农业信息化创建

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1农业信息技术发展

1.1农业技术革命对农业发展的影响

人类在漫长的社会发展过程中,根据生存的需求培育出了种类繁多的动植物品种,这些宝贵的生物资源仍然是人类赖以生存的基础。然而,近期农业发生的两次重要的技术革命,彻底地改变了世界农业生产的发展进程[1]。第一次农业技术革命发生在19世纪后半叶,一直持续到20世纪后半叶,尤其是50年代以后,发展趋势日渐加快,对粮食增产起到了重大的推动作用。第一次农业革命取得的丰硕成果主要受益于孟德尔遗传学理论在农业育种中的实践,李比希植物营养学说和谬勒有机化学合成农用化学物质技术的普遍应用,以及现代化大工业为农业灌溉技术、机械化技术提供的技术支撑。在这次革命中,世界粮食单产增加了2.5倍,而我国增加了4倍。然而近年来,第一次农业技术革命对农业生产的促进作用已显著下降,农作物平均单产的增幅已明显趋缓。第一次农业技术革命与现代工业革命有着相似的特点,即强调规模化和对最大利润的追求,表现为片面追求农作物的产量而忽视自然资源合理利用和对人类生存环境的保护。我国这方面的问题尤为明显。20世纪80~90年代迎来了以基因工程和信息技术为基础的第二次农业技术革命的曙光。第二次农业技术革命的兴起,并非意味第一次农业技术革命的终结。一些传统的技术仍然在发挥着作用,并获得新生。这次革命将使农业和农业技术得到全面、深刻的变革,并将使全球农业的总体水平提升到一个崭新的高度。

1.2农业对信息技术的需求

农业是一个生命系统、自然系统和社会系统复合而成的巨系统。系统中有着永不停息的能流、物流、经济流,并伴随着静态与动态的、定性与定量的、确定与模糊的复杂信息流。只有充分而快速地获取、处理、传播和利用各种农业信息,进行科学决策,才能确保农业系统沿着良性循环方向高效地运转。农业与其他行业相比,涉及的因素极其繁多复杂,涉及土壤、气象、环境等,且时空差异和变异性大,病虫灾害频繁,生产稳定性和可控程度差。农业自身的这些特点,决定了对信息技术的极大需求和依赖。农业生产个体规模很小且高度分散以及面对着复杂多变的市场,生产者和决策者都迫切需要信息技术的支持。

2国际农业发展的新趋势———农业信息化

如果说,农业机械化与农业化学化是20世纪农业的重要标志,那么农业信息化将是21世纪农业发展的重要标志,是农业现代化的更高阶段。应该说计算机在农业上的应用才真正拉开了农业信息化的序幕。美国在农业领域的计算机应用大致经历了3个发展阶段:50~60年代,计算机主要应用于农业科学计算;70年代主要应用于数据处理和数据库开发;80年代以后,应用重点是农业知识的处理、农业决策支持系统与自动控制的研究与开发。前两个阶段,农业正处于研究新品种、新肥料、新的种植技术高峰时期,被动地应用信息技术。这个时期是计算机工作者开拓信息技术应用领域的时期,农业是一个重要应用领域。80年代之后,随着第一次农业技术革命对农业发展的促进作用显著下降,农业领域提出了对信息技术的强烈需求,进入了一个广泛地应用信息技术成果的时期。目前,农业信息技术应用最快、最广的领域有[2,3]:(1)对农业资源如土地、品种、化肥、农药的管理和利用。

