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大數據時代到來農學地理信息科學的挑戰和機遇
發布時間:2019-05-30

  摘要:隨著大數據時代的到來, 如何建設好農學背景下的地理信息科學, 培養具有專業技術和前沿知識的大學生, 并服務于即將到來的精準農業和智慧農業, 是高校學科建設和人才培養的一個巨大挑戰。本文分析了農業大學中地理信息科學建設的必要性和學科特點, 以及大數據時代到來對學科的挑戰和機遇, 從而為農業高校地信學科建設和人才培養提供參考意見。

  關鍵詞:大數據時代; 地理信息科學; 農學; 機遇與挑戰;

  1963年, 加拿大測量學家R.F.Tomlinson首先提出了“地理信息系統”概念, 將常規紙質版地圖變成可存儲的數字形式地圖, 并創建了第一個用于自然資源的管理和規劃的加拿大地理信息系統 (CGIS) [1].地理信息系統 (Geographic Information System, GIS) 是一門綜合性學科, 結合地理學與地圖學以及遙感和計算機科學, 在計算機硬、軟件系統支持下, 對整個或部分地球表層 (包括大氣層) 空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。隨著GIS的發展, 相對于地理信息系統, 1992年Michael F.Goodchild教授提出“地理信息科學”概念, 更注重于應用計算機技術解決地理信息處理、存儲、提取以及管理和分析過程中的存在的一系列基本問題[2].為此, 地理信息學科不再是一門簡單的系統工具, 而是應當具有自己的理論基礎、科學問題和知識框架的一門完整的學科。特別是在當今大數據時代潮流下, 隨著3S (GPS、GIS和RS) 技術、自動化技術和信息傳感器在精準農業中的應用, 在農業生產管理中需要越來越多高技能高水平的人才, 這對當前農學地理信息科學的課程教學和人才培養提出了新的要求和挑戰[3].為此, 如何全面提高農學背景下地理信息科學人才的培養質量, 適應新時代發展的需求和大數據潮流的趨勢, 造就一批適應能力強、創新能力高的高科技人才是高等農業院校所面臨的一個重要課題。

農學

  一農學背景下的地理信息科學

  (一) 地理信息科學在農業發展中的必要性

  2018年中央一號文件《中共中央國務院關于實施鄉村振興戰略的意見》提出實施鄉村振興戰略, 再次聚焦農業農村和農民問題, 將鄉村振興作為我國全面建成小康社會的重要標準, 也是我國社會主義現代建設的重要歷史任務[4].隨著互聯網+, 云技術、地理信息產業和大數據技術的發展, 越來越多的新技術新戰略在農業可持續發展中得到有效的應用, 而精準農業和智慧農業的到來有助于改變我國傳統的農業耕作管理模式, 并朝著品質農業和綠色農業的方向發展。精準農業借助于遙感技術實時準確獲取農作物的田間生長狀況, GPS定位技術獲取高精度準確的田塊和農作物地理位置, 同時利用地理信息技術進行農作物、遙感和GPS技術三者的融合, 尋求現代農業生產管理的最優模式, 從而可以最大限度的提高農業產量和生產力, 為實現高產、優質、低污染和環保的可持續農業提供了一條便捷的發展之路。我國是一個農業大國, 用不到世界8%的耕地養活著世界20%左右的人口, 農業發展的健康穩定關乎著全國人民的糧食安全, 也關乎著社會經濟發展的穩定, 因此實現綠色農業可持續發展和走科技創新之路是我國農業的重要突破口和關鍵點[5].為此如何將3S技術應用到精準農業和智慧農業的發展中, 真正實現農業可持續發展是當今社會的重要研究課題, 也是農業大學的重要責任。如何在農業大學里培養具有農業背景知識和地理信息技術的大學生, 并使他們在雙重的知識熏陶和體系架構中合理運用現代技術手段發展精準農業, 是農業大學的一項使命和責任。

  (二) 農學背景下地理信息科學特點

  農學背景下地理信息系統學科不僅需要大學生具有一套成熟厚實的農學知識背景, 例如土壤養分循環、作物長勢特征、環境適宜度和氣候變化特性等, 還需要了解地理信息科學相關的專業知識, 例如遙感技術、定位技術、空間分析技術和地理可視化方法等, 同時如何在此基礎上將相關知識綜合應用到現代農業中, 為農業可持續發展做出貢獻則是最大的挑戰。為此農學中的地理信息學科需要對于現代快速發展的新技術新手段有很好的接受學習能力, 還需要具有一定的靈活性和變通性, 將這些新技術方法應用到現代精準農業中。因此農學背景下的地理信息科學具有綜合性、技術性、實踐性、開放性和前沿性等特點。

