大數據在農業中的應用

許多農場技術專家認為，大數據這項新技術來得正當時。通過大數據分析與研究，農民能夠預測最佳播種時間、用什么類型的種子以及在哪里種植，以提高產量、降低運營成本，并盡量減少對環境的影響。未來的糧食安全依賴于強健且適應性強的植物與動物性作物的生產及發展，因此讓大數據這個沉睡的巨人充分發揮在農業中的潛力就變得至關重要，也刻不容緩。

大數據在農業中的作用概覽

農民熟知自己的每英畝土地，從作物每一寸的生長，到可能破壞作物的蟲害，再到風、雨、雪、霜、熱和灰塵?？梢哉f，農民對所有這一切對土地的影響了如指掌。但畢竟，他的能力是有限的。很多時候，農民沒有足夠的人力或資本來利用他所收集的數據來做事情。在近幾十年的高科技熱潮中，農業世界已經悄然引入了數據聚合技術。比如在農用機械中整合內置的數據系統，在谷倉或聯合收割機中啟用無線網絡，而一些大型農場開始使用軟件來管理業務。

生產是農業產業中最最重要的詞。據統計，在過去的將近70年間，美國的農業產量增加了一倍多，平均每年大約增長1.5%。但是，這還遠遠不夠，因為在每個農民的腦海中，或者是每個農業產業人的腦海中，都會時刻想著如何養活在2050年將會高達90億的人口?？筛氐臏p少和管理法規要求的增加，都迫使農民要“少花錢多辦事”，使用更少的化學品，并采用非常精確的施肥方式，從而取得更高的產量。這也正是為什么雜交種子會有吸引力，為什么大農業公司會取得勝利，為什么在新的水平上追蹤數據具有革命性意義的原因。隨著全球人口的增加，天氣波動性的增長，以及依賴石油的農業對化石燃料的價格越來越敏感，必然會激勵更多地利用新技術來提高作物產量，并管理風險。圍繞著基因組學、生物信息學以計算生物學的研究活動都已經取得了重大進展，使得科學家和組織能夠更好地養活全世界，并提高食品和動物作物的質量。這些研究都涉及寵大的數據集和計算分析。那么，在這樣一個生態系統中，大數據的作用是什么?

首先，也是最重要的，農民需要測量和了解數量巨大、種類多樣的數據所能帶來的影響，因為這些數據驅動著他們的耕地的整體質量與產量。這些數據包括當地的天氣數據、GPS數據、土壤細節、種子、化肥和作物保護劑規格等等。充分利用這些數據運行長期和短期模擬，以應對氣候變化、市場需求或其他參數造成的“事件”，對要實現利潤最大化農民而言不可或缺。同時，從監管的角度來看，在整個供應鏈跟蹤并追溯產品，或是實行原產國標簽，無疑是額外的大數據挑戰。

其次，種子、植物保護劑和肥料的供應商需要接收所有的這些數據，將其放入統一的模型中，并使用專用算法，以便向農民提供盡可能最好的解決方案和服務。

再次，農業機械制造商是整個價值鏈的另一個重要組成部分。他們不僅需要確保其資產能在最低成本保持最長的正常運行時間，還要支持移動數據采集(如土壤樣本、水分監視器和傳感器、田間作物的顏色、生長速率、天氣破壞、營養水平、農作物品種等)，并能讓這些信息在價值鏈內被實時獲取，以進行進一步的處理。

除了農民、農業企業、供應商和農業機械制造商以外，氣象站和實驗室、貿易商和行業合作伙伴、技術和解決方案提供商等也是這個日益復雜的生態系統的一部分，他們對來自無數信息源的大數據也有巨大的需求。這就需要向農業供應網絡中的所有利益相關者提供一個獨立的、以大數據為手段的、值得信賴并且安全的平臺，讓他們在支持精準農業的概念時，能夠互惠互利地放置、分享和交換數據。同時，這一平臺應該簡化并協調農民和與其有共同最終目標的各個利益相關者之間的合作，不斷推動產量提高，并可持續地養活世界上不斷增長的人口。

使用現代化的機器，就意味著很難擺脫大數據?？梢哉f，數據科學是農業新的推動力。在農業支出中，大約有2/3是側重于做出選種、繁殖和土地使用權的決策。而有大量的數據會影響這些決策?，F在新的數據采集技術，比如航空影像等，具有很高的價值。對農民來說，考慮使用他們收集的對自己有利的信息非常重要。

