劉永波，唐江云，曹艷，胡亮，雷波

（四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)研究所，四川成都610066）

基于云計算的農(nóng)業(yè)信息化優(yōu)勢分析

劉永波，唐江云，曹艷，胡亮，雷波

（四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)研究所，四川成都610066）

近年來，隨著云計算的興起和快速發(fā)展，云計算給農(nóng)業(yè)信息化帶來了新的契機(jī)。以云計算為核心的農(nóng)業(yè)云服務(wù)模式對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)信息化模式造成巨大沖擊，分析比較2種模式的優(yōu)劣勢并合理的選擇使用，成為當(dāng)前研究的重點。以農(nóng)業(yè)云服務(wù)和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)信息化為研究背景，將云服務(wù)模型引入農(nóng)業(yè)信息化平臺建設(shè)中，探討云服務(wù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用方向，并從敏捷性、成本、準(zhǔn)確度3個方面分析了云計算特點及其在農(nóng)業(yè)信息化中的優(yōu)勢；同時對農(nóng)業(yè)云服務(wù)模式下的應(yīng)用前景做了進(jìn)一步的展望。

云計算；農(nóng)業(yè)信息化；智慧農(nóng)業(yè)；云平臺

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)信息化是指以農(nóng)業(yè)信息科學(xué)為理論指導(dǎo)，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)為工具，用信息流調(diào)控農(nóng)業(yè)活動的全過程，以信息和知識投入為主體的可持續(xù)發(fā)展的新型農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)信息化既包括計算機(jī)技術(shù)，也包括微電子技術(shù)、通信技術(shù)、光電技術(shù)、遙感技術(shù)等多項技術(shù)在農(nóng)業(yè)上普遍而系統(tǒng)的應(yīng)用[1]。隨著我國農(nóng)業(yè)信息化水平提高，數(shù)據(jù)量急劇攀升、數(shù)據(jù)存儲和查詢需求越來越大，傳統(tǒng)的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫性能遇到了瓶頸，磁盤IO能力、服務(wù)器處理能力逐漸滿足不了工作的要求。

近年來興起的云計算模式為構(gòu)建農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺提供了新思路。云計算是2006年由谷歌CEO埃里克·施密特提出的新型服務(wù)模式，得到了國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的極大關(guān)注[2]。云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用、便捷、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進(jìn)入可配置的計算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用軟件、服務(wù)），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互[3]。作為一種新的IT資源提供模式，將云計算服務(wù)引入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)成為必然趨勢。

1 云服務(wù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

根據(jù)我國農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展的特點，農(nóng)業(yè)信息化的核心運用主要體現(xiàn)在：一是建設(shè)農(nóng)業(yè)信息化平臺，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)；二是發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)云計算的運用為信息化帶來了大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲能力和以時間和存儲量收費的資源服務(wù)方式。在減少客戶對硬件設(shè)備依賴的同時，擴(kuò)充了設(shè)備計算能力，提升信息化運行效率。因此，云服務(wù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用重點致力于以下幾個方面。

1.1 基于云服務(wù)的海量農(nóng)作物信息存儲

早期的農(nóng)業(yè)信息多為一些簡單的文字和圖片類信息，此類信息內(nèi)容相對簡單且更新慢。自農(nóng)業(yè)信息化進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時代，田間傳感設(shè)備實時采集農(nóng)作物信息，使得農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)量呈井噴式增長，傳統(tǒng)服務(wù)器存儲方式已不能滿足需求。云服務(wù)可將海量數(shù)據(jù)進(jìn)行PB級的存儲、處理、分析[4]。且云存儲具有價格低廉、安全可靠、易于擴(kuò)容的優(yōu)點，為用戶提供了數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)環(huán)境和能力。以騰訊云為例，1TB存儲空間年費僅需151元，極大程度降低了信息化建設(shè)的門檻。

