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对大数据价值和智慧园艺的再认识 2020 4 8 Page1 报告人 孙忠富 博士 研究员 博士生导师电话 010 82105990手机 13910700232邮箱 sunzhongfu 微信号 sunzhongfuN 2 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所是国家级从事现代农业环境科学研究和技术创新的科研机构 主要领域 农业气象 防灾减灾 农业环境工程 设施农业 种植和养殖业 信息技术应用 物联网 大数据 智慧农业 主要内容 一信息技术革命二关于数字经济三大数据再认识四关于智慧园艺五智慧农业应用案例 一 信息技术发展回顾 一 信息技术发展回顾 大数据的产生和发展 与信息技术的发展是分不开的 信息技术每一次进步 极大地地促进了信息的创造 信息传播 信息的再生 信息的应用 人类历史上经历了五次信息技术革命 第一次人类语言大致产生在五万年前 语言的使用 大约巴比伦时代 公元前18世纪 第二次文字的创造 公元前14世纪 第三次印刷术的发明 第六世纪中国隋代开始有刻板印刷 至15世纪才进入臻于完善的近代印刷术第四次电报 电话 广播 电视的发明和普及应用 时间 19世纪 第五次计算机应用的普及 计算机与现代通信技术的结合 时间 以1946年电子计算机的问世为标志 一 信息技术发展与革命 一切源于计算机的诞生 2019年5G元年 4G改变生活 5G改变社会 信息技术发展重要里程碑 人类步入信息社会 主要特征表现为 信息技术催生了大数据时代 大数据 的概念最早由美国未来学家阿尔文 托夫勒在1980年提出 他将大数据描绘为 第三次浪潮的华彩乐章 但真正大数据的元年是2013年 目前对大数据的理解包括 体量浩大 volume 模态繁多 variety 生成快速 velocity 价值巨大 value 四个基本特征 通常说成是 4V 特征 后来又被发展为块数据 blockdata 块数据中包括了数据的多维性 Multidimension 5V特征 二关于数字经济 自从世界上1946年发明第一台电子计算机 人类社会就进入了数字化时代 但直到1995年美国学者唐 塔普斯科特在其 数字经济 一书中正式提出了这一概念 进入二十一世纪 随着新一代信息技术的发展应用 如物联网 云计算 大数据 人工智能等的飞速发展 渗透到社会经济的各个领域 数字经济再度兴起 逐步成为一种全新的经济形态 而不仅仅是一种概念 数字经济 即以数据为核心资源的新经济 数据可类比与土地 矿源和石油 是一种新型的生产资料和驱动能源 1数字经济内涵 传统经济理论四要素 劳动力 土地 资源 资本后来五要素 劳动力 土地 资源 资本 技术数字经济 劳动力 土地 资源 资本 技术 数据马云 数字经济时代 数据成为最重要的生产资料 要素 谁掌握数据 谁就拥有先发优势 信息时代 生产要素发生了重大变化 2016年9月 在中国杭州召开的G20峰会上 发布了 二十国集团数字经济发展与合作倡议 对数字经济进行了表述 数字经济是指以使用数字化的知识和信息作为关键生产要素 以现代信息网络作为重要载体 以信息通信技术的有效使用 作为效率提升和经济结构优化的重要推动力的一系列经济活动 与很多表述不同 在上述定义中 不仅强调了信息 而且也强调了数据作为生产要素的地位 关于数字经济的权威定义 数字经济是继农业经济 工业经济之后的一种新的经济社会发展形态 它以数据作为关键生产要素 以信息网络作为重要载体 通过网络和信息技术的有效应用 推动各领域升级转型 实现价值增值和效率提升 其优势是 数字经济更容易实现规模经济和范围经济 日益成为全球经济发展的新动能 通俗来说 数字经济是随着信息技术革命发展而产生的一种新的经济形态 