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近年來，隨著云計算、深度學習、機器學習、人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法、嵌入式等技術(shù)的深入發(fā)展與逐步實現(xiàn)，伴隨著農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)概念的提出，數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等農(nóng)業(yè)信息化表達方式的不斷更新，對我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展提出了更新更高的要求。但是，我國的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化僅僅停留在農(nóng)作物種植的規(guī)范化、集中化種植，溫室大棚培育、無公害農(nóng)產(chǎn)品種植等形式。原有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)落后，農(nóng)民靠天吃飯，企業(yè)靠農(nóng)民種植等現(xiàn)象仍未得到根治，總體上仍然處于生產(chǎn)效率低下與耕地利用率不足的現(xiàn)狀。由此可見，轉(zhuǎn)變現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，利用高新技術(shù)改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式勢在必行。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的飛速發(fā)展及廣泛應用，對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營方式提出挑戰(zhàn)的同時也帶來了機遇。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展促進了電商平臺的興起，它為農(nóng)戶解決農(nóng)產(chǎn)品爛在地里的危機，并將各地的特色農(nóng)產(chǎn)品遠銷全國各地；嵌入式系統(tǒng)結(jié)合農(nóng)業(yè)種植，實現(xiàn)了用戶遠程澆水、施肥、噴灑農(nóng)藥等功能；神經(jīng)網(wǎng)絡算法的不斷更新為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的分析應用提供了智能模型；云計算的發(fā)展為農(nóng)戶、企業(yè)提供了成本低廉的信息化平臺，實現(xiàn)高新技術(shù)的低成本化；農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、運輸、銷售、服務等一系列的智能化、標準化農(nóng)業(yè)經(jīng)營方式。以上新型農(nóng)業(yè)技術(shù)的生產(chǎn)為我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了智力支持，為我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

一、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的迅速改變，原本粗放型的農(nóng)業(yè)小作坊種植形式已經(jīng)逐步得到改善，精準農(nóng)業(yè)得到了進一步的推廣，標準化的種植方式得到了廣大農(nóng)民的認可，農(nóng)業(yè)電商的推廣使得農(nóng)產(chǎn)品銷售不再是農(nóng)業(yè)發(fā)展的障礙，農(nóng)業(yè)種植、收購企業(yè)的涌現(xiàn)使得部分農(nóng)民轉(zhuǎn)化成產(chǎn)業(yè)工人，部分農(nóng)業(yè)將種植成果直接賣給收購企業(yè)，改善了我國大部分地區(qū)農(nóng)民的生活，一定程度上促進了農(nóng)業(yè)的發(fā)展。但是，農(nóng)業(yè)粗放型的生產(chǎn)方式仍然存在，智能化的信息技術(shù)仍未得到有效推廣，農(nóng)業(yè)的發(fā)展存在巨大的潛力。

（一）農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)單純式發(fā)展

近十年以來，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、專家系統(tǒng)的飛速發(fā)展，徹底改變了人們的生產(chǎn)生活方式，信息技術(shù)與多學科的發(fā)展，將不同產(chǎn)業(yè)與信息技術(shù)的有效結(jié)合促進了各大產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但是，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)仍未與信息產(chǎn)業(yè)全方面的結(jié)合，發(fā)展方式過于單一。盡管在農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、運輸、銷售過程中，政府、企業(yè)運用了多種方式，提高了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，增強了農(nóng)產(chǎn)品的運輸力量，推廣了特色農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，但是將農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)與信息技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)造集農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)、休閑娛樂業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)一體化的模式仍屬罕見。

（二）農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展滯后

目前，我國大部分地區(qū)農(nóng)業(yè)種植仍然停留在農(nóng)業(yè)機械化種植階段 （部分山區(qū)仍未實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化），農(nóng)業(yè)信息化止步于試驗田及科研人員的研究。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

一是生物多樣性與農(nóng)業(yè)信息化的脫離。如云南農(nóng)業(yè)大學朱有勇院士團隊研發(fā)的生物多樣性種植方式，提高的農(nóng)作物的抗病能力，減少了農(nóng)作物農(nóng)藥的噴灑量，為大量種植綠色食品、無公害食品提供了重要依據(jù)，但是，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)作為 ２１世紀高新科技的產(chǎn)物，具有智能性、預測性等特點，合理結(jié)合生物多樣性將更利于農(nóng)作物的生長。

二是標準化種植。傳統(tǒng)的粗放型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，農(nóng)民根據(jù)自身需求進行種植，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，由政府規(guī)劃、企業(yè)收購的標準化種植為農(nóng)戶解決了農(nóng)產(chǎn)品滯銷的問題，但是大量的標準化種植將抑制了農(nóng)作物的抗病、抗蟲的能力，唯有使用大量的藥劑保持農(nóng)作物的健康，得不償失。