1.2 基于云計算的生物信息數(shù)據(jù)處理

在生物信息數(shù)據(jù)處理過程中，通常面對的序列數(shù)據(jù)高達(dá)幾十個G甚至幾百G[5]，處理如此龐大的數(shù)據(jù)量即使是高性能的服務(wù)器晝夜不停工作，有時也需要花上幾天甚至30 d以上的時間。通過云計算的海量信息處理能力及彈性伸縮的優(yōu)勢，可最大程度集約化資源，用于處理生物信息數(shù)據(jù)。2015年中國農(nóng)科院已經(jīng)與阿里云等多家單位合作共同推動“云之稻項目”，承接數(shù)量龐大的3 000份水稻核心種質(zhì)基因組測序工作[6]。

1.3 基于云計算的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案

隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，土壤墑情采集、智能灌溉系統(tǒng)、自動化溫室、智能飼料投放等傳感設(shè)備的運用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的信息數(shù)據(jù)。但由于上網(wǎng)的條件和相應(yīng)的操作技能有限[7]，僅憑農(nóng)戶的技術(shù)水平無法直接利用這些原始數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)專家也只有在定量分析的基礎(chǔ)上才能做出準(zhǔn)確的判斷和決策，所以，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程管理需要智能化的大規(guī)模計算系統(tǒng)支持[8]。

引入云計算智能分析技術(shù)，農(nóng)戶只需購置少量遠(yuǎn)端自動化生產(chǎn)工具，無需獨立的控制系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)“云端”控制。遠(yuǎn)程控制、監(jiān)控應(yīng)用將成為田間地頭的技術(shù)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程智能化使得勞動力得到解放、生產(chǎn)力得到提升，進(jìn)一步促進(jìn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展[9]。云計算的實施對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)存儲、分析、決策和指導(dǎo)有重要應(yīng)用價值。

2 農(nóng)業(yè)云服務(wù)模式與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)信息化的優(yōu)勢分析

2.1 云服務(wù)模式的敏捷性優(yōu)勢

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)信息化模式下，搭建一套信息化平臺，會涉及到采購設(shè)備、搭建機(jī)房、遷入網(wǎng)絡(luò)等一系列工作，過程復(fù)雜且花費時間長。在云服務(wù)模式下，只需要一名熟悉計算機(jī)的人員，租用云服務(wù)空間，配置好系統(tǒng)環(huán)境，即可實現(xiàn)信息化平臺的運行，部署時間僅需1 h，極大地提高了工作效率。

云服務(wù)所帶來的敏捷性優(yōu)勢不僅僅體現(xiàn)在時間上。從部署時間、易擴(kuò)展性、是否需要運維支持、數(shù)據(jù)遷移易用性、是否支持彈性計算等5個方面進(jìn)行詳細(xì)比較[10]，結(jié)果列于表1。

表1 傳統(tǒng)信息化模式與云服務(wù)模式敏捷性對比

從表1可以看出，傳統(tǒng)信息化模式受硬件設(shè)備的制約，不易擴(kuò)展內(nèi)存容量，也不易進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)遷移，同時還需要運維人員日常維護(hù)。云服務(wù)具有更強(qiáng)的敏捷性、靈活性，其特有的彈性計算能力更是避免了系統(tǒng)在峰值運行時的擁堵和在低流量時的浪費，有效合理分配了云端資源。在敏捷性、靈活性上傳統(tǒng)信息化模式完全落后于云服務(wù)模式。

2.2 云服務(wù)模式的成本優(yōu)勢

目前國內(nèi)外云服務(wù)平臺層出不窮，要比較農(nóng)業(yè)云服務(wù)器與傳統(tǒng)服務(wù)器的價格優(yōu)勢，就需要了解各大云平臺的資費狀況。筆者以國內(nèi)主流的阿里云、騰訊云、華為云、西部數(shù)碼云為例[11]，收集了不同參數(shù)配置下云平臺服務(wù)的價格。由表2可知，費用的大小是根據(jù)選擇的配置高低而定；在相同配置下，因各個供應(yīng)商擅長的領(lǐng)域不同，價格也存在一定的差距。