许多发达国家已建立了全国性或区域性的农业资源信息库,如作物基因信息库、栽培品种信息库、土壤信息库、主要病虫害信息及测报系统、气象信息库、农业科研项目及成果信息库等。这类系统的特点是专业性强,集成了专业领域里的信息、技术及知识精华。(2)农业知识系统的研究与开发。欧美等一些发达国家实施了农业知识共享工程,开发了用于育种栽培、施肥和灌溉、病虫害防治、田间管理、管理经营等专家系统。这些专家系统涉及农业生产经营的各个方面。(3)精确农业。利用遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)等现代化信息技术手段定量获取田区内影响作物生长因素及最终生成的空间差异性信息。运用科技手段调控,以达到对田区资源潜力的均衡利用和获取尽可能高的产量。美国迪尔公司生产的用于水稻及大豆收割的大型拖拉机上配置了GPS,该拖拉机可以直接测定产量及记录收割量、测定水分、分析土壤成分等。(4)农业信息服务网络。

20世纪80年代之后,计算机信息网络技术蓬勃发展,国际农业信息化的发展更加迅速。尤其是网络基础设施发展较快的发达国家与部分发展中国家,农业的各个方面信息都已进入本国信息网络以及国际互联网络。其中有各种农产品的生产、流通、市场与价格信息;农业的各种环境、资源信息(气象、土壤、生物与品种资源信息等);农业的各种科技信息等。据1997年1月16日《人民日报》报道,目前美国农民上网率达到70%,农民可以从网上查找到品种改良信息,新品种种植方法指导信息,农业机械使用、修理、保养信息,农业生产资料价格及粮食价格等信息。国际上充分利用信息技术如计算机网络、通讯技术、人工智能、遥感技术发展现代农业,在最近20年取得了令世人瞩目的成就,并成为当今世界农业发展的热点之一。发达国家在完成农业工业化、农业机械化后,围绕如何提高劳动生产率、资源利用率、农业经济效益,保护环境实现可持续发展等方面,开展了广泛的农业信息化工作。从农业硬件设施的操作,到农业生产技术的推广普及,到市场产品的经营,无一不渗透着信息技术的作用。农业信息技术的应用已贯穿农业生产的产前、产中、产后全过程,成为发展现代农业生产的基本要素。

3我国农业信息化面临的机遇和挑战

科学技术是第一生产力,农业科学技术是农业发展的第一生产力。正是基于这样的认识,党的十五届三中全会通过的《中共中央关于农业和农村若干重大问题的决定》,从我国农业发展的现状出发,指出“要在广泛运用农业机械、化肥、农膜等工业技术成果的基础上,依靠生物工程、信息技术等高新技术,使我国农业科技和生产力实现质的飞跃,逐步建立起农业科技创新体系。”十五届三中全会提出了建立我国农业科技创新体系的远大目标,描绘出了21世纪我国农业科技发展的宏伟蓝图,要求在推动农业现代化的过程中,不失时机地推动农业信息化和高技术化。我国十分重视发展自己的信息产业技术,许多信息技术领域的成果已经达到了国际先进水平,为应用于农业奠定了技术基础。近年来国际范围内硬件价格大幅度下降,使得计算机技术得到更广泛的普及,也为农业信息技术的发展提供了良好的机遇。经过9年制义务教育,农民的科学文化素质得到很大提高,学科学、用科学的能力得到增强,为农业信息技术的应用与普及提供了人才基础。农业信息化的发展机遇与挑战并存。中国的农业经济较发达国家相对落后,中国已经加入WTO,农业与粮食产品要参与国际市场的竞争,这向农业自身的发展提出了挑战,也向农业信息技术提出了挑战。农业信息化工作如何抓住机遇,迎接挑战?令人欣喜的是国内一些农业科研院所,信息技术的科研院所在信息技术的农业化及农业领域应用信息技术方面都开展了许多工作。

