農(nóng)業(yè)信息技術的發(fā)展趨勢

1、在人類社會漫長的發(fā)展過程中， 根據(jù)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(nóng)業(yè)發(fā)生的兩次重要的技術革命，徹底地改變了世界農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)的格局。第一次農(nóng)業(yè)技術革命發(fā)生在 19 世紀后半葉，一直持續(xù)到 20 世紀后半葉。尤其是本世紀 50年代以后， 發(fā)展趨勢日漸加快， 對糧食增產(chǎn)起到了重要的推動作用。 第一次農(nóng)業(yè)革命取得的豐碩成果主要受益于 孟德爾遺傳學理論在農(nóng)業(yè)育種中的實踐， 李比希植物礦物營養(yǎng)學說和謬勒有機化學合成農(nóng)用化學物質(zhì) 技術的普遍應用，以及現(xiàn)代化大工業(yè)為農(nóng)業(yè)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(chǎn)增加了 2.

2、5倍，而我國增加了 4 倍。然而近年來，第一次農(nóng)業(yè)技術革命對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的促 進作用已顯著下降， 農(nóng)作物平均單產(chǎn)的增幅已明顯趨緩。 第一次農(nóng)業(yè)技術革命與現(xiàn)代工業(yè)革命有著相 似的特點， 即強調(diào)規(guī)?；蛯ψ畲罄麧櫟淖非?， 表現(xiàn)為片面追求農(nóng)作物的產(chǎn)量而忽視自然資源合理利 用和對人類生存環(huán)境的保護，我國這方面的問題尤為明顯。本世紀 80一 90年代迎來了以基因工程和信息技術為基礎的第二次農(nóng)業(yè)技術革命的曙光。第二次農(nóng) 業(yè)技術革命的興起，并非意味第一次農(nóng)業(yè)技術革命的終結。一些傳統(tǒng)的技術仍然在發(fā)揮著作用，并獲 得新生。這次革命將使全球農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)技術得到全面、深刻的變革，并將使全球農(nóng)業(yè)的總體水平提升 到一個嶄新的

3、高度。這里主要討論農(nóng)業(yè)信息技術( Agricultural information technology )的發(fā)展趨勢，即信息技術本身的發(fā) 展及在農(nóng)業(yè)中的應用前景。一、意義農(nóng)業(yè)信息技術作為新的農(nóng)業(yè)科技革命的先導， 在促進未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和整個農(nóng)業(yè)科技進步中將起到 全局推動作用。通過信息技術不僅可為農(nóng)戶廣泛提供科技、生產(chǎn)、市場咨詢服務，向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者及農(nóng) 業(yè)主管領導提供有效利用農(nóng)業(yè)資源、 優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術規(guī)程和科學經(jīng)營管理決策， 而且可以將現(xiàn)有單 項農(nóng)業(yè)技術進行綜合組裝配套實現(xiàn)高層次的科技創(chuàng)新， 方便快捷地大面積推廣應用， 全面提高農(nóng)業(yè)和 農(nóng)村科技的總體水平。因此，積極開展農(nóng)業(yè)信息技術的研究應用，使高

4、新技術為農(nóng)業(yè)服務，對于全面 實施“科教興國戰(zhàn)略”具有重大意義。農(nóng)業(yè)信息化作為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容將是歷史發(fā)展的一個必然過程， 因此一直得到黨中央、 國 務院的高度重視，要求我們在推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的過程中，不失時機地推動農(nóng)業(yè)信息化和高技術化。黨 的十五屆三中全會通過的中共中央關于農(nóng)業(yè)和農(nóng)村若干重大問題的決定，從我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀 出發(fā)，指出：“要在廣泛運用農(nóng)業(yè)機械、化肥、農(nóng)膜等工業(yè)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(nóng)業(yè)科技和生產(chǎn)力實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，逐步建立起農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新體系”。指明了 今后農(nóng)業(yè)科技工作的重點發(fā)展方向，描繪出了 21 世紀我國農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的宏偉藍圖。國際上充分利

5、用信息技術如計算機網(wǎng)絡、通訊技術、人工智能、遙感技術發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，在最近20 年來取得了令世人矚目的成就，并成為當今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的熱點之一。發(fā)達國家在完成農(nóng)業(yè)工業(yè) 化、農(nóng)業(yè)實現(xiàn)機械化后，圍繞如何提高勞動生產(chǎn)率、資源利用率、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益、保護環(huán)境實現(xiàn)持續(xù) 發(fā)展等方面，開展了廣泛的農(nóng)業(yè)信息化工作，從農(nóng)業(yè)硬件設施的操作，到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術的推廣普及， 到市場產(chǎn)品的經(jīng)營，無一不滲透著信息技術的作用。農(nóng)業(yè)信息技術應用已貫穿于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)前、產(chǎn) 中、產(chǎn)后全過程，成為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要支撐，也為我國的農(nóng)業(yè)信息化提供了可借鑒的寶貴經(jīng) 驗。二十一世紀是社會高度信息化、 經(jīng)濟高度知識化的時代， 知識和信息已成為經(jīng)