1 数字经济成为一种新经济形态 1 1数字技术被广泛应用于经济发展的全过程数字技术被广泛使用 并由此带来经济环境和经济活动的根本性改变 现代信息网络产业成为经济活动的重要空间 信息技术成为优化经济结构和促进增长提高效率的重要驱动力1 2数字化技术将成为主导地位基于信息处理效率极大提高 在信息获取 存储 处理 传播分发等 从其附着吴中抽离出来 独立于实物而存在 逐步摆脱于 物 的附属地位 1 数字经济成为一种新经济形态 1 3与新一代信息技术融合 催生了数字经济新形态这场全新的革命以数字化 网络化 智能化为特征 推动人类向更加全面和先进的智能经济时代发展1 4数字化技术创造了无限的数字疆域互联网 物联网 移动互联网络化 建立了无处不在的连接 迅速扩展了数字世界和纵深 其便捷和高效 迎来了用户爆炸 应用爆炸 数据爆炸时代 1 数字经济成为一种新经济形态 马云还在各种场合讲 我们正在从IT InformationTechnology 时代 走向DT dataTechnology 时代 这个时代的核心资源已经不是石油 而是数据 大数据是推动数字经济发展的新能源 李克强总理也讲到数据是一种新型的矿源 2 大数据是数字经济的新能源 1 大数据为数字经济提供了无尽的数据源泉各种社交网络 物联网终端 移动设备 大量的智能设备与传感器无处不在 不断产生海量的数据 取之不竭用之不尽 这些数据来源丰富 增速快 体量大 结构复杂 时效性强 2 大数据成为数字经济的重要生产资料大数据通过信息透明化 以及数据的挖掘应用释放巨大价值 市场与客户精准预测 产品与市场定位 企业决策管理 商业运作模式 2 大数据是数字经济的新能源 3 大数据为数字经济提供潜在商业价值大数据通过信息透明化 以及数据的挖掘应用释放巨大价值 包括市场与客户精准预测 产品与市场定位 企业运营决策管理 商业运作模式 4 大数据为数字经济提供技术支撑大数据时代的数据产生速度呈几何级数增长 在数字经济时代 人们需要对大数据进行采集 存储 关联分析 可视化展示等 从而更加直观地 便捷地识别差异 做出判断和精准预测 减少时间成本 这离不开大数据技术的强有力支撑 大数据的最大挑战就是 人类处理数据的能力永远跟不上数据生产的速度 2 大数据是数字经济的新能源 1 数字经推动经济消费加速释放随着信息网络环境的改善 数字经济越发深入人心 深入到社会的各个行业 融合到人民生活领域 如网如支付 网络购物 共享单车等等 2 数字经济引领传统经济升级转型新一代信息技术和装备快速发展 并在各行业得到了广泛的应用 如人工智能技术 物联网技术 云计算技术等 数字技术融入了传统产业中 引领了产业的转型升级3 促进新业态的发展数字经济的发展 不断孕育出商业新模式和新业态 倒逼传统行业进行改革 3 数字经济成为全球经济发展的新引擎 2008年经历了国际金融危机之后 全球经济进入了深度调整的新阶段 而另一方面全球信息化浪潮突飞猛进 数字经济则异军突起 中国数字经济得到长足发展 正在发挥出创新经济发展的强大动能 1 数字经济减少了信息流动障碍 加速了资源要素流动和传播 提高了供需匹配效率 有助于实现不同区域和领域的协调发展 能够极大地提升资源的利用率 是绿色发展的最佳途径 2 数字经济的主要驱动力就是大数据 可再生 可分享 无污染 无限性 与物质资源不同 取之不尽 用之不竭 越用价值越高 麦特卡夫定律 2 数字经济的机遇和挑战 数字经济的挑战竞争数字经济已经成为世界各国竞争的新高地 其内涵外延不断拓展 围绕多个领域各国竞争加剧 主要围绕基础设施 技术标准 成果转化 智能应用 网络协同等多个环节 多个领域的综合创新实力进行竞争 在未来几年内 随着数字经济在生产生活各个领域的应用和渗透 对数字经济的技术 产品 业态 模式的认知将随之深化 数字经济的内涵和外延也将进一步拓展 数字经济面临的难题 1 