80年代以来,在发达国家农业信息化的影响下,我国开展了系统工程、数据库与信息系统、专家系统、决策支持系统、遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)以及全球定位系统(GPS)等技术应用于农业、资源、环境和灾害方面的研究,已取得许多重要成果,有些已达到国际先进水平。国家863智能计算机主题与CIMS主题都为促进农业信息化开展了研究工作。智能计算机主题专门成立了智能化农业信息示范工程专题专家组。专家组围绕农业专家系统主题,开展了有关智能化施肥、生长模拟模型、植保、病虫害防治、节水灌溉、育种等二十几个单项智能化农业信息化项目的研究,成立了16个应用、示范智能化农业信息项目成果的智能化农业信息工程示范区,进一步推进了农业信息化工作。CIMS主题从管理集成、信息集成、技术集成的角度出发,研究如何集成现有技术改造传统农业问题———农业生产管理、生产经营、生产技术等问题,并于1996年在黑龙江省二道河农场开展了农业CIMS工程示范项目,主要研究在大农业生产环境下信息技术的应用问题。

421世纪中国农业信息化框架

农业信息化是我们目前认识到的农业发展的最高阶段。农业信息化建设将是历史上最为复杂、知识高度密集、设备要求高、技术难度大、大规模综合集成的系统工程。农业信息化的实现和完成也要经历一个较长的历史时期。因此借鉴发达国家在发展农业信息化方面的经验,研究我国农业信息化发展战略,规划我国农业信息化发展步骤及建设内容非常重要,乃当务之急。信息农业是农业信息化发展的最高阶段。梅方权提出信息农业的基本特征是:农业基础设施装备信息化;农业技术操作全面自动化;农业经营管理信息网络化[4]。农业基础设施装备信息化是指农田基本建设信息化和自控化;农业技术操作全面自动化是指农作物栽培管理的自动化;农业经营管理信息网络化首先是开发适合各自具体情况的计算机决策支持系统,及时进行模拟决策,另外是建立信息网络,及时了解市场信息、政策信息等,按照市场需求选择生产和合理销售自己的产品。根据国际农业信息技术发展的经验、趋势,我国社会经济发展水平及我国农业信息技术应用的基础,本文认为中国农业通过农业信息化并最终进入信息农业社会将持续3个阶段:农业信息基础设施建设阶段,农业信息技术的集成开发与应用阶段,最终进入信息农业。

4•1农业信息基础设施建设阶段

(1)农业信息网络基础设施建设。信息资源的共享是农业信息化的基础。目前情况是信息交流不通畅,导致信息严重条块分割,信息滞后,影响了农业科技的进步,也阻碍了农业经济的发展。21世纪信息交换的广泛形式是信息网络。因此,需要加快以计算机为基础的农业科技信息网络建设,以便使农业信息能够及时地为农业生产经营过程服务。现在一些农业科研院所、政府部门已经建立一些农业信息网络,形成了农业信息基础设施的雏形。未来的工作是延伸网络空间,一直到县、乡、村,与此同时加强专业类农业信息网络建设。

(2)农业信息资源建设。在逐步形成的农业信息基础设施的基础上开发农业信息资源,是农业信息基础设施建设的另外一个重要内容。包括环境信息库建设,农业资源(土地、土壤、气候、水)数据库建设,农业科技成果信息库、农业期刊数据库、品种数据库建设,农业生产资料信息库建设等。在建设过程中要避免低水平的重复,保持数据库的信息现时性。除信息库建设外,还要加强与农业生产经营有关的各种农业知识库建设。

(3)农业信息获取基础设施建设。3S(RS,GIS,GPS)及各种监测农业资源的仪器(土壤化验分析仪器、气象监测仪器等),是准确获取与利用各种农业信息的重要设施。然而我国在这方面与国际差距较大,需要加大资金研究、开发、应用各种农业信息获取基础设施,以增加农业生产过程中的信息含量,提高信息的准确性,准确而及时地跟踪、掌握农业资源、环境的变化,以便制定正确、科学的政策与对策。

4•2农业信息技术集成系统的开发与应用阶段

(1)农业系统模型的建设。把农业生产经营过程作为一个主体对象,支持农业生产经营过程作为客体对象(包括环境、资源、市场等),从信息农业角度出发,研究主体内部、主体与客体之间的信息流、知识流、工作流、控制流,并建立起系统模型。