6、濟發(fā)展的基本因素。 信息科學技術的高速發(fā)展， 與世界范圍內(nèi)信息基礎設施的迅速完善， 加速了知識經(jīng)濟時代的全面發(fā)展， 同時也為我國實施農(nóng)業(yè)信息化、 迎接知識經(jīng)濟的挑戰(zhàn)、 推動新的農(nóng)業(yè)科技革命提供了良好技術支撐和 機遇。我國國情決定了今后將是農(nóng)業(yè)工業(yè)化、信息化和現(xiàn)代化并進的模式，要充分把握我們的后發(fā)優(yōu) 勢，利用信息技術在農(nóng)業(yè)知識、信息和技術的傳播與控制的潛能，促進我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程，提高農(nóng) 業(yè)和農(nóng)村工作的現(xiàn)代化水平。二、現(xiàn)狀信息技術特別是人工智能（專家系統(tǒng)技術）在世界農(nóng)業(yè)領域中的應用始于 70 年代未。經(jīng)過 20 余年 發(fā)展，應用已遍及作物栽培管理、設施園藝管理、畜禽飼養(yǎng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、植物保護、育種

7、以及經(jīng)濟決 策等各方面。 由于知識工程或?qū)＜蚁到y(tǒng)在處理不完全信息和數(shù)據(jù)上的潛在能力， 該項技術特別受到農(nóng) 業(yè)科學家的青睞，發(fā)展很快。專家系統(tǒng)在灌溉、施肥、栽培、病蟲害的診斷與防治、作物育種、作物 產(chǎn)量預測、畜禽飼養(yǎng)管理和水產(chǎn)養(yǎng)殖管理等方面，已經(jīng)展示出強大的生命力和無限廣闊的應用前景。由于我國農(nóng)業(yè)自身的若干特點，如農(nóng)業(yè)水土資源人均占有量低、農(nóng)民文化素質(zhì)差、農(nóng)業(yè)領域?qū)＜液?科技人員緊缺等， 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)與應用從一開始就受到廣泛的重視， 并成為信息技術在農(nóng)業(yè)應 用的重要方面， 其中影響最大的是與種植業(yè)有關的各類專家系統(tǒng)。 目前已投入實際應用的有綜合栽培 專家系統(tǒng)、水肥管理專家系統(tǒng)、育種專家系統(tǒng)

8、、病蟲測報與防治專家系統(tǒng)等，早期典型的如中科院合 肥智能機械研究所的施肥專家系統(tǒng)、 北京市農(nóng)科院作物所的小麥管理專家系統(tǒng)等。 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的最 大特點是它的實用性，它應農(nóng)業(yè)需求而研制，又在農(nóng)業(yè)應用中發(fā)展。伴隨著信息技術的突飛猛進，農(nóng) 業(yè)專家系統(tǒng)和其它智能化信息技術集成應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理已成為必然的趨勢。 日本最近提出的農(nóng) 業(yè)知識工程計劃，目的在于通過研究和示范，將大部分商品化信息技術，包括通訊、監(jiān)測、模擬、自 動控制和專家系統(tǒng)等有機結合，綜合服務于農(nóng)場生產(chǎn)的管理。國家科技部高技術司和國家 863計劃智能計算機系統(tǒng)主題 （306主題） “九五”期間開展了 “智能化農(nóng)業(yè) 信息技術應用示范工程 ”

9、，由國家科技部批準建立北京、吉林、安徽、云南四個國家示范區(qū)，突出農(nóng) 業(yè)專家系統(tǒng)和智能化農(nóng)業(yè)信息技術的應用，選擇了影響面大的小麥、水稻、玉米、棉花和大豆五種重 要作物，面向基層、面向生產(chǎn)、面向農(nóng)民，以傳播農(nóng)業(yè)科技知識和增收節(jié)支為最終目的。四個示范區(qū) 經(jīng)過建設， 取得明顯成效， 也為今后開展類似工作提供了可借鑒的經(jīng)驗， 也推動了智能化技術的發(fā)展。農(nóng)用計算機網(wǎng)絡由于能夠?qū)崿F(xiàn)遠程直接存取大型數(shù)據(jù)庫中的信息和共享主機系統(tǒng)軟件資源，在作物 栽培管理、設施園藝管理、畜禽飼養(yǎng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、植物保護、育種以及經(jīng)濟分析等各方面普遍得到應 用，計算機網(wǎng)絡已成為正在興起的農(nóng)業(yè)信息服務業(yè)的技術支柱。1994 年，我國啟動