大數據應用——精準農業

大數據在農業中應用最普遍的領域之一就是精準農業。通過對氣候、土壤和空氣質量、作物成熟度，甚至是設備和勞動力的成本及可用性方面的實時數據收集，預測分析可以用來做出更明智的決策，而這就是所謂的精準農業。在精準農業中，控制中心實時收集并處理數據，來幫助農民在播種、施肥和收割作物等方面做出最明智的決策。遍布田間的傳感器用于測量土壤和周圍空氣的溫度與濕度。此外，衛星圖像和無人機會被用來拍攝田地的照片。隨著時間的推移，圖像會顯示作物成熟，加上對未來48小時的精準天氣預測模型，就可以建立模型并進行模擬，從而預測未來的情況，并幫助農民做出前瞻性的決策。

農民無法創建土地，甚至他們在不斷地失去耕地，因此他們必須最大限度地發揮耕地的潛力，而精準農業能讓農民更高效。最近一份對種植大豆的農民的調查數據顯示，精準農業可以得到快速回報——種子、肥料和化學品的使用節省高達15%。另一份出自美國國務院高級科學顧問RajKhosla教授的研究表明，僅使用一種類型的精密技術，農民就可以將產量增加16%，而同時將用水量減少50%。如果足夠重視精密技術，并加以合適地利用，精準農業將讓農民有機會加倍其產出，從而養活90億人，并改變社會對農業這一產業的認知。

大數據遍布于農業生產的整個價值鏈，也就意味著，幾乎在這一價值鏈的每一個環節，都有精準農業的概念。僅僅天氣一項，就足以為例。

為了能夠以最佳方式種植農作物，農民需要通過數據了解在某一特定的區域如何培養這些作物，為此需要考慮種子對天氣和當地疾病的耐性，同時還要考慮種植的種子對環境產生的影響。例如，在河附近的田地種植，最好就選用需要較少肥料的種子，從而減少污染。

一旦種子已經種下，圍繞著施肥和維持作物的各種決策都對時間非常敏感，并且很大程度上受天氣的影響。如果農民知道第二天會有大雨，他們可能會決定今天不施肥，因為肥料將會被沖走。知道是否即將下雨也可能會影響何時灌溉。由于全世界有70%的淡水資源被用于農業，能夠更好地管理農業用水將會對全球淡水供應產生巨大的影響。

天氣不僅影響作物如何生長，而且會影響圍繞作物收割和運輸的物流。例如當收割甘蔗的時候，就需要土壤足夠干燥，從而可以支持收割設備的重量。如果土壤潮濕，設備就可能會破壞農作物。通過數據了解未來幾天的天氣情況，以及哪些區域會受到影響，就可能提前做出更好的關于工人部署的決策。

作物收獲之后，將其運輸到配送中心的物流至關重要。大量的食物浪費發生在分配環節，因此盡快在合適的溫度下運輸食物很重要。而天氣也可能會對此造成影響。比如如果很多道路是泥土路的話，大雨就會導致卡車陷入泥中。通過了解哪里會下雨，有哪條路可能會受到影響，公司就可以更好地選擇出運輸食物的最佳路線。

隨著全球食品供應鏈需求的日益增加，以可持續發展的方式實現農業資源最大化至關重要。因此，大數據帶動的精準農業也勢必繼續持續發展。同時，由于屬于高科技的工作，因此相比于傳統農業，精準農業更能夠吸引年輕人的到來，這無疑增加了農業在整個社會價值鏈中的活力。

面對大數據，大型農業公司的反應

現在，當有人提到農業時經常會想到的是什么?是孟山都公司(Monsanto)。雖然該公司已經被妖魔化為企業貪婪和罪惡的代表，但也正是它使得農業產業發生了革命性的改變。成立于1901年的孟山都公司最初是銷售DDT、牛激素、多氯聯苯(PCB)和阿斯巴甜的化學公司。從20世紀80年代起，孟山都公司開始購買種子企業并投資于生物技術研究，戰略性地過渡成為一家農業公司。孟山都公司早在公眾認識到之前就看到了農業的長期機會，并投注于此。該公司認為，農業大數據是個價值數十億美元的投資，而其在2012年5月到2014年2月間收購的幾家農場數據分析公司也驗證了這一點。

2012年初，孟山都公司收購了精密播種(PrecisionPlanting)公司，該公司生產的硬件和軟件能夠在田間播種空間、深度以及根系方面向農民提供幫助。2013年10月，孟山都公司以9.3億美金收購了農業數據科學的最大的公司之一，即位于舊金山的氣象數據分析公司——氣候集團(ClimateCorporation)，標志著要轉向數據與生物技術解決方案的整合。而金融時報(FinancialTimes)報道說，孟山都公司的這一收購行動標志著首宗重大的“大數據”收購順利完成。隨后，在2014年2月，氣候集團買下了總部設在舊金山的土壤測試服務公司Solum。而孟山都公司的主要軟件產品FieldScripts適用于所有的這些系統，以確定土壤的生產力和產量。