(2)集成信息系统的开发。在农业系统模型的基础上开发应用性较强的信息系统、知识系统、工作流管理系统、控制系统等。目前,农业信息系统开发都是农业领域中局部范围的工作,如气象信息系统、土地管理信息系统、生产计划系统、病虫害防治系统、种子选育系统、田间管理系统等。将单项农业信息技术集成应用于农业生产经营、生产管理、生产过程控制、农业设施装备是农业信息化这一阶段的重要工作,因此信息集成乃至知识集成是这一时期的重要工作。

(3)基于信息的控制模型、通讯模型等应用于农业设施。在前几项成果的基础上,将这些成果与现代工程技术、生物技术、机械制造技术相结合,制造出基于信息与通讯技术的农业设施、设备,这时农业生产将以自动化或半自动化工厂化方式进行,进入高效集约型农业生产时期。信息与知识逐步成为重要的农业生产经营要素。

4•3农业信息技术的产业化阶段

邓小平同志早就提出“发展高技术,实现产业化”,农业信息技术的发展也要走产业化的道路。当农业信息技术发展到一定规模、水平,在农业领域得到成功应用,而且农业生产的每个环节都需要农业信息技术及农业信息技术产品的支持时,农业信息化就将进入产业化阶段。这时将有生产农业信息产品的专业部门,种类繁多的计算机软件、硬件和通讯、控制产品直接为农业生产经营过程服务。

4•4信息化农业社会(信息农业)

信息农业的一个重要特征是信息与知识成为比土地、农业生产资料等更为重要的第一生产要素,农业生产的产值与农产品中应用农业知识、信息多少密切相关。农业生产过程采用信息控制的农业设施进行,农业生产经营以电子商务形式进行,农业生产管理以计算机为辅助手段。例如,农田灌溉工程中,水泵抽水和沟渠灌溉排水的时间、注量全部通过信息自动传输和计算机自动控制。农产品的仓储内部环境因素变化的监测、调节和控制完全使用计算机信息系统运行。农作物施肥,可以在田间设置自动养分测试仪或设置各种探针定时获取数据在室内自动测定,通过计算机分析数据,确定施肥时间、施肥量、施肥方法,使用田间遥控自动施肥机具或与灌溉水结合实现自动施肥。农作物病虫害防治信息化和自控,在田间设置监测信息系统,通过信息网发出预测预报,利用计算机模型分析,确定防治时间和方法。在农业经营管理信息网络化中,通过计算机手段编制农业生产计划、物资采购计划、种植计划并从中选择最优计划,在计划的指导下,实施农业生产,并通过生产管理系统,进行农业生产过程中的成本控制、农机具调配等。通过信息网络,以电子商务的手段实现农业生产经营。

5结论

农业信息化是我们目前认识到的农业发展的最高阶段。农业信息化的实现和完成也要经历一个较长的历史时期。农业信息化建设将是历史上最为复杂、知识高度密集、设备要求高、技术难度大、大规模综合集成的系统工程。因此借鉴发达国家在发展农业信息化方面的经验,研究我国农业信息化发展战略,规划我国农业信息化建设内容非常重要,乃当务之急。本文讨论了农业信息化的3个阶段:农业信息化基础设施的建设,农业信息技术集成系统的开发与应用,信息农业。每一个阶段的进程如图1所示。中国在20世纪90年代已经开展了农业信息基础设施的建设,到21世纪60年代基本成熟。农业信息技术集成系统的开发与应用阶段将始于21世纪初,目前刚刚开始,例如黑龙江省二道河农场的计算机集成农业系统(农业CIMS)。21世纪下半叶进入较成熟阶段。21世纪8O年代开始进入信息农业时代,信息农业将在21世纪基本实现。21世纪之后将会是更高级的农业形式取代信息农业。