摘要：随着大数据时代的到来， 如何建设好农学背景下的地理信息科学， 培养具有专业技术和前沿知识的大学生， 并服务于即将到来的精准农业和智慧农业， 是高校学科建设和人才培养的一个巨大挑战。本文分析了农业大学中地理信息科学建设的必要性和学科特点， 以及大数据时代到来对学科的挑战和机遇， 从而为农业高校地信学科建设和人才培养提供参考意见。

　　关键词：大数据时代； 地理信息科学； 农学； 机遇与挑战；

　　1963年， 加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出了"地理信息系统"概念， 将常规纸质版地图变成可存储的数字形式地图， 并创建了第一个用于自然资源的管理和规划的加拿大地理信息系统 （CGIS） [1].地理信息系统 （Geographic Information System, GIS） 是一门综合性学科， 结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学， 在计算机硬、软件系统支持下， 对整个或部分地球表层 （包括大气层） 空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。随着GIS的发展， 相对于地理信息系统， 1992年Michael F.Goodchild教授提出"地理信息科学"概念， 更注重于应用计算机技术解决地理信息处理、存储、提取以及管理和分析过程中的存在的一系列基本问题[2].为此， 地理信息学科不再是一门简单的系统工具， 而是应当具有自己的理论基础、科学问题和知识框架的一门完整的学科。特别是在当今大数据时代潮流下， 随着3S （GPS、GIS和RS） 技术、自动化技术和信息传感器在精准农业中的应用， 在农业生产管理中需要越来越多高技能高水平的人才， 这对当前农学地理信息科学的课程教学和人才培养提出了新的要求和挑战[3].为此， 如何全面提高农学背景下地理信息科学人才的培养质量， 适应新时代发展的需求和大数据潮流的趋势， 造就一批适应能力强、创新能力高的高科技人才是高等农业院校所面临的一个重要课题。

　　一农学背景下的地理信息科学

　　（一） 地理信息科学在农业发展中的必要性

　　2018年中央一号文件《中共中央国务院关于实施乡村振兴战略的意见》提出实施乡村振兴战略， 再次聚焦农业农村和农民问题， 将乡村振兴作为我国全面建成小康社会的重要标准， 也是我国社会主义现代建设的重要历史任务[4].随着互联网+, 云技术、地理信息产业和大数据技术的发展， 越来越多的新技术新战略在农业可持续发展中得到有效的应用， 而精准农业和智慧农业的到来有助于改变我国传统的农业耕作管理模式， 并朝着品质农业和绿色农业的方向发展。精准农业借助于遥感技术实时准确获取农作物的田间生长状况， GPS定位技术获取高精度准确的田块和农作物地理位置， 同时利用地理信息技术进行农作物、遥感和GPS技术三者的融合， 寻求现代农业生产管理的最优模式， 从而可以最大限度的提高农业产量和生产力， 为实现高产、优质、低污染和环保的可持续农业提供了一条便捷的发展之路。我国是一个农业大国， 用不到世界8%的耕地养活着世界20%左右的人口， 农业发展的健康稳定关乎着全国人民的粮食安全， 也关乎着社会经济发展的稳定， 因此实现绿色农业可持续发展和走科技创新之路是我国农业的重要突破口和关键点[5].为此如何将3S技术应用到精准农业和智慧农业的发展中， 真正实现农业可持续发展是当今社会的重要研究课题， 也是农业大学的重要责任。如何在农业大学里培养具有农业背景知识和地理信息技术的大学生， 并使他们在双重的知识熏陶和体系架构中合理运用现代技术手段发展精准农业， 是农业大学的一项使命和责任。

　　（二） 农学背景下地理信息科学特点

　　农学背景下地理信息系统学科不仅需要大学生具有一套成熟厚实的农学知识背景， 例如土壤养分循环、作物长势特征、环境适宜度和气候变化特性等， 还需要了解地理信息科学相关的专业知识， 例如遥感技术、定位技术、空间分析技术和地理可视化方法等， 同时如何在此基础上将相关知识综合应用到现代农业中， 为农业可持续发展做出贡献则是最大的挑战。为此农学中的地理信息学科需要对于现代快速发展的新技术新手段有很好的接受学习能力， 还需要具有一定的灵活性和变通性， 将这些新技术方法应用到现代精准农业中。因此农学背景下的地理信息科学具有综合性、技术性、实践性、开放性和前沿性等特点。

