李輝

對農業(yè)而言，大數(shù)據既是機遇，又是挑戰(zhàn)，只有挑戰(zhàn)大數(shù)據，使信息技術處于農業(yè)領域的制高點，才能充分發(fā)揮大數(shù)據的優(yōu)勢為農業(yè)發(fā)力。

關于農業(yè)大數(shù)據的認識

農業(yè)大數(shù)據是指以大數(shù)據分析為基礎，運用大數(shù)據的理念、技術與方法處理農業(yè)生產、銷售整個鏈條中所產生的大量數(shù)據，從中得到有用的信息以指導農業(yè)生產、經營、農業(yè)流通和消費的過程。農業(yè)數(shù)據應用作為農業(yè)大數(shù)據產業(yè)的落地點，要分析挖掘數(shù)據的價值，還原大數(shù)據結論，反映行業(yè)問題。換言之，將農業(yè)大數(shù)據應用于糧食安全、土地經營、病患防治、動植物育種、農業(yè)結構調整、農產品價格、農副產品消費等領域，解決農業(yè)生產過程中遇到的問題。但農業(yè)數(shù)據是很復雜的，具體表現(xiàn)為數(shù)據源分布廣、可控度低、作物干擾大、類型多樣、結構復雜和獲取困難等，因此導致我國農業(yè)大數(shù)據面臨著諸多挑戰(zhàn)和問題：首先，大數(shù)據研究普遍存在著只有數(shù)據、沒有充分應用取得價值的問題，導致搜集數(shù)據、存儲數(shù)據的付出被讓位；其次，數(shù)據類型單一，只有結構化數(shù)據，半結構化、非結構化數(shù)據的缺失導致數(shù)據的不完整。同時，也缺乏農業(yè)現(xiàn)代化與信息化的深度融合，區(qū)域視角缺乏全國視角；最后，基礎數(shù)據采用業(yè)界的Hadoop開源技術簡單堆砌，很難保證未來的實用性。

目前，專門從事數(shù)據科學與應用研究的人才比較緊缺，大數(shù)據人才的招募、培養(yǎng)、使用是農業(yè)大數(shù)據研究面臨的最大挑戰(zhàn)。因此，大數(shù)據產業(yè)的發(fā)展對大數(shù)據人才提出了新的需求，國內各高校陸續(xù)進行大數(shù)據學術研究的同時，也在考慮將大數(shù)據相關課程納入培養(yǎng)體系，以滿足社會對大數(shù)據人才的需要。在我國，除以山東農業(yè)大學為首的農業(yè)大數(shù)據產業(yè)技術創(chuàng)業(yè)聯(lián)盟之外，還有江蘇、中科院大數(shù)據實驗室等陸續(xù)成立。中國農業(yè)大學作為中國農業(yè)院校的領軍者，在大數(shù)據領域集中圈地建立農業(yè)大數(shù)據實驗室。同時，在全國農業(yè)領域的積累以及聯(lián)合全國優(yōu)秀的企業(yè)共同建立農業(yè)大數(shù)據實驗室，并將農業(yè)大數(shù)據實驗室教學盡快納入培養(yǎng)體系之中，確保中國農業(yè)大學在農業(yè)大數(shù)據領域后來居上，達到國家級大數(shù)據重點實驗室和農業(yè)大數(shù)據領域的領先地位。

在人才培養(yǎng)中，結合農業(yè)行業(yè)的相關應用特點的實驗室教學是關鍵環(huán)節(jié)，滿足農業(yè)行業(yè)的人才技能要求，需在本科的相關學科中強化基于農業(yè)行業(yè)相關數(shù)據的實驗教學環(huán)節(jié)。首先要立足于信息與電氣工程專業(yè)，面向全校本科生開展雙學位大數(shù)據教學，從驗證性、實際性和創(chuàng)新性三個層次設置實驗，確保中國農業(yè)大學各個專業(yè)的學生可以通過此課程，了解大數(shù)據發(fā)展的新趨勢和新動向，及其對現(xiàn)代農業(yè)的影響和意義。其次，信息技術的發(fā)展為豐富教學手段提供了可能，通過開放共享大數(shù)據實驗室資源，以聯(lián)合大數(shù)據的科研院所開展農業(yè)大數(shù)據教學科研工作，全面提高整個農業(yè)院校的科技現(xiàn)代化教育水平。綜上所述，為培養(yǎng)大數(shù)據教育的高新技術加農業(yè)相關分析技術結合的教育是一個大的嘗試，從而為中國的農業(yè)現(xiàn)代化與信息化的快速發(fā)展提供合格的后備人才。