三是生產(chǎn)過剩。由于缺乏智能化的預測模型，農(nóng)戶種植農(nóng)產(chǎn)品的品種、規(guī)模僅僅憑借個人的判斷，企業(yè)選擇種植農(nóng)產(chǎn)品的品種、規(guī)模僅僅憑借管理層的決定或者專家的意見，導致主觀意見占據(jù)了決策的主導，抑制了農(nóng)戶 （企業(yè)）的發(fā)展，常常出現(xiàn)生產(chǎn)過剩的現(xiàn)象。

（三）偽農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展

計算機已經(jīng)在全國范圍內(nèi)得到普及，但是真正理解計算機技術(shù)的民眾所占比例仍舊很低，利用淘寶等電商平臺為各村農(nóng)產(chǎn)品的銷售提供的支持，解決了困擾農(nóng)民多年的問題。但是，電商平臺的使用僅能夠解決銷售難的問題，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的根本問題并未觸動。真正農(nóng)業(yè)信息技術(shù)并未推廣，粗放型農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模型仍舊存在。

二、智慧農(nóng)業(yè)模型的構(gòu)建及面臨的挑戰(zhàn)

智慧農(nóng)業(yè)是匯集最新農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，將其應用于農(nóng)業(yè)種植、運輸、銷售全過程中，提高農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的收入，減輕農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的工作量，保障農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的新型產(chǎn)業(yè)。我國在智慧農(nóng)業(yè)研究方面起步較晚，缺乏系統(tǒng)的理論知識和實踐經(jīng)驗，面臨人才匱乏、基礎(chǔ)設施落后、政府投入力度較弱等困境。

（一）智能預測模型的構(gòu)建

農(nóng)業(yè)種植中最重要的問題就是種植品種、種植面積的問題。經(jīng)常碰到今年洋蔥市場好、價格高，但是農(nóng)民未種植，第二年大部分農(nóng)民種植洋蔥，導致生產(chǎn)過剩難以銷售，農(nóng)民損失慘重的現(xiàn)象。本文采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法構(gòu)建基于智能算法的價格預測模型，較精確地預測第二年農(nóng)作物的價格，為農(nóng)民、企業(yè)提供參考依據(jù)，避免出現(xiàn)種植過量的現(xiàn)象，保證農(nóng)民、種植企業(yè)的利益。具體方式包括：首先，確定影響該農(nóng)作物價格的影響因素，將影響因素進行數(shù)字化處理。第二，收集整理數(shù)據(jù)化后的影響因素及近年來預測對象的價格，并通過拉依達準則對收集的數(shù)據(jù)進行檢驗，剔除異常數(shù)據(jù)；根據(jù)前后數(shù)據(jù)的相關(guān)性補充空缺的數(shù)據(jù)，形成完整的數(shù)據(jù)集。第三，將收集到的數(shù)據(jù)進行歸一化處理，確保數(shù)據(jù)的一致化。第四，根據(jù)收集數(shù)據(jù)量的大小選擇不同的人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法，構(gòu)建智能預測模型。首先將歸一化處理后的一部分數(shù)據(jù)作物訓練集數(shù)據(jù)，輸入模型進行數(shù)據(jù)訓練；將剩余數(shù)據(jù)作為測試數(shù)據(jù)進行測試。當需要對某種農(nóng)作物進行價格預測時，只要輸入相應的數(shù)據(jù)即可得到較為精確的預測結(jié)果，為農(nóng)戶（企業(yè)）提供指導意見。根據(jù)同樣的算法，可以構(gòu)建農(nóng)作物病蟲害的預測系統(tǒng)，為預防病蟲害做相應的準備，降低病蟲害對農(nóng)作物的危害。

（二）病蟲害診斷系統(tǒng)的構(gòu)建

目前，手機已經(jīng)從奢侈品變成了必需品，無論男女老少都擁有自己的手機。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)基于智能算法的農(nóng)作物病蟲害診斷系統(tǒng) ＡＰＰ。該系統(tǒng)采用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡算法，進行圖形圖像識別，即將智能算法中的識別功能與手機 ＡＰＰ的診斷系統(tǒng)相結(jié)合，開發(fā)智能化的病蟲害診斷系統(tǒng)，并直接在手機上安裝，方便種植戶使用。在種植戶遇到農(nóng)作物病蟲害難題時，只要在手機上打開病蟲害診斷 ＡＰＰ，選擇種植農(nóng)作物品種，然后通過直接在病蟲害部位進行掃描，將自動檢測農(nóng)作物的病癥，迅速通過數(shù)據(jù)庫匹配，得出解決病蟲害的方案，為種植戶提供方便簡潔的方案。