数字鸿沟问题依然严重据统计全球仍有40亿人不能上网 欧盟2014年统计 高达47 的欧盟人口缺乏足够的 数字能力 中国的互联网普及率也为52 2 数字安全面临严峻挑战每年各种网络犯罪 攻击对全球经济造成的损失高达4000亿美元 金融领域 能源行业成为重灾区 3 法律法规滞后于数字经济实践知识产权保护 隐私保护 数据所有者 拥有者 使用者和管理者之间的责权利如何确定 4 就业结构发生重大变化大量工人被机器取代 或转行 劳动市场将会发生巨大变革 三 对大数据再认识 21世纪是数据信息大发展的时代 移动互联 社交网络 电子商务等极大拓展了互联网的边界和应用范围 各种数据正在迅速膨胀并变大 互联网 社交 搜索 电商 移动互联网 微博 物联网 传感器 智慧地球 车联网 GPS 医学影像 安全监控 金融 银行 股市 保险 电信 通话 短信 都在疯狂产生着数据 大数据 的诞生 半个世纪以来 随着计算机技术全面融入社会生活 信息爆炸已经积累到了一个开始引发变革的程度 它不仅使世界充斥着比以往更多的信息 而且其增长速度也在加快 信息爆炸的学科如天文学和基因学 创造出了 大数据 这个概念 如今 这个概念几乎应用到了所有人类智力与发展的领域中 一 大数据时代的背景 想驾驭这庞大的数据 我们必须了解大数据的特征 地球上至今总共的数据量 在2006年 个人用户才刚刚迈进TB时代 全球一共新产生了约180EB的数据 在2011年 这个数字达到了1 8ZB 而有市场研究机构预测 到2020年 整个世界的数据总量将会增长44倍 达到35 2ZB 1ZB 10亿TB 如果将其刻录在 光盘上 再将这些盘片堆叠起来 可从地球到月球垒30个来回 1PB 2 50字节1EB 2 60字节1ZB 2 70字节 数据膨胀式爆发 大数据到底有多大 研究表明 人类社会从出现文明累计到2003年 总共创造出5 的数据 但是现在仅用2d就创造出相同的数据量 目前公认的能构成大数据的标准是 单一数据集的大小至少在几十个 到几个 大数据不仅仅是 大 多大 至少PB级 比 大 更重要的是数据的复杂性 有时甚至大数据中的小数据如一条微博就具有颠覆性的价值 大数据定义 对于 大数据 Bigdata 研究机构Gartner给出了这样的定义 大数据 是一种海量 高增长率和多样化的信息资产 资源 但是只有通过新处理模式 技术方法 才能发掘出其更强的决策力 洞察发现力和流程优化能力 根据维基百科的定义 大数据是指无法在可承受的时间范围内用常规软件工具进行捕捉 管理和处理的数据集合 二 大数据带来三大变革 1处理数据理念的思维变革2挖掘数据价值的行业变革3应对数据风险的管理变革 1 总体思维的变化 大数据时代 数据处理不是随机抽样 而是强调全样本 小数据时代 数据获取能力有限 只能是小样本 采取随机抽样的方法 大数据时代 获取所有数据是可行的 1处理数据理念的思维变革 2 容错思维 大数据时代 不单纯追求精确性 错误的信息也很重要 容许多源和包容 1处理数据理念的思维变革 3 相关思维 大数据 追求相关性 而不是因果关系 相关性思维 A发生了 导致B发生因果思维 为什么A发生 就产生了B 但不是说因果关系不重要 1处理数据理念的思维变革 4 智能思维 小主数据时代 简单的人工操作和批处理 就可满足数据处理的需求大数据时代 必须依赖自动和智能处理技术处理数据 才能满足需求 1处理数据理念的思维变革 大数据时代 一切皆可数据化 一切事物皆可量化为数据 大数据时代 价值必须从大数据中挖掘 数据就是资源 数据就是财富 取之不竭 用之不尽 2挖掘数据价值的行业变革 数据主宰一切存在的隐患 数据隐私和安全 面临危机 治理措施 技术和法治并举的信息管理 这正是区块链的发展空间和机遇 3数据安全风险管理变革 1 数据资源化2 数据资产化3 数据资本化 三 大数据价值再认识 可再生 