  1。 綜合性

  綜合性是指學科的交叉融合性, 農學地理信息科學不僅要具有對應農學專業的知識體系和架構思想, 還需要擁有地理信息科學所要求的關于GIS、RS和GPS的技能。同時還應當將兩者進行合理的融合, 掌握兩者相關的知識模塊, 例如利用地統計方法進行土壤屬性空間特征分析、利用遙感技術掌握作物長勢特征、利用定位技術進行精準農田田塊分析等。這些信息的提取需要兩個學科技術的融合交叉, 并對所研究的對象和背景具有一定的了解, 才能夠完成相應的課題和任務, 為此農學背景下的地理信息科學需要具有很強的綜合性和融合性。

  2. 技術性

  農學要求學生對于作物的種植模式、培養模式和生長方式具有很詳細的了解, 而地理信息科學需要學生學會GPS、地信軟件和遙感軟件等技術, 為此兩者的融合需要學生學會更多相關的信息技術, 并且熟練的應對不同的技術難點。這就要求學生具有很強的動手能力和學習能力, 能夠熟練快速的掌握當下新發展的技術, 并且能夠加以熟練的操作應用。

  3. 實踐性

  相對于課堂學習而言, 農學地理信息科學更注重學生的實踐培養, 學生不僅要完成課堂上知識的積累, 還需要在實踐行動中熟練掌握不同設備技術的應用。在農學中, 可以分辨不同作物品種, 了解它們的生長習性, 熟知它們的培養模式, 從而可以設計更合理有針對性的實驗。在地信中, 要熟練操作不同的儀器設備, 達到快速獲取信息知識的目的, 從而可以為農學實驗提供更為簡便的實驗方法。為此實踐性是農學地理信息科學培養學生的很重要的一方面, 提高學生的動手能力和設計能力是學習過程中不可缺少的一部分。

  4. 開放性

  隨著新時代的到來, 科學技術發展日益先進成熟, 地理信息科學的大學生也不能只拘泥于學習傳統的地理信息系統、全球定位系統和遙感技術等方面的知識, 更應該放逐于前沿, 用最新的科學技術和知識來解決目前所存在的問題。借助于無人機技術、自動導航技術、虛擬現實技術和衛星遙感技術來為農業資源管理和農業生產服務。為此, 地理信息科學需要學習最新的科學技術, 而對于其在農學中的應用, 只是其中的一部分, 因此學生應該持有開放的心態和學習模式, 不拘泥于某一個單一的學科, 更重要的是掌握地信的知識和技能, 并將它們應用到不同的學科。

  5. 前沿性

  在地理信息科學發展的途中, 隨之而來的有無人機技術、無人駕駛、移動設備、人工智能和物聯網等產業技術的發展, 這些新興的科學技術都將有助于推動地理信息科學的進一步發展和突破傳統模式。因此, 面對地理信息科學的發展, 大學生不僅需要掌握地理信息產業原有的基礎知識和技術技能, 同時還需要時刻準備著迎接新興技術的到來, 從而更快速地融入到新技術革命發展的浪潮中。

  二大數據時代農學地理信息科學的機遇與挑戰

  進入新世紀以來, 隨著自動導航定位、云計算、大數據、移動互聯技術與信息位置服務等技術的快速發展, 當今社會已經進入了大數據時代。借助于大量的數據, 并挖掘出其中對農業有用的信息, 可以使農業從自然周期驅動的傳統農業, 轉向以數據驅動的現代農業, 真正實現大數據時代現代農業的發展。這既是對于農業產業的一次新的創新, 也是對新型人才培養的一個挑戰。為此如何將大數據時代信息技術的要求融合到大學生的培養教育中, 對于大學教育體系是一次前所未有的挑戰, 也是一次突破傳統模式的新的機遇。

  在農作物播種之前, 在合適的土壤屬性上選擇更適宜的農作物, 選擇什么樣的耕種模式, 選擇什么樣的管理模式, 對于農作物的長勢和收成具有重要的影響。為此如何快速準確地獲取土壤屬性、制定合理的耕作模式、獲取更高的農作物收成和保證農業可持續發展, 是當今精準農業和現代農業發展的需求。隨著大數據時代的到來, 越來越多的現代科技手段被應用到農業中, 例如光譜快速檢測儀器可以準確快速監測土壤屬性, 高精度GPS定位技術可以準確進行農田位置的定位, 無人機傳感器可以實時獲取農作物長勢, 無人機噴藥等可以進行農作物的管理以及大型精準收割機可以進行農作物的收獲, 從而形成了一套完整科學的農業管理模式。而現如今中國主要是以小農耕作為主, 很難形成規模型集聚型的農田管理模式, 而在短時間內培養農民學會利用新技術進行農田耕作是一件困難的事情。為此, 我們需要培養一批新興的技術型人才, 使他們掌握最先進的設備技術, 最先進的農田耕作模式, 從而服務于精準農業的發展。而農學地理信息學科則在其中起著重要的作用, 為此大數據時代農學地理信息科學面臨著一系列的機遇和挑戰。