（三）農(nóng)作物預警系統(tǒng)的構(gòu)建

采用時間序列算法中的聚類算法構(gòu)建基于智能算法農(nóng)作物價格預警系統(tǒng)及農(nóng)作物病蟲害預警系統(tǒng)，采用嵌入式系統(tǒng)設計紅色警報 （亮紅燈），綠色信號 （亮綠燈）。當某種農(nóng)作物價格預測模型中預測結(jié)果低于警戒線 （設定某個值為警戒線值）時，系統(tǒng)將自動預警，發(fā)出紅色警報；當預測結(jié)果高于近 ３年來的最高價格時，系統(tǒng)將自動發(fā)出綠色信號提醒種植該農(nóng)作物。

（四）智能化共享平臺的構(gòu)建

前面談到構(gòu)建基于智能算法的農(nóng)作物價格預測模型。該預測模型可對某種或者某類農(nóng)作物的價格進行預測。在此基礎(chǔ)上，搭建管理信息系統(tǒng)，將智能預測模型預測的結(jié)果通過管理信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)共享。在數(shù)據(jù)共享之前，設立系統(tǒng)管理員、高級用戶、普通用戶等權(quán)限，根據(jù)不同的用戶權(quán)限，由管理員提供不同的共享數(shù)據(jù)，而且，將管理信息系統(tǒng)掛在云平臺上，既節(jié)約了資源、降低了成本又能滿足不同用戶的需求。同理，智能化共享平臺同樣提供農(nóng)作物病蟲害預測結(jié)果以及農(nóng)作物價格預警系統(tǒng)的相關(guān)信息，使得用戶 （高級用戶、普通用戶）通過該平臺的信息展示，及時調(diào)整種植農(nóng)作物的品種及病蟲害防治措施。

（五）智慧農(nóng)業(yè)模型與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的比較分析

智慧農(nóng)業(yè)模型在選擇種植作物種類、病蟲害防治、價格預警等多方面形成優(yōu)勢，由于采用了定量的智能預測方法，能夠精確的定位某種作物在來年的價格趨勢；能夠在遭遇病蟲害時，準確、及時、廉價地提供解決問題的方案；特別是建立智慧農(nóng)業(yè)云平臺的基礎(chǔ)上，能夠以極其低廉的價格為每一個種植戶提供服務。相比較傳統(tǒng)的種植方式，農(nóng)戶選擇作物種類時毫無章法，一般選擇當?shù)貍鹘y(tǒng)的農(nóng)作物或者跟風的形式種植。在遭遇病蟲害使用農(nóng)藥時，往往超量使用農(nóng)藥；只有大中型的種植企業(yè)才會邀請專家預測某種農(nóng)作物來年的價格趨勢以及指導病蟲害的防治方法。與智慧農(nóng)業(yè)模式相比較，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植成本高、收益低、利潤低、不環(huán)保。因此，選擇智慧農(nóng)業(yè)模型是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢。

（六）面臨的挑戰(zhàn)

大數(shù)據(jù)顧名思義就是擁有大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量以 ＰＢ級計量，國際信息咨詢機構(gòu)國際數(shù)據(jù)公司對大數(shù)據(jù)的技術(shù)定義為 “通過高速捕捉、發(fā)現(xiàn)或者分析，從大量數(shù)據(jù)中獲取有價值信息的一種技術(shù)架構(gòu)”，即大數(shù)據(jù)具備數(shù)據(jù)完整性、種類多樣性、變化頻率高等多種特性，顯然數(shù)據(jù)重要度已經(jīng)成為了大數(shù)據(jù)是否成為核心要素的關(guān)鍵之處。 （１） 本文主要是在大數(shù)據(jù)背景下進行研究，數(shù)據(jù)作為所有關(guān)鍵技術(shù)的支撐點。前文介紹的影響農(nóng)作物價格的因素，影響農(nóng)作物病蟲害的因素以及農(nóng)作物的價格等都需要數(shù)據(jù)的支撐，并且所需要的數(shù)據(jù)越多、越完整，智能預測模型的預測準確率就越高。（２）收集的數(shù)據(jù)量較大，對構(gòu)建基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法的智能模型提出調(diào)整。隨著收集數(shù)量的不斷增長，必須采用機器學習才能對其進行分析，得出有效的結(jié)果。 （３）本文中預測的農(nóng)作物并非單純的指一種農(nóng)作物，而是包含了常見的農(nóng)作物品種，以至于收集數(shù)據(jù)難度較大。如果收集數(shù)據(jù)不完整或者只能收集某種或某幾種農(nóng)作物相關(guān)的信息，將嚴重影響大數(shù)據(jù)背景下我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，所建立的智能模型、預警模型、管理信息系統(tǒng)都將失去存在的價值。因此，多種常見農(nóng)作物相關(guān)數(shù)據(jù)的收集整理成為當前面臨的最大挑戰(zhàn)。