農業(yè)大數(shù)據本科實驗室教育建設的目標

按照中國農業(yè)大學厚基礎、寬口徑、重實踐、重交叉學科的要求，科學設立大數(shù)據人才培養(yǎng)方案，既要熟悉數(shù)據分析，又針對相關業(yè)務的不同要求，開始醞釀本科的農業(yè)大數(shù)據實驗室教學設置，可以讓學生了解農業(yè)大數(shù)據分析技術原理和實驗方式，掌握大數(shù)據對農業(yè)相關專業(yè)所能帶來的幫助及變革。為此，要達成四個建設目標：

目標一：建設業(yè)界領先的農業(yè)大數(shù)據實驗室。結合中國農業(yè)大學在農業(yè)領域的豐厚積累和寶貴資源，以大數(shù)據技術與應用概論這門學科為公共課，使各專業(yè)本科均能受益，成為各大院校農業(yè)大數(shù)據實驗室建設的樣本，進而成為國家級農業(yè)大數(shù)據重點實驗室。

目標二：建設融合農業(yè)行業(yè)經驗、業(yè)界最新技術、科研教學實踐與業(yè)界實際案例同時運行的新一代農業(yè)大數(shù)據實驗室教育平臺。此平臺的建設不是一蹴而就的，而是隨著大數(shù)據技術的發(fā)展及農業(yè)實際案例的不斷發(fā)展迭代更新，保證教學內容與時俱進，最大程度避免傳統(tǒng)教育知識陳舊，為農業(yè)現(xiàn)代化、信息化與先進技術的接軌和同步奠定基礎。

目標三：運用先進的“互聯(lián)網+”教育的線上線下相結合的教學模式，進一步擴大農業(yè)大數(shù)據實驗室的覆蓋范圍。其中的重點是在上述的農業(yè)大數(shù)據實驗室平臺上建立相應的大數(shù)據技術與應用概論課程，包括實際案例教學材料、教師教案實驗用書、學生案例實驗用書、答疑等相關教學工具與教學輔助材料。

目標四：面向學生就業(yè)和社會既定需求為前提的方向轉變。針對農業(yè)經濟、農業(yè)氣象、生物信息、食品營養(yǎng)、食品安全、食品風險監(jiān)測等專業(yè)的實際案例，實現(xiàn)大數(shù)據行業(yè)應用范例教學材料，可以考慮分期實施并根據需要進一步擴充和優(yōu)化。

農業(yè)大數(shù)據本科實驗室建設的可行性

為達成面向本科的大數(shù)據實驗課程目標，中國農業(yè)大學采用了業(yè)界先進的平臺和貼近農業(yè)實際的相關案例分析，充分考慮技術和專業(yè)的融合，從而保證課程的可行性和有效性?？紤]到中國農業(yè)大學除信息與電氣工程專業(yè)的學生之外，以及其他學院的學生并非為農業(yè)大數(shù)據相關專業(yè)。因此，課程的設計過程必須考慮廣泛的實用性，進而將其細分為農業(yè)大數(shù)據技術應用課程與農業(yè)大數(shù)據創(chuàng)新與開發(fā)課程。

首先，學校師資資源的充裕保證。因為中國農業(yè)大學已建立了數(shù)據科學研究中心。同時，基于信息與電氣工程學院的師資資源可充分保證農業(yè)大數(shù)據實驗室的授課資料。

第二，本科生樂于擁抱大數(shù)據技術。以中國農業(yè)大學之前開設的大數(shù)據選修課基本情況反饋來看，本科生普遍熱衷于學習新的技術，并運用新的技術解決新的問題。無論是校內大數(shù)據科研中心還是外部企業(yè)，對大數(shù)據的巨大人才缺口都是潛在的要求。

第三，校企聯(lián)合可保證大數(shù)據實驗室的先進性和實用性。實驗室的搭建與農業(yè)案例的開發(fā)可以聯(lián)合業(yè)界優(yōu)秀企業(yè)保證其先進性、可靠性、實用性，同時通過后期服務不斷地進行升級，保證技術不斷地更新與同步。

農業(yè)大數(shù)據本科實驗室建設的方案

基于農業(yè)大數(shù)據實驗室的建設目標與可行性分析，提出了建設方案，主要包括農業(yè)大數(shù)據源數(shù)據包、農業(yè)大數(shù)據實驗室軟硬件平臺、農業(yè)大數(shù)據實驗室平臺、農業(yè)大數(shù)據實驗室教學資源開發(fā)、大數(shù)據實驗平臺設計方案和大數(shù)據實驗案例教學開發(fā)等六個方面的內容。

第一，農業(yè)大數(shù)據源數(shù)據包。數(shù)據是大數(shù)據分析的基礎，主要包含農業(yè)經濟、農業(yè)跡象、生物信息等數(shù)據來源，數(shù)據來源多種多樣，數(shù)據類型除來自各個應用系統(tǒng)傳統(tǒng)意義上的結構化數(shù)據、半結構化數(shù)據外，更多的是非結構化數(shù)據源，這些是大數(shù)據平臺的原材料，我們將其稱為“裸數(shù)據”。