孟山都公司的總裁兼首席運營官BrettBegemann說，隨著數據存儲越來越便宜，并且能夠更容易地從一個平臺轉移到另一個平臺，他們預計精準農業將繼續快速增長，而目前該公司還僅僅是開始探索使用這些工具能夠為農民所創造的價值。孟山都公司估計稱，在種植方面的建議有可能每年讓全球作物產量增加值達200億美元。

幾乎所有的大型農業公司都紛紛向農業大數據投錢。杜邦先鋒(DupontPioneer)使用精準農業技術已經有相當長的時間了，并且最近加大了其服務。在孟山都公司收購氣候集團之后，杜邦公司(DuPont)和迪爾公司(Deere)都與其他公司合作，推動自己進軍農業數據科學。目前，Deere的FarmSight、孟山都公司(Monsanto)的FieldScripts和先鋒公司(Pioneer)的Field360都是被廣泛使用的農業大數據系統，所有這些系統都與氣候云(Climatecloud)相結合，它們可以讓農民收集來自機械化農場設備的種植和產量數據并將這些信息輸入數據庫，當與多個來源的匿名數據整合后，能夠得出詳細的對策?；蛟S，這將有機會徹底改變農業，它使農民與公司之前的事務更加透明，并有助于農業的成功。

大數據在農業中應用的

具體案例

MySmartFarm農民都不可避免地要使用數據，有機農業運營更需要采集大量的耕作數據。MySmartFarm的創始人兼首席執行官WolfgangvanLoeper正在利用大數據來改造農業。MySmartFarm致力于為農民創造一種環境，讓他們的耕種更適應自然，即更多地利用大自然的技巧，用更低的成本收獲莊稼，并讓作物含有更多的重要的天然植物營養素，這些營養素在經過大量化學處理的農產品中含量很少。

MySmartFarm是個SaaS系統，它將收集到的數據與預測數據相結合，幫助農民對預測或趨勢做出反應。通過MySmartFarm系統，農民能夠擁有他所有的數據，包括收獲、施肥、實驗室、天氣、疾病，以及來自當地土壤或葉片水分和衛星傳感器的傳感器數據，同時還能有重要的映射和地理信息系統數據。MySmartFarm將所有這些數據與氣候數據相結合，并產生新的情報。將其加入農民自身完整的安全存儲的數據中，農民可以得出一個非常方便的管理儀表板，指明面對眾多的參數時，要做出快速而高效的決策，最重要的是什么，從而更及時地采取行動。

MySmartFarm將推動農民走向更可持續的耕作實踐活動，這不僅僅是節約水和化學品，更是幫助他們通過知識轉移(比如成功并且盈利的，或者是更加生態的耕作實踐)，轉向更農業生態化的做法。

iPlant奶牛養殖需要參考很長一段時間里的大量數據，也就意味著大數據變得非常重要，而其中獲取整個基因組的遺傳變異是真正的制勝法寶。設在德克薩斯高級計算中心(TexasAdvancedComputingCenter)的iPlant是一個植物與動物生命科學分析和大數據的知名平臺。該平臺的科學家可以使用奶牛的基因組序列來預測奶牛的產奶量，其精度是以前的三倍，而成本只有1/20。并且，現在科學家能在奶牛剛剛出生就提供這一信息，而不是象以前一樣要到奶牛5歲的時候才能預測。這項技術中，很顯然，這項技術能夠真正改變奶牛養殖，并徹底改變乳品行業。因為只要可以抽取樣本，就能評估公牛，并可以相當準確地確定最終它的女兒的表型。

大數據應用于作物種植在哥倫比亞，水稻產量不斷下降，加之自由貿易協定危及當地農民，因此利用大數據的預測能力來改善耕作條件顯然非常有用。國際熱帶農業研究中心(InternationalCenterforTropicalAgriculture)發現，在哥倫比亞某些地區，作物產量的變化有30~40%是由氣候影響造成的。2014年10月，國際熱帶農業研究中心和哥倫比亞的水稻種植者聯合會(ColombianRiceGrowersFederation)開發出的計算機模型正式發布，它能夠得出在特定地區和特定氣候條件下，哪種作物生長得最好。

早在2013年，通過該模型，研究人員就建議一些哥倫比亞農民不要種植作物，因為他們預測大干旱會嚴重破壞收成。聽從這一正確的建議的農民們節省了380萬美元，而那些不采納建議的就沒這么幸運了，他們失去了他們的莊稼。在2014年9月，該項目在聯合國大數據氣候變化挑戰(BigDataClimateChallenge)中獲勝，并且已經開始受到其他國家的關注，比如尼日利亞。