傳統(tǒng)硬件服務(wù)器也會因配置的差異導(dǎo)致費用的變化。要比較二者的價格優(yōu)勢需選擇同一配置水平做橫向比較。分別以低端、高端2種配置為例，選擇對應(yīng)的服務(wù)器配置作為費用測算的目標(biāo)。傳統(tǒng)服務(wù)器的費用主要包含2個方面：一是初期購入硬件設(shè)備的費用（包括服務(wù)器、顯示器、防火墻等）；二是運行時產(chǎn)生的費用（電費、寬帶費、設(shè)備維護(hù)費等）[12]；服務(wù)器一般能保障正常工作的時間大約是5 a，因此，以5 a作為測算的時間標(biāo)準(zhǔn)。電費和寬帶費用以當(dāng)?shù)刭Y費為準(zhǔn)，測算依據(jù)是根據(jù)服務(wù)器電源功率在24 h不間斷運行情況下所消耗的電力。2種配置的成本測算如表3所示。

表2 國內(nèi)云平臺服務(wù)商報價

表3 硬件服務(wù)器預(yù)算統(tǒng)計

由圖1，2可知，以設(shè)備使用5 a為前提，無論是采用低端還是高端配置的硬件服務(wù)器，在總費用上要高出采用云服務(wù)器費用12%～43%，對于個人用戶或是企業(yè)用戶而言都是一筆不小的開支。

若硬件設(shè)備使用在5 a以上甚至10 a，費用是否會比云服務(wù)器更加實惠呢？因設(shè)備運行過程中存在一定的不確定性，測算成本需要建立在一個理想的狀態(tài)，即假定硬件服務(wù)器不會損壞。實際上，幾乎所有的硬件產(chǎn)品保修期都在3 a以內(nèi)，使用超過5 a以上的硬件因元件的耗損或多或少都會出現(xiàn)一些問題。如果將維護(hù)硬件的費用也算在成本內(nèi)，費用會更高。由圖3可知，硬件服務(wù)器初期投入費用高昂，搭建完成后每年費用主要來自運維，運行到一定年限后會因為硬件的損耗，維護(hù)費用逐年上升。相比較之下，云服務(wù)每年的費用固定，利于資金的計劃和分配，總費用也要低于硬件服務(wù)器，云服務(wù)在成本控制上優(yōu)勢明顯。

2.3 精度優(yōu)勢分析

隨著農(nóng)業(yè)傳感設(shè)備的廣泛運用，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已在各個國家得到大力推廣。傳感設(shè)備的普及讓各地的農(nóng)田數(shù)據(jù)，如大棚溫濕度、土壤墑情、天氣信息等都源源不斷地經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)流入農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心。豬、奶牛等動物聯(lián)合育種網(wǎng)絡(luò)平臺和健康養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用整體提升了畜產(chǎn)品安全生產(chǎn)管理水平[13]。但由于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)信息平臺的局限性，大量的農(nóng)田數(shù)據(jù)只是得到了保存卻沒有真正利用起來。直到農(nóng)業(yè)云服務(wù)的誕生，云服務(wù)為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供了強(qiáng)大的云端計算能力，在云計算模式下將數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)專家研究的各種專業(yè)模型和算法相結(jié)合，就能為全國各地的農(nóng)場提供全方位的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策服務(wù)。

韓國率先將云計算引入到農(nóng)場畜牧業(yè)中。一頭母牛的可孕時間只有不到16 h，因此，農(nóng)場管理員僅依靠養(yǎng)殖經(jīng)驗用肉眼觀察母牛的行為狀態(tài)，很容易錯過繁殖的黃金期。韓國富士通公司以計步器＋云計算為模型設(shè)計出“牛步系統(tǒng)”。該系統(tǒng)的運行讓富士通SaaS云平臺中心每隔1 h就能收到母牛的步伐數(shù)信息，SaaS云平臺通過對數(shù)據(jù)的分析處理，最后將數(shù)據(jù)結(jié)果通過手機(jī)端發(fā)送給農(nóng)場管理員（圖4）[14]。使得農(nóng)場管理員有接近100%的概率準(zhǔn)確定位發(fā)情的母牛。通常牛繁殖所需平均時間為14個月，在云計算的幫助下可縮短到12月1產(chǎn)，繁殖率得到提升，農(nóng)場的銷售量也就大幅度增加。