三、我國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的路徑

大數(shù)據(jù)背景下智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，不僅需要應用最新的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，更需要收集大量的、完整的相關(guān)數(shù)據(jù)以及收集人們的需求。依據(jù)其需求，構(gòu)建形式多樣的智能模型，然后構(gòu)建管理信息系統(tǒng)，依托云平臺，提供低價、高效的信息服務。圖 １為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展策略及路徑流程圖，顯示了我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，提出了智慧農(nóng)業(yè)模型構(gòu)建的方式，最后通過政府構(gòu)建農(nóng)業(yè)智慧平臺解決農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的問題。

（一）加快農(nóng)業(yè)信息化建設的投入，培育集成創(chuàng)新團隊

目前，農(nóng)業(yè)信息化建設仍然是高校、科研院所建設的薄弱環(huán)節(jié)，各地方政府的科技部門應該加大農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域的研發(fā)投入，培養(yǎng)一批高層次的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)專業(yè)人才，投入農(nóng)業(yè)信息化的實踐應用，為我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供后備人才，實現(xiàn)標準化、組織化、智能及信息化新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。

（二）應用政府調(diào)節(jié)職能，構(gòu)建智能模型

本研究的難點在于農(nóng)作物涉及的品種多、類別復雜，以至于在數(shù)據(jù)收集過程中存在收集難、限制多等問題。政府特別是科技主管部門應該做好大數(shù)據(jù)背景下智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的準備。首先，突破部門、單位、行業(yè)之間的限制，制定數(shù)據(jù)收集的相關(guān)政策，動用全社會的力量收集所需要的數(shù)據(jù)，推動智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展；其次，以科技主管部門牽頭，通過實地調(diào)研學習交通大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、林業(yè)大數(shù)據(jù)等平臺建設，邀請專業(yè)團隊構(gòu)建各種智能預測或識別模型。

（三）建立公共服務平臺，增強政府扶持力度

根據(jù)我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，政府應發(fā)揮主導農(nóng)業(yè)信息產(chǎn)業(yè)的作用，將其定位為服務型產(chǎn)業(yè)，利用政府科技平臺建設資金，引進發(fā)達省市的平臺建設團隊，將構(gòu)建并修改完善的基于智能算法農(nóng)產(chǎn)品價格預測模型，農(nóng)產(chǎn)品病蟲害預測模型等多種智能化模型嵌入管理信息系統(tǒng)中，搭建智慧農(nóng)業(yè)信息管理平臺，實現(xiàn)公益性的服務模式，為種植戶、種植企業(yè)提供精準服務，將種植品種、病蟲害以及農(nóng)產(chǎn)品價格預測等問題解決在矛盾的源頭，避免出現(xiàn)種植農(nóng)產(chǎn)品供過于求的慘狀。

（四）建設服務型平臺，實現(xiàn)信息共享

科技主管部門應該建立科學合理的平臺管理機制，采取 “制定機制、合理收費、科學管理、信息共享”的先進理念，通過低價提供數(shù)據(jù)的形式，吸引種植戶和種植企業(yè)的加入，盤活智慧農(nóng)業(yè)信息管理平臺，實現(xiàn)政府投入、惠及用戶、循環(huán)使用的功能，確保該平臺在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中的有效應用。

四、小結(jié)

綠色食品、健康生活、幸福家庭離不開綠色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，借助大數(shù)據(jù)時代先進的思想及技術(shù)，以農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)為發(fā)展平臺，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡、時間序列等智能算法為技術(shù)基礎(chǔ)，構(gòu)造智能模型，運用智能模型對農(nóng)產(chǎn)品價格進行預測，對農(nóng)作物病蟲害進行預測，對農(nóng)產(chǎn)品價格進行預警；利用手機 ＡＰＰ技術(shù)，開發(fā)防治病蟲害系統(tǒng)，解決農(nóng)民 （農(nóng)業(yè)種植工人）在田間地頭遇到農(nóng)作物病蟲害的問題，并搭建云平臺向廣大的農(nóng)戶、種植企業(yè)提供精確、低價的信息，促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。