　　1. 综合性

　　综合性是指学科的交叉融合性， 农学地理信息科学不仅要具有对应农学专业的知识体系和架构思想， 还需要拥有地理信息科学所要求的关于GIS、RS和GPS的技能。同时还应当将两者进行合理的融合， 掌握两者相关的知识模块， 例如利用地统计方法进行土壤属性空间特征分析、利用遥感技术掌握作物长势特征、利用定位技术进行精准农田田块分析等。这些信息的提取需要两个学科技术的融合交叉， 并对所研究的对象和背景具有一定的了解， 才能够完成相应的课题和任务， 为此农学背景下的地理信息科学需要具有很强的综合性和融合性。

　　2. 技术性

　　农学要求学生对于作物的种植模式、培养模式和生长方式具有很详细的了解， 而地理信息科学需要学生学会GPS、地信软件和遥感软件等技术， 为此两者的融合需要学生学会更多相关的信息技术， 并且熟练的应对不同的技术难点。这就要求学生具有很强的动手能力和学习能力， 能够熟练快速的掌握当下新发展的技术， 并且能够加以熟练的操作应用。

　　3. 实践性

　　相对于课堂学习而言， 农学地理信息科学更注重学生的实践培养， 学生不仅要完成课堂上知识的积累， 还需要在实践行动中熟练掌握不同设备技术的应用。在农学中， 可以分辨不同作物品种， 了解它们的生长习性， 熟知它们的培养模式， 从而可以设计更合理有针对性的实验。在地信中， 要熟练操作不同的仪器设备， 达到快速获取信息知识的目的， 从而可以为农学实验提供更为简便的实验方法。为此实践性是农学地理信息科学培养学生的很重要的一方面， 提高学生的动手能力和设计能力是学习过程中不可缺少的一部分。

　　4. 开放性

　　随着新时代的到来， 科学技术发展日益先进成熟， 地理信息科学的大学生也不能只拘泥于学习传统的地理信息系统、全球定位系统和遥感技术等方面的知识， 更应该放逐于前沿， 用最新的科学技术和知识来解决目前所存在的问题。借助于无人机技术、自动导航技术、虚拟现实技术和卫星遥感技术来为农业资源管理和农业生产服务。为此， 地理信息科学需要学习最新的科学技术， 而对于其在农学中的应用， 只是其中的一部分， 因此学生应该持有开放的心态和学习模式， 不拘泥于某一个单一的学科， 更重要的是掌握地信的知识和技能， 并将它们应用到不同的学科。

　　5. 前沿性

　　在地理信息科学发展的途中， 随之而来的有无人机技术、无人驾驶、移动设备、人工智能和物联网等产业技术的发展， 这些新兴的科学技术都将有助于推动地理信息科学的进一步发展和突破传统模式。因此， 面对地理信息科学的发展， 大学生不仅需要掌握地理信息产业原有的基础知识和技术技能， 同时还需要时刻准备着迎接新兴技术的到来， 从而更快速地融入到新技术革命发展的浪潮中。

　　二大数据时代农学地理信息科学的机遇与挑战

　　进入新世纪以来， 随着自动导航定位、云计算、大数据、移动互联技术与信息位置服务等技术的快速发展， 当今社会已经进入了大数据时代。借助于大量的数据， 并挖掘出其中对农业有用的信息， 可以使农业从自然周期驱动的传统农业， 转向以数据驱动的现代农业， 真正实现大数据时代现代农业的发展。这既是对于农业产业的一次新的创新， 也是对新型人才培养的一个挑战。为此如何将大数据时代信息技术的要求融合到大学生的培养教育中， 对于大学教育体系是一次前所未有的挑战， 也是一次突破传统模式的新的机遇。

　　在农作物播种之前， 在合适的土壤属性上选择更适宜的农作物， 选择什么样的耕种模式， 选择什么样的管理模式， 对于农作物的长势和收成具有重要的影响。为此如何快速准确地获取土壤属性、制定合理的耕作模式、获取更高的农作物收成和保证农业可持续发展， 是当今精准农业和现代农业发展的需求。随着大数据时代的到来， 越来越多的现代科技手段被应用到农业中， 例如光谱快速检测仪器可以准确快速监测土壤属性， 高精度GPS定位技术可以准确进行农田位置的定位， 无人机传感器可以实时获取农作物长势， 无人机喷药等可以进行农作物的管理以及大型精准收割机可以进行农作物的收获， 从而形成了一套完整科学的农业管理模式。而现如今中国主要是以小农耕作为主， 很难形成规模型集聚型的农田管理模式， 而在短时间内培养农民学会利用新技术进行农田耕作是一件困难的事情。为此， 我们需要培养一批新兴的技术型人才， 使他们掌握最先进的设备技术， 最先进的农田耕作模式， 从而服务于精准农业的发展。而农学地理信息学科则在其中起着重要的作用， 为此大数据时代农学地理信息科学面临着一系列的机遇和挑战。