第二，農業(yè)大數(shù)據實驗室硬件平臺。大數(shù)據的分析必須要有硬件平臺做支撐，農業(yè)大數(shù)據實驗室硬件平臺包括服務器、存儲設備、網絡投影儀和大屏幕等硬件，這些是大數(shù)據軟件平臺的定性基礎。

第三，農業(yè)大數(shù)據實驗室平臺。農業(yè)大數(shù)據實驗室平臺主要包括數(shù)據準備、數(shù)據處理、數(shù)據建模和展現(xiàn)等軟件平臺。在數(shù)據準備方面，與商業(yè)智能類似，如果數(shù)據需要通過大數(shù)據平臺進行處理，數(shù)據的前期準備工作顯得尤為重要，如數(shù)據的抽取、清洗、轉換和加載，相當于對于原材料進行粗加工，以便為大數(shù)據處理做好充分的前期準備。在數(shù)據處理方面，主要用ETL工具準備好數(shù)據，首先存儲到分布式文件系統(tǒng)中，利用一系列商務智能分析對結構化數(shù)據進行分析和處理，進而達到數(shù)據挖掘和價值發(fā)現(xiàn)的目的，這是實現(xiàn)數(shù)據變?yōu)橛行畔⒌牡谝徊健?shù)據的建模與展現(xiàn)方面，結果數(shù)據處理后，數(shù)據的價值可以通過進一步的建模工具、可視化工具從不同應用進行深度數(shù)據挖掘、決策支持等工作，讓大數(shù)據針對某一行業(yè)或應用場景進行二次開發(fā)，這一步是信息變?yōu)橹R的關鍵一步。

第四，農業(yè)大數(shù)據實驗室資源的開發(fā)。數(shù)據實踐運營中都存在開發(fā)實踐教材資源，農業(yè)大數(shù)據實驗室資源的開發(fā)主要是教學案例的開發(fā)，包括農業(yè)相關專業(yè)的數(shù)據模型開發(fā)、數(shù)據可視化等內容，農業(yè)大數(shù)據實驗室資源的開發(fā)主要包括大數(shù)據應用實驗教程、大數(shù)據實際開發(fā)實驗課程，農業(yè)大數(shù)據實驗課程幕后的開發(fā)將知識供學生立即使用，農業(yè)大數(shù)據實驗室教材的開發(fā)主要針對于教室和學生兩個方面進行編寫。

第五，大數(shù)據實驗平臺設計方案。大數(shù)據實驗室平臺的搭建以多節(jié)點、集群服務器平臺作為農業(yè)大數(shù)據建設的硬件平臺，提供大數(shù)據機能和分布式存儲平臺，以Hadoop作為應用的分布式存儲平臺，這個平臺可以形成六大優(yōu)勢：第一，一個平臺可以覆蓋從數(shù)據到信息、從知識到支配全生命周期的流程；第二，數(shù)據模型可支持99%的數(shù)據接口，降低數(shù)據的接口難度，同時可支持結構化和非結構化的數(shù)據類型；第三，高度提升系統(tǒng)，無需面對多種系統(tǒng)混雜在一起，堆積模式帶來的管理或復雜難題；第四，高性能，采用共享式文件系統(tǒng)，大大提高數(shù)據處理和分析速度；第五，采用對等架構，降低故障風險；第六，基于GUI的管理模式，大大降低管理難度。

第六，大數(shù)據實驗室案例教學的開發(fā)。為讓學生真正了解大數(shù)據在農業(yè)相關專業(yè)具體的應用場景和關鍵作用，有著感性和理性的認識，大數(shù)據作為當今的先進技術，對傳統(tǒng)農業(yè)的升級有著巨大的推動作用，可以激發(fā)學生的學習熱情，提高學生的創(chuàng)新思維能力，從而為學生將來的就業(yè)及推動農業(yè)現(xiàn)代化和信息化的發(fā)展奠定堅實的基礎。為此，在大數(shù)據實驗平臺，針對農業(yè)專業(yè)方向提供相關的案例也是很重要的，如農業(yè)經濟大數(shù)據案例、農業(yè)氣象大數(shù)據案例、農業(yè)生物信息大數(shù)據案例等等，對于案例的設計和研發(fā)建議本著忠于實際、分步實施的原則應用于教學，在教學反饋中快速迭代后續(xù)的案例開發(fā)，從而始終保證案例的真實性、可用性和有效性，更好地將大數(shù)據理論、實驗平臺與案例相結合，從而達到學以致用的目的。

隨著實驗教學的展開，越來越多的學生會對新技術產生興趣，從而成為我國農業(yè)教育的領航者，打開教育改革的新篇章，為大數(shù)據教學提供很好的思路，加快大數(shù)據在我國支柱產業(yè)農業(yè)方面的應用和發(fā)展。

（作者系中國農業(yè)大學信息與電氣工程學院博士）