,農業科技成果信息庫、農業期刊數據庫、品種數據庫建設,農業生產資料信息庫建設等。在建設過程中要避免低水平的重復,保持數據庫的信息現時性。除信息庫建設外,還要加強與農業生產經營有關的各種農業知識庫建設。
  (3)農業信息獲取基礎設施建設。3S(RS,CIS,GPS)及各種監測農業資源的儀器(土壤化驗分析儀器、氣象監測儀器等),是準確獲取與利用各種農業信息的重要設施。然而我國在這方面與國際差距較大,需要加大資金研究、開發、應用各種農業信息獲取基礎設施,以增加農業生產過程中的信息含量,提高信息的準確性,準確而及時地跟蹤、掌握農業資源、環境的變化,以便制定正確、科學的政策與對策。
   4.2農業信息技術集成系統的開發與應用階段
  (1)農業系統模型的建設。把農業生產經營過程作為一個主體對象,支持農業生產經營過程作為客體對象(包括環境、資源、市場等),從信息農業角度出發,研究主體內部、主體與客體之間的信息流、知識流、工作流、控制流,并建立起系統模型。
  (2)集成信息系統的開發。在農業系統模型的基礎上開發應用性較強的信息系統、知識系統、工作流管理系統、控制系統等。目前,農業信息系統開發都是農業領域中局部范圍的工作,如氣象信息系統、土地管理信息系統、生產計劃系統、病蟲害防治系統、種子選育系統、田間管理系統等。將單項農業信息技術集成應用于農業生產經營、生產管理、生產過程控制、農業設施裝備是農業信息化這一階段的重要工作,因此信息集成乃至知識集成是這一時期的重要工作。
  (3)基于信息的控制模型、通訊模型等應用于農業設施。在前幾項成果的基礎上,將這些成果與現代工程技術、生物技術、機械制造技術相結合,制造出基于信息與通訊技術的農業設施、設備,這時農業生產將以自動化或半自動化工廠化方式進行,進入高效集約型農業生產時期。信息與知識逐步成為重要的農業生產經營要素。
   4.3農業信息技術的產業化階段
  鄧小平同志早就提出“發展高技術,實現產業化”,農業信息技術的發展也要走產業化的道路。當農業信息技術發展到一定規模、水平,在農業領域得到成功應用,而且農業生產的每個環節都需要農業信息技術及農業信息技術產品的支持時,農業信息化就將進入產業化階段。這時將有生產農業信息產品的專業部門,種類繁多的計算機軟件、硬件和通訊、控制產品直接為農業生產經營過程服務。
   4.4信息化農業社會(信息農業)
  信息農業的一個重要特征是信息與知識成為比土地、農業生產資料等更為重要的第一生產要素,農業生產的產值與農產品中應用農業知識、信息多少密切相關。農業生產過程采用信息控制的農業設施進行,農業生產經營以電子商務形式進行,農業生產管理以計算機為輔助手段。例如,農田灌溉工程中,水泵抽水和溝渠灌溉排水的時間、注量全部通過信息自動傳輸和計算機自動控制。農產品的倉儲內部環境因素變化的監測、調節和控制完全使用計算機信息系統運行。農作物施肥,可以在田間設置自動養分測試儀或設置各種探針定時獲取數據在室內自動測定,通過計算機分析數據,確定施肥時間、施肥量、施肥方法,使用田間遙控自動施肥機具或與灌溉水結合實現自動施肥。農作物病蟲害防治信息化和自控,在田間設置監測信息系統,通過信息網發出預測預報,利用計算機模型分析,確定防治時間和方法。在農業經營管理信息網絡化中,通過計算機手段編制農業生產計劃、物資采購計劃、種植計劃并從中選擇最優計劃,在計劃的指導下,實施農業生產,并通過生產管理系統,進行農業生產過程中的成本控制、農機具調配等。通過信息網絡,以電子商務的手段實現農業生產經營。
   5 結 論
  農業信息化是我們目前認識到的農業發展的最高階段。農業信息化的實現和完成也要經歷一個較長的歷史時期。農業信息化建設將是歷史上最為復雜、知識高度密集、設備要求高、技術難度大、大規模綜合集成的系統工程。因此借鑒發達國家在發展農業信息化方面的經驗,研究我國農業信息化發展戰略,規劃我國農業信息化建設內容非常重要,乃當務之急。
  本文討論了農業信息化的3個階段:農業信息化基礎設施的建設,農業信息技術集成系統的開發與應用,信息農業。每一個階段的進程如圖1所示。中國在20世紀90年代已經開展了農業信息基礎設施的建設,到21世紀60年代基本成熟。農業信息技術集成系統的開發與應用階段將始于21世紀初,目前剛剛開始,例如黑龍江省二道河農場的計算機集成農業系統(農業CIMS)。21世紀下半葉進入較成熟階段。21世紀80年代開始進入信息農業時代,信息農業將在21世紀基本實現。21世紀之后將會是更高級的農業形式取代信息農業。
情報學報京214~218F2農業經濟導刊王亞東/黃梯云/趙春江20022002從原始農業到古代農業(傳統農業),進而發展到現代農業,人類社會農業經濟的發展已經持續幾千年的歷程。歷史經驗表明,農業生產上的每一次重大突破,無一不和科技進步息息相關,依靠科技進步發展農業已經成為當今世界農業的大趨勢。兩項新的科學技術成果——生物工程技術、信息技術已經在農業領域得到廣泛應用,并推動了農業飛速向前發展,可以預見到由新技術廣泛應用于農業而引發的一次新的農業革命即將來臨。生物工程技術將是新的農業科技革命的核心,信息技術將是新的農業科技革命的先導。本文以農業科技對農業經濟發展的促進作用及農業對信息技術的需求為背景,通過對國際農業信息技術的發展狀況及我國農業信息技術發展面臨的機遇與挑戰的分析,提出我國農業信息化建設的3個階段:農業信息基礎設施建設、農業信息技術集成應用、信息農業,并論述了每個階段的內容。農業信息技術/信息集成/信息農業863智能計算機主題資助項目(863-306-ZD05-01-5),國家863CIMS主題資助項目(863-511-810-071)。王亞東,黃梯云,哈爾濱工業大學 哈爾濱 150001  趙春江,北京市農業信息技術中心 北京 100089 作者:情報學報京214~218F2農業經濟導刊王亞東/黃梯云/趙春江20022002從原始農業到古代農業(傳統農業),進而發展到現代農業,人類社會農業經濟的發展已經持續幾千年的歷程。歷史經驗表明,農業生產上的每一次重大突破,無一不和科技進步息息相關,依靠科技進步發展農業已經成為當今世界農業的大趨勢。兩項新的科學技術成果——生物工程技術、信息技術已經在農業領域得到廣泛應用,并推動了農業飛速向前發展,可以預見到由新技術廣泛應用于農業而引發的一次新的農業革命即將來臨。生物工程技術將是新的農業科技革命的核心,信息技術將是新的農業科技革命的先導。本文以農業科技對農業經濟發展的促進作用及農業對信息技術的需求為背景,通過對國際農業信息技術的發展狀況及我國農業信息技術發展面臨的機遇與挑戰的分析,提出我國農業信息化建設的3個階段:農業信息基礎設施建設、農業信息技術集成應用、信息農業,并論述了每個階段的內容。農業信息技術/信息集成/信息農業863智能計算機主題資助項目(863-306-ZD05-01-5),國家863CIMS主題資助項目(863-511-810-071)。
2013-09-10 21:26

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