農業大數據這一雙刃劍的

另一面

農業數據的力量無法估量，它是農民提高作物產量的關鍵。同時，農民也可以通過數據來增強自身。比如如果極端環保主義者來敲門，并試圖指責農民使用了太多的農藥或用錯了種子，那農民就可以簡單地拿出一部iPhone，提供與比相反的證據。在某種程度上，這使得種植在公眾面前更透明。

但在另一方面，大數據也是一把雙刃劍，會成為對付農民的武器，因為它總會讓人產生被監視的感覺。對于大數據公司而言，農民就是一個帳號，是在每個人身邊的種植者。但對于一個農民來說，如果他們的數據落入壞人之手，將會對其生存造成威脅。大數據帶動的精準農業的最大風險不在于將數據與競爭對手的數據集中在一起，而在于讓一些特殊利益集團具有了這些專有信息的訪問權限。如果有人知道了某項農業運作的數據，那也就意味著他可能也知道了這些作物產于何時何地，產量是多少，成本是多少，甚至農場的利潤是多少等。而一旦這些數據落入壞人之手，就可能會被用來對付農民。有些農民表示，他們擔心一些沒有相關知識的人獲取了關于農業操作的機密信息，然后故意扭曲農民實際上在做的事情。比如數據中會反映出氮肥的使用，這一使用是嚴格受政府監管的，而別有用心的人可以很容易制造出錯誤信息，產生誤導。

農民一直在擔心他們專有的農業數據的隱私問題，其最大的擔憂是要將他們的專業知識暴露給外部分析人員。在農業中使用數據科學原理或大數據技術是最近幾年的事情，應用相對較新，并且其潛在應用會有一定程度的不確定性。因此，要在整個農業領域采用一種陌生的技術，有顧慮是完全可以理解的。而實踐證明，當對親自收集的自身農場的數據的使用、隱私和控制有確定性的時候，農民們會更容易接受那些推動農業生產發展的新技術。因此，當許多行業正采取狂野的西部方式應用大數據的時候，農耕世界卻正在處理更有份量的問題，包括隱私權、數據集成和安全漏洞等。農民們正在密切研究如何將種子科學與數據分析相結合，同時不影響他們自身的競爭優勢。

2014年1月31日，美國農場局聯合會(AmericanFarmBureauFederation)主席BobStallman在發布會中指出，從個體農場收集到的專有數據具有價值，應該是農民的財產。創新和技術對這些數據的使用經過擴展，能為農民提供新的管理工具，因此保護這些數據的隱私至關重要。

2014年3月，開放農業數據聯盟(OpenAgDataAlliance，OADA)應運而生，其主要目標就是作為一個獨立的機構，監督跨不同的技術或數據來源平臺的流暢的互操作性、通用數據格式，以及安全和隱私標準。該組織構建了一系列開放的應用程序接口(ApplicationProgramInterface，API)，從而讓農民的硬件和軟件系統能夠通過安全的云服務自動進行通信。使用這一開放標準軟件，農民可以整合來自各種各樣的來源的數據。該組織確認，如果農民們提供了一個無縫集成的數據處理平臺，那么農民就有權優化農業產量，改善養護方法，進而增加技術基礎設施的投資回報率。

同時，美國農場局(AmericanFarmBureau)也在設立關于如何妥善收集及處理收成數據的行為規范。畢竟，農業是一種高競爭性的實踐活動。在大量的數據收集工具背后，有當今一些領先的大型農業公司(如孟山都)，那么農民必須要努力確保他們這些高度機密的數據不會被泄露，不會被供應商濫用，或者是不會被競爭對手得到。因此，開放農業數據聯盟和美國農場局為設立圍繞數據收集和分析的行為規范而做出的努力非常有必要，因為它至少提供了一個基準。

作為比爾和梅林達·蓋茨基金會(Bill&MelindaGatesFoundation)的聯席主席，比爾·蓋茨認為農業投資是戰勝饑餓和貧困的最佳武器。大數據讓農民具有更高的學習能力，每年了解更多的關于農場運作的知識，從而更快地理解生產與實施新方法的實踐。有人認為，數據帶來的趨勢會鼓勵大規模種植單一作物，從而實現技術有效性的最大化，因此可能會造成科技趨勢排擠小型農場;但另一些人認為，隨著大數據成本的迅速下降，小農場主也能使用這些技術來不斷加強自身。但無論如何，我們正在邁進一個人口更多、資源更少的時代，這使得農業成為世界上最重要的產業之一。最終，農業會贏得全世界的尊重。