  (一) 新的機遇

  農業大數據是關于大數據思想、方法和技術在農業領域中的應用和實踐, 其中涉及到農田管理 (耕地、播種、施肥) 、作物管理 (育種、植保、收獲) 、產品銷售 (農產品加工、儲運、銷售) 等各環節, 需要綜合各個行業的數據挖掘出對農業生產和發展有幫助的信息, 對糧食安全和食品安全有著重大意義。目前農業數據不僅僅包含種植業、林業和畜牧業等主要的產業, 還逐步拓展到相關的服務行業, 例如種子、肥料和農產品加工等, 同時宏觀經濟數據也在其中影響著農產品的價格和進出口數據等。這些信息有助于從多種渠道提前了解農業市場的行情、農產品的價格以及輔助產品的價格, 有助于預測來年農產品的規模、數量和價格等, 可以更好地服務于農產品生產。

  農業大數據還包含多種不同地理位置和時間的遙感影像數據、自然環境數據和氣象數據等, 這些信息有助于實時監測當年農產品的生長狀況、農作物的健康狀況, 從而為提前預測年內農產品產量提供相關數據。這些信息還可以幫助進行農作物生長狀況的快速監測, 有助于快速診斷病蟲害和干旱等狀況, 為農業決策提供快速準確的信息, 為保證農作物達到最高產量提供可靠信息。

  所有這些信息的獲取以及應用都與目前的大數據有著密切的聯系, 而地理信息科學作為具有空間知識背景的一門學科。不僅可以更好地進行相關信息的空間特性挖掘, 從空間的角度上分析不同數據之間的關聯性, 還可以將這些信息通過空間化的手段展現出來。為此, 大數據背景下的地理信息科學為現代農業的發展提供了很好的數據來源和分析手段, 為農業可持續發展提供了新的機遇, 如何運用好這些技術手段則是對當前培養相關人才提出了新的要求。

  (二) 新的挑戰

  目前通過分析時序遙感影像數據、衛星氣象數據和自然地理數據等信息, 同時結合社會經濟數據、農業農產品數據和科學研究資料等, 可以獲取大量的農業數據。如何從中挖掘并使用其中的關鍵信息, 將會對現代農業發展發揮著重要的作用。而在農業領域存在的糧食安全、土壤污染、病蟲害監測和防治以及農產品價格消費等諸多問題, 如何通過大數據的挖掘和分析, 從中發現針對性的解決策略, 將會為農業生產、政府決策和農業科研等提供新方法和新思路。

  目前大量的農業大數據都沉積在資料庫中, 并沒有得到有效的發揮, 如果對這些數據加以開發利用, 并用于實際的生產指導中, 將會對現代農業生產和科學研究發揮著重要的作用。而如何發揮農學地理信息科學在數據挖掘中的應用, 這將是考驗農業大學中地理信息學科建設和人才的重要標準, 而發揮學校學科優勢, 培養有特色有水平的大學生則是農業大學的責任和使命。

  為此在大學的學科建設和課程設置中, 應當結合當下時代發展的需求, 從根本出發, 為政府、社會、企業和人民培養有價值有導向的新時代大學生。讓他們適應不同崗位發展的需求, 提前評估好社會發展所需要的信息和知識, 并有針對性的設置人才培養方案, 即是對農業高等院校所提出的要求, 也是對人才培養提出的目標。

  三結束語

  農業院校的地理信息科學不僅具有自己應有的專業技能和結構框架, 還應當具有農業院校所具有的知識背景和文化體系。在大數據背景下, 將農學專業知識和地理信息技術進行有機的結合, 運用數據挖掘技術、空間建模技術和空間可視化工具等發現有價值的信息, 為現代農業可持續發展培養一批有農業空間思維的大學生, 是農業院校地理信息科學的責任和擔當, 也是為更好的迎接現代農業到來的提前策劃布局。

  參考文獻
  [1]吳信才, 白玉琪。地理信息系統 (GIS) 發展現狀及展望[J].計算機工程與應用, 2000, 36 (4) :8-9.
  [2]王錚, 吳兵。 GridGIS--基于網格計算的地理信息系統[J].計算機工程, 2003, 29 (4) :38-40.
  [3]金繼運。“精準農業”及其在我國的應用前景[J].植物營養與肥料學報, 1998, 4 (1) :1-7.
  [4]李慧。鄉村振興:錢哪來、地咋改、誰來干[J].農村·農業·農民 (A版) , 2018 (05) :15-17.
  [5]申俊玲。推動農業經濟可持續發展的分析[J].中外企業家, 2016 (02) :32-33.

對應分類:農學畢業論文
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