10、了 “金農(nóng) ”工程。農(nóng)業(yè)部于 1998年開通了 “中國農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡 ”，有關省市如北京、天津、上海、江蘇、河北等也紛紛開 展了農(nóng)業(yè)科技信息網(wǎng)絡建設。海灣戰(zhàn)爭后， GPS 技術民用化，使得它在許多國民經(jīng)濟領域的應用研究獲得迅速發(fā)展。以遙感技術RS、地理信息系統(tǒng)GIS、全球定位系統(tǒng)GPS現(xiàn)代信息技術（3S）發(fā)展為支撐的 精確農(nóng)業(yè)”得到了廣 泛的發(fā)展，國際上每年召開一次 精確農(nóng)業(yè)”學術會議。3S技術的成熟，為認識農(nóng)田內(nèi)按小區(qū)生長環(huán)境 條件的差異， 實施按小區(qū)調(diào)控投入和管理措施成為可能。 目前，適應 “精確農(nóng)業(yè) ”技術體系應用的 DGPS 裝置， GIS 適用平臺及農(nóng)作物資源空間信息數(shù)據(jù)庫管理軟件，作

11、物生產(chǎn)決策支持模擬模型，帶DGPS接收機小區(qū)產(chǎn)量傳感器和產(chǎn)量分布繪圖裝置的谷物聯(lián)合收割機，自動調(diào)控施藥、施肥機、播種機均已 有商品化產(chǎn)品；支持農(nóng)田信息實時采集的田間土壤水份、N、 P、 K 含量、 pH 值、有機質(zhì)含量、作物 苗情、雜草分布等的傳感器技術已有初步研究開發(fā)成果。在美、加、澳、歐，精確農(nóng)業(yè)技術體系已試 驗應用于小麥、玉米、大豆、甜菜、土豆等作物生產(chǎn)。此外，國際上農(nóng)用個人數(shù)字助理 (APDA) 、掌上電腦 (AHPC) 、智能機器人、農(nóng)業(yè)信息自動獲取設備 和裝置等在農(nóng)業(yè)中得到了廣泛應用，有的十分普遍。掌握有關土壤水分、土壤肥力(氮、磷、鉀 )、雜草、病蟲害、作物苗情等對指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非

12、常重要，但這些信息受自然條件影響大、時空變異性強、 實時采集難度高、直接進行田間大量信息采集和處理耗資費時，已成為本領域的重要研究方向。目前 TDR 的水分測量技術已基本成熟，并有商品化的產(chǎn)品。雜草和苗情識別的光譜技術、視覺圖象處理 技術、土壤養(yǎng)分的離子選擇場和射流測量技術，國外已有很多研究成果報道，進一步實用化仍需一段 時間。我國在這方面研究處于起步探索階段，并重點集中于土壤水分、養(yǎng)分的測量上。三、趨勢1、智能化農(nóng)業(yè)信息技術類型繼續(xù)延伸，應用領域更加拓寬。除專家系統(tǒng)、模擬模型這些人們已熟悉的農(nóng)業(yè)信息技術外，神經(jīng)元網(wǎng)絡、面向?qū)ο蟆C器學習、多媒體及計算機視覺在農(nóng)業(yè)中的應用日趨普 遍，研究熱點還

13、包括情感化的人機界面包括各類多媒體信息的表示、 存儲、顯示；各種用于數(shù)據(jù)表格、 推理中間結果顯示，地理導航和 GIS 功能，預制文本、路徑跟蹤和策略解釋等。從信息處理的環(huán)節(jié)上 看，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集應用新的信息技術受到更多的關注。 面向特定領域的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究開發(fā)與示范 推廣將繼續(xù)成為發(fā)展重點。2、不同類型技術交叉與融合。 如 RS、GPS、GIS 與作物管理信息系統(tǒng)的結合、 專家系統(tǒng)與模型的結合。 為使專家系統(tǒng)的一些優(yōu)點繼續(xù)保持， 同時克服一些嚴重的缺點如處理知識的淺層性和狹窄性， 與其它 信息技術結合是必然的發(fā)展趨勢。將會建立GIS+GPS+DS的綜合作物生產(chǎn)管理集成系統(tǒng)，為作物的播 種、施肥、灌溉、病蟲草害防治等實現(xiàn)精確管理提供技術決策支持。要解決的關鍵技術包括：谷物流 量傳感器及在線測量理論方法及產(chǎn)量計算數(shù)學模型的建立；差分GPS基準站的建立，GPS游動站與基站的通訊，GIS在農(nóng)田空間地理信息的數(shù)學建模；以及田間數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)快速采集技術等。3、采用構件化計算技術開發(fā)綜合性和實用性強的應用平臺是當前國際上計算機技術發(fā)展的重要趨勢。4、工具化。 面向不同用戶層(程序員、知識工程師、農(nóng)業(yè)科技工作者和生產(chǎn)者)開發(fā)建立智能化農(nóng) 業(yè)信息技術應用系統(tǒng)生成和輔助工具，提高了系統(tǒng)開發(fā)效率。5、 農(nóng)業(yè)信息技術集成、信息產(chǎn)品商品化。農(nóng)業(yè)領域中的有些信息技術單獨應用有很大局限性，通過 技術集