　　（一） 新的机遇

　　农业大数据是关于大数据思想、方法和技术在农业领域中的应用和实践， 其中涉及到农田管理 （耕地、播种、施肥） 、作物管理 （育种、植保、收获） 、产品销售 （农产品加工、储运、销售） 等各环节， 需要综合各个行业的数据挖掘出对农业生产和发展有帮助的信息， 对粮食安全和食品安全有着重大意义。目前农业数据不仅仅包含种植业、林业和畜牧业等主要的产业， 还逐步拓展到相关的服务行业， 例如种子、肥料和农产品加工等， 同时宏观经济数据也在其中影响着农产品的价格和进出口数据等。这些信息有助于从多种渠道提前了解农业市场的行情、农产品的价格以及辅助产品的价格， 有助于预测来年农产品的规模、数量和价格等， 可以更好地服务于农产品生产。

　　农业大数据还包含多种不同地理位置和时间的遥感影像数据、自然环境数据和气象数据等， 这些信息有助于实时监测当年农产品的生长状况、农作物的健康状况， 从而为提前预测年内农产品产量提供相关数据。这些信息还可以帮助进行农作物生长状况的快速监测， 有助于快速诊断病虫害和干旱等状况， 为农业决策提供快速准确的信息， 为保证农作物达到最高产量提供可靠信息。

　　所有这些信息的获取以及应用都与目前的大数据有着密切的联系， 而地理信息科学作为具有空间知识背景的一门学科。不仅可以更好地进行相关信息的空间特性挖掘， 从空间的角度上分析不同数据之间的关联性， 还可以将这些信息通过空间化的手段展现出来。为此， 大数据背景下的地理信息科学为现代农业的发展提供了很好的数据来源和分析手段， 为农业可持续发展提供了新的机遇， 如何运用好这些技术手段则是对当前培养相关人才提出了新的要求。

　　（二） 新的挑战

　　目前通过分析时序遥感影像数据、卫星气象数据和自然地理数据等信息， 同时结合社会经济数据、农业农产品数据和科学研究资料等， 可以获取大量的农业数据。如何从中挖掘并使用其中的关键信息， 将会对现代农业发展发挥着重要的作用。而在农业领域存在的粮食安全、土壤污染、病虫害监测和防治以及农产品价格消费等诸多问题， 如何通过大数据的挖掘和分析， 从中发现针对性的解决策略， 将会为农业生产、政府决策和农业科研等提供新方法和新思路。

　　目前大量的农业大数据都沉积在资料库中， 并没有得到有效的发挥， 如果对这些数据加以开发利用， 并用于实际的生产指导中， 将会对现代农业生产和科学研究发挥着重要的作用。而如何发挥农学地理信息科学在数据挖掘中的应用， 这将是考验农业大学中地理信息学科建设和人才的重要标准， 而发挥学校学科优势， 培养有特色有水平的大学生则是农业大学的责任和使命。

　　为此在大学的学科建设和课程设置中， 应当结合当下时代发展的需求， 从根本出发， 为政府、社会、企业和人民培养有价值有导向的新时代大学生。让他们适应不同岗位发展的需求， 提前评估好社会发展所需要的信息和知识， 并有针对性的设置人才培养方案， 即是对农业高等院校所提出的要求， 也是对人才培养提出的目标。

　　三结束语

　　农业院校的地理信息科学不仅具有自己应有的专业技能和结构框架， 还应当具有农业院校所具有的知识背景和文化体系。在大数据背景下， 将农学专业知识和地理信息技术进行有机的结合， 运用数据挖掘技术、空间建模技术和空间可视化工具等发现有价值的信息， 为现代农业可持续发展培养一批有农业空间思维的大学生， 是农业院校地理信息科学的责任和担当， 也是为更好的迎接现代农业到来的提前策划布局。

　　参考文献
　　[1]吴信才， 白玉琪。地理信息系统 （GIS） 发展现状及展望[J].计算机工程与应用， 2000, 36 （4） :8-9.
　　[2]王铮， 吴兵。 GridGIS--基于网格计算的地理信息系统[J].计算机工程， 2003, 29 （4） :38-40.
　　[3]金继运。"精准农业"及其在我国的应用前景[J].植物营养与肥料学报， 1998, 4 （1） :1-7.
　　[4]李慧。乡村振兴：钱哪来、地咋改、谁来干[J].农村·农业·农民 （A版） , 2018 （05） :15-17.
　　[5]申俊玲。推动农业经济可持续发展的分析[J].中外企业家， 2016 （02） :32-33.

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