无污染 无限性数据成为资源 实现了二个转变 第一次不是从大自然中获得资源 而是可以自己不断产生 与物质性资源不同 可以被同时占有和使用 而且应用的越多越有价值 麦尔卡夫定理 这就是大数据应用的核心力量所在 数据作为资源的三大特征 1数据资源化问题 数据成为资源 并非是天生就可以直接应用的资源 类似石油和矿源的应用 需要进行寻矿探矿 挖掘开采 加工提炼 最后才能变成有用的资源 使其发挥作用 这个过程就是数据资源化数据资源化才真正成为了资源 什么是数据资源化 什么是数据资产 传统的有形资产 是指企业过去经营交易或各项事物组成的 由企业拥有或控制的 预期会给企业带来经济利益的资源 数据资产 与上述类似 是指企业或组织拥有或控制 能为企业带来经济利益的数据资源 数据资产的重要性 全球管理大师汤姆 彼得斯早在2001年就指出 一个组织如果还没有认识到管理数据和信息如同管理有资产一样极其重要 那么它在新经济时代将无法生存 另一位学者维 迈 舍恩伯格在大数据系统研究开先河之作 大数据时代 中指出 虽然数据还没有被列入企业的资产负债表 但这只是一个时间的问题 2数据资产化问题 并不是所有的数据都会自然而然地成为资产 只有那些可控制 可计量 有价值 可定价 可变现的数据才能成为资产 其中实现数据资产上述的属性 体现数据价值的过程 就是 数据资产化 数据资产化 何为数据资本化 资本 是一种特殊用途的资产 即是能带来商业价值增值的资产 数据资本化 就是数据资产的价值和使用价值的实现 及其收益分配的过程 3数据资本化问题 英国帝国理工学院郭毅说过 我们正在进入数据资本时代 并将数字经济发展形象地划分为四个阶段 1 数据的前天 即数据资料阶段 数据仅仅作为事物的记录 实物计量 度量物理世界的数据资料 作为物理世界的附属物而存在 2 数据的昨天 即数据产品阶段 当数据组织起来能提供服务时 就形成资源 就变为数据产品 3 数据的今天 即数据资产阶段 人们已经意识到对数据权的确认 使其成为资产 是产生数据财富的基础 4 数据的明天 数据资本阶段 是数据资产链接其价值的时代 通过流通和交易实现其价值 实现数据资本的华丽转身 数字经济发展的四个阶段 1 于实物和有形资本一样 拥有长期的使用价值 2 但也有不同的属性 一是实物资本不能被多人同时占有使用 但数字资本不存在此问题 二是不可替代性 实物资本是可以替代的 例如你可用一桶石油去替换另一桶石油 但数据资本则不行 同一个数据资本只提供同一种信息 不可替代使用 第三是体验价值 数据资本只有体验后才能实现价值 如一部电影 一部书籍 一个数据库等 只有使用后才知道其意义所在 数据资本的基本属性 四智慧农业和智慧园艺 智慧地球 智慧农业 智慧园艺 智慧城市 智慧交通 一 智慧农业 1智慧农业发展的必然性 旧的发展模式难以为继在人类历史上 经过漫长的农业革命和工业革命 基于土地 能源 劳动力等资源创造财富的发展模式 曾经做出过不可替代的巨大贡献 但也似乎走到了尽头 创建新型发展模式迫在眉睫人类社会要持续发展 就必须要发现创造新的模式 创建新的文明生态 西方有句谚语说 上帝为你关上一扇门 总会给你打开另一扇门 智慧农业可能就是通向光明彼岸的另一扇门 智慧农业是在上述背景和需求中应运而生 是数字经济在农业领域的应用和实践 人类社会的发展经历了农业革命和四次工业革命 第一次 实现机械化 蒸汽机出现 第二次 实现电气化 实现电力和自动化第三次 实现信息化 实现信息技术的数字化和网络化第四次 实现智能化 人工智能全面应用 物 机器 的智慧代替人的智慧与其相适应 农业的发展也经历了农业1 0 4 0的发展阶段 2智慧农业发展现状 农业1 0 传统农业 以人力与畜力为主农业2 0 机械化农业 机械广泛应用 生产力大幅度提高农业3 0 高速发展的自动化农业 信息技术被广泛应用 实现局部自动化和智能化 农业4 