在云端控制的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，云數(shù)據(jù)中心實時收集并處理數(shù)據(jù)，來幫助農(nóng)民在播種、施肥和收割作物等方面做出最明智的決策。在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)信息化模式下，由于傳感器采集頻率低，覆蓋范圍小，對作物的生產(chǎn)很難起到本質(zhì)的改變。以化肥為例，目前我國是全球最大的化肥消費國，水稻、玉米單產(chǎn)比發(fā)達(dá)國家更高，但代價是生產(chǎn)同等糧食所用的化肥是發(fā)達(dá)國家的3～4倍[15]。國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心數(shù)據(jù)表明，由于盲目施肥，每年全國農(nóng)場化肥的浪費量高達(dá)幾百萬噸，還對地下水和土壤造成大量污染[16]。如今，采用高精度的“施肥決策云服務(wù)系統(tǒng)”，可實現(xiàn)在肥力高的地方密植，在肥力低的地方稀植[17]。僅此一項改變，即可實現(xiàn)玉米每公頃增產(chǎn)百斤以上，同時減少肥料的浪費。

3 討論和結(jié)語

云服務(wù)以靈活、高效、低成本的優(yōu)勢為農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)帶來新的可能，但同時也存在一些問題。主要體現(xiàn)在：第一，數(shù)據(jù)安全存在一定風(fēng)險。若將農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)部署在云服務(wù)器上，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)便存在于云服務(wù)供應(yīng)商的服務(wù)器中。而提供云服務(wù)的廠商也并非全部擁有自己的數(shù)據(jù)中心，一旦租用第三方的云平臺，那么就存在服務(wù)提供商管理人員權(quán)限的問題[18]。換言之只要云服務(wù)供應(yīng)商愿意，便可以輕易提取出用戶寄存的數(shù)據(jù)。第二，農(nóng)業(yè)云技術(shù)普及度不高。信息技術(shù)的廣泛普及使全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)獲得極大的發(fā)展。由于我國農(nóng)民的文化水平不高，對新技術(shù)的接受力有限，加上使用智慧云農(nóng)業(yè)前期需要大量的資金投入。這使得農(nóng)業(yè)云技術(shù)在基層農(nóng)戶市場的推廣舉步維艱。第三，農(nóng)作物數(shù)據(jù)信息缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。目前發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的企業(yè)大多自成一派，擁有各自的一套服務(wù)體系，制造的傳感設(shè)備采集數(shù)據(jù)沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。各個地區(qū)采集的數(shù)據(jù)量看似龐大，卻很難互通共用，造成大量資源浪費。

因存在以上問題，云服務(wù)尚不能完全替代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)信息化模式。當(dāng)前云服務(wù)模式正處于上升階段，不僅僅是農(nóng)業(yè)，未來會有更多的領(lǐng)域涉及到云服務(wù)。怎樣抓住云計算發(fā)展的契機(jī)解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題，會是未來農(nóng)業(yè)信息化工作者研究的重點。

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Analysis on Advantages of Agricultural Informatization Base on Cloud Computing

LIUYongbo，TANGJiangyun，CAOYan，HULiang，LEI Bo
（Institute of Agricultural Information and Rural Economy，Sichuan Academy of Agricultural Sciences，Chengdu 610066，China）

In recent years,with the rise and rapid development of cloud computing,which bring a new opportunity for agricultural informatization.Agricultural cloud services model which core is the cloud computing give traditional mode of agricultural informatization huge blow.How to analyze and comparative advantages and disadvantages of the two models and make reasonable choices become the focus of current research.Based on agricultural cloud services and agricultural informatization environment,cloud computing model was introduced into the agricultural informatization service platform construction in this study,it was discussed on the application of cloud services in agriculture.The characteristics of cloud computing and its advantages in agricultural informatization were analyzed from three aspects of agility,cost and accuracy.At the same time,the prospect in the research of agricultural cloud services were fore casted.

cloud computing;agricultural informatization;wisdom agriculture;cloud platforms

S126

A

1002-2481（2016）11-1719-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.11.34

2016-07-05

“十三五”農(nóng)作物及畜禽育種戰(zhàn)略研究與云服務(wù)平臺建設(shè)；四川省科技文獻(xiàn)共享服務(wù)平臺

劉永波（1988-），男，四川甘洛人，在讀碩士，研究方向：農(nóng)業(yè)信息化與軟件開發(fā)。唐江云為通信作者。