基于云计算的数字农业大数据处理技术发展及应用

随着农业信息化的迅速发展，作物图像信息成为了农业大数据的主体。

农业是一个复杂的生命系统，具有典型的生态区域性和生理过程复杂性。信息技术是推动社会经济变革的重要力量，加速信息化发展是世界各国的共同选择。我国是个农业大国，对农业信息化技术与科学有着巨大需求。我国农业信息技术通过近10多年的发展，大量的国家级项目得以成功实施，如：“土壤作物信息采集与肥水精量实施关键技术及装备”，“设施农业生物环境数字化测控技术研究应用”，“北京市都市型现代农业221信息平台研发与应用”，“黄河三角洲农产品质量安全追溯平台”，农业信息化取得了丰硕成果。

农业物联网成为农业信息化系统的重要设施，它将视频传感器节点组建为监控网络，远程监护作物生长，如图6-3（a）和（b），帮助农民及时发现问题。农业物联网运用温度、湿度传感器、PH值、CO2、光传感器等设备，如图6-3（c）。

图6-3　昌平设施农业基地的农业物联网设备

检测生产环境中的诸多农情环境参数，通过仪器仪表实时显示和自动控制，如图6-3（d），保证一个良好的、适宜农作物的生长环境，它能设定作物栽培的最优条件，为环境精确调控奠定了科学依据，提高产量、优化农产品品质、改善生产力水平。在此过程当中，随着农业物联网发展迅速，农业大数据现象急剧凸显。

云计算技术的发展推动了农业大数据的共享和有效管理。日本富士公司在2010年推出了农业产业发展的云计算服务，国家农业信息化工程技术研究中心将云存储用于海量农业知识资源管理，实现了3.2TB农业资源有效管理，国家级农业信息资源步入TB时代。有学者基于大数据研究了农村耕地流转测报，和南方双季稻春冷害预测方法，取得了应用价值不菲的研究成果。(www.xing528.com)

果园物联网建设大大提升了果蔬生产能力和效益。如图6-4（a）和（b），北京农科院在顺义区农科所基地、绿富农果蔬专业合作社、康鑫园农业生产基地等果蔬基地安装土壤环境信息感知、空气环境信息感知、气象信息监测感知、视频信息感知各类感知设备130套，配套自动灌溉及用水调度调控及温室环境综合调控设备45套，并预留处理接口，实现云端控制，提供手机、计算机的设施农业生产过程监管和农产品市场行情云服务。

图6-4　果树基地的视频感知器和农业机器人

定点视频感知设备是产生农业图像数据的重要源头。例如，中国农业科学院主导的项目“小麦苗情远程监控与诊断管理”，按100个监测点计算，每天就产生约1TB的高清数据。在小麦数据监控工作中，对生育期进程进行监测，在监测的过程中研究探讨不同发育时期各项生理指标的变化，如何利用监测数据进行科学的判断决策，为小麦化学除草技术及用药提供指导，比如：除草剂是植物毒剂，除草效果受环境条件、用药技术水平的影响较大，技术指导对于改进除草效果有着潜在的建设性意义。

移动农业机器人也是农业图像信息获取的主要途径。如图6-4（c）和（d），在澳大利亚，采用机器人技术提高农业领域竞争力的现象相对普遍。农业机器人本质上是一种智能化农业机械。它的出现和应用，改变了传统的农业劳动方式，改变了定点视频监控局面，实现了农情信息“巡防”，能够捕获更精准，多角度的农业图像信息。

因此，伴随着农业智能设备及传感器、物联网的普遍应用，海量有价值的农图像数据和农情信息得以采集存储，如何对这些数据特别是图像数据进行处理，从中发现提取新颖的农业知识模式，成为发掘项目效益和促进农业生产力发展的关键举措。相对于海量积累的农业数据，机器学习的行业基础技术储备严重不足，农业领域现有处理技术无法满足如此大规模信息的即时分析挖掘需求。如何进行数据处理和学习，挖掘有价值的农业生产知识，使之有效地的服务于智慧农业，已经成为现代农业发展的突出科技问题。