0 智能农业 智慧农业 信息技术融合到全部产业链 实现高度的智能化是现代农业的最高阶段 3从农业1 0 农业4 0 农业4 0 是即将来临的智能农业 是基于大数据 云计算 物联网 移动互联 人工智能技术的深度融合 形成全产业链的智慧农业 从信息化的角度看 农业4 0具备以下特征 第一 农业4 0是有机互联的系统 第二 农业4 0是信息技术的高度集成 第三 农业4 0实现泛在的智能化 第四 农业4 0是现代农业的最高阶段 4农业4 0的主要特征 首先 更加强调以信息和知识为核心 而不是物理要素 强调从原子空间到比特空间的转换 实现从物质流向信息流的转变 很多物理要素难以持续利用 也不能同时被占用 但数据信息资源 可以重复应用 同时共享占有 而且越来越有价值 如大数据和物联网等应用符合麦卡夫定律 唯有智慧农业可将诸多农业要素完美融合 用函数关系可表示为 Y 智慧农业 F 生物主体 智能设施装备 信息技术融合 数字化 网络化 智能化 5智慧农业的内涵 二 智慧园艺的机遇 一 智慧园艺的机遇 2017年 我国农业科技贡献率不到60 而主要发达国家都在70 以上 我国的科技贡献率仍有很大的发展空间 智慧农业将实现跨越发展 加速农业科技的贡献率 设施园艺是优先发展的主战场和排头兵 坐失良机 意味着将错失了一个时代 1 中国是第一设施园艺大国 发展前景广阔 一 智慧园艺的机遇 中国政府历来重视信息网络技术的发展和应用 从温家宝提出的 感知中国 到李克强提出的 互联网 再到习总书记的 人工智能 和 区块链 都体现了政府最高层的重视 2 牢牢把握国家和世界发展潮流 2009年8月7日 时任国务院总理温家宝在视察无锡物联网产业研究院时 首次提出 感知中国 的理念 把我国物联网领域的研究和应用开发推向了高潮 温家宝 感知中国 2015年3月5日 第十二届人大第三次会议开幕会上 李克强总理提出了发展 互联网 行动计划战略 李克强在政府工作报告中提出 制定 互联网 行动计划 推动移动互联网 云计算 大数据 物联网等与现代制造业结合 促进电子商务 工业互联网和互联网金融健康发展 引导互联网企业拓展国际市场 李克强 互联网 行动计划 习近平 人工智能 2018年10月31日下午 政治局就人工智能发展现状和趋势举行第九次集体学习 总书记强调 人工智能是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量 加快发展新一代人工智能是事关我国能否抓住新一轮科技革命和产业变革机遇的战略问题 2019年10月24日下午 政治局进行第十八次集体学习 总书记在主持学习时强调 区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用 我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口 明确主攻方向 加大投入力度 着力攻克一批关键核心技术 加快推动区块链技术和产业创新发展 习近平 区块链 5G三大特征 大带宽 大连接 低延时 二 5G时代已到来 1 4G改变生活 5G改变社会 设施园艺真正实现万物互联的时代正在到来 2 5G将真正进入万物互联时代 区块链主要特征 本质上是互联网的分布式和P2P数据库 具有去中心化 高度可信 安全可靠 不可篡改 可追溯等特征 可能是智慧农业应用的下一个引爆点 三 区块链将成为下一个制高点 1 区块链将重构互联网新秩序 五智慧农业应用案例 66 2009年基于国家农业行业专项研发 在黄淮海 长江中下游 东北和西北4个小麦主产区 构建了小麦为主的物联网监控系统 进行作物长势监测 主要灾害监测与灾损评估 一 作物灾害监测物联网系统 小麦苗情物联网基本原理示意图 图像视频与灾害信息一体化监测 与指标体系和专家知识库结合 可对小麦苗情 干旱 干热风和冻害等进行实时在线分析和诊断决策 69 研发了系列关键技术产品 硬件和软件 基于嵌入式系统和网络技术 开发了兼容多中通信协议的网络监控装置 具有节能 接入多种传感器 本地存储数据 远程传输 和断点续传的功能 70 基于智能手机的远程监控与报警系统 使用本软件 用户登录后可以根据需求 方便 快捷的获取所需要的农业环境实时数据 可以实时的获取图像数据 可以查看数据在选定某天的各个生产要素的趋势图 还可以设置各个生产要素的极限值作出报警相应 将潜在灾害报警预警信息及时通过反馈给用户 即刻作出相应处理 统计分析图 开发了基于图像识别原理的诊断系统 病虫害诊断 缺素诊断 健康状态诊断 结合气象数据做病虫害气象预测 更好的对作物提供精准智能的病虫害监测预警 基于深度学习的设施蔬菜病害识别方法 3 从病斑角度出发 建立基于深度学习的病害识别方法 基于深度学习的设施蔬菜病害识别方法 3 将ExR H b 三种颜色特征结合 提出一种能够克服光照不均匀现象的复合颜色特征检测方法 CCF 73 1 病斑图像分割模型 数据扩充 原始数据集扩充12倍 搭建卷积神经网络结构 识别4种黄瓜常见病害 基于深度学习的设施蔬菜病害识别方法 3 2 构建基于卷积神经网络的病害识别模型 识别准确率明显高于传统的SVM RF方法 基于深度学习的设施蔬菜病害识别方法 3 2 构建基于卷积神经网络的病害识别模型 基于深度学习的设施蔬菜病害识别方法 3 2 构建基于卷积神经网络的病害识别模型 地面站点与遥感数据融合技术 实现了点面融合与多源数据的融合 提高了对农情的感知能力和精度 二 物联网在园艺果树领域中的应用 1 智能温室环境控制物联网系统 通过远程服务器端软件或手机终端 发送终端设备控制指令 实现对温室内环境因子的调节控制 2 果树气象灾害监测与报警系统 基于物联网的远程监控数据采集平台实时采集 为用户提供精准实时报警 三技术创新 79 80 针对北方果树气象灾害 开发了监控预警系统 结合专家经验和灾害指标 对果树霜冻害状况进行实时诊断 为用户提供短信报警服务 为果树生产防灾减灾提供决策支撑 主要来自科技支撑项目与气象行业专项的支持 果树气象灾害监控物联网系统 实时数据浏览 统计分析图 图像浏览 图片放大查看 基于智能手机的远程监控与报警系统 2015年经农业部组织全国范围综合评审 授予认定中国农科院环发所为全国农业农村信息技术创新型示范单位 基地 入选全国农业信息化技术创新示范基地 全国 互联网 现代农业 百佳实践案例 2016年农业部组织全国 互联网 现代农业 百佳实践案例评选 本研究所多年研发的 作物生长环境监控物联网系统 应用案例 成功入选 在苏州全国农业信息化大会上发布 入选节本增效农业物联网模式向全国推介 农业部于2015年在全国范围内广泛征集了一批节本增效农业物联网应用模式 并在重庆会议上向全国发布推介 本研究所开发的 农业环境与灾害监控物联网 系统成功入选 两次获得中国产学研创新成果奖 本研究所与清华大学微电子研究所 北京恺琳科技发展有限公司等单位 通过产学研合作的方式 共同开发的 小麦苗情数字远程监控与诊断管理关键技术 和 农业物联网关键技术 分别获得2013和2014年度中国产学研合作创新成果奖 媒体关注 CCTV7 专题片 CCTV7 专题片 第十四届国际高新技术成果交易会 第十四届国际高新技术成果交易会 现代农业科技展会 现代农业科技展会 电话 400 1599150010 88579699企业网站 WWW KLA360 COM公众号 恺琳农业物联网 主要技术研发合作单位 北京恺琳科技发展有限公司 电话 010 82105990手机 13910700232邮箱 sunzhongfu 微信 sunzhongfuN 谢谢
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