基于大數(shù)據(jù)與DEA模型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用

□文/陳柏年 徐 淵 楊繼雨 劉 磊 徐志博

（南京審計大學(xué) 江蘇·南京）

［提要］為響應(yīng)國家脫貧攻堅實現(xiàn)全面小康的號召，針對農(nóng)業(yè)發(fā)展問題，通過研究目前農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷模式存在的弊端，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析氣象信息、市場行情、病蟲害數(shù)據(jù)、游客軌跡、農(nóng)業(yè)政策等，并進一步結(jié)合DEA對農(nóng)業(yè)產(chǎn)銷效率進行評估調(diào)整。旨在以科學(xué)的方法提供精準決策建議，幫助農(nóng)民調(diào)整農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)種類與規(guī)模，改善農(nóng)產(chǎn)品滯銷虧損的情況。

一、引言

脫貧攻堅是實現(xiàn)全面建成小康社會的必要因素，農(nóng)業(yè)脫貧更是脫貧攻堅戰(zhàn)中的重中之重。目前我國很多地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)銷售仍然遵循傳統(tǒng)的模式，生產(chǎn)效率低、農(nóng)產(chǎn)品滯銷、農(nóng)民不了解市場行情、農(nóng)民看天氣吃飯等現(xiàn)象依舊普遍存在。

大數(shù)據(jù)時代各行各業(yè)都在經(jīng)歷變革并取得了一些可觀成效。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售等一系列環(huán)節(jié)進行分析、評價及預(yù)測是農(nóng)業(yè)產(chǎn)銷模式創(chuàng)新的重要驅(qū)動力，將數(shù)據(jù)科學(xué)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)銷售的決策來源是農(nóng)業(yè)變革的重要途徑之一。

二、基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷新模式

（一）農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷現(xiàn)狀。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進程不斷加快，農(nóng)產(chǎn)品的消費也呈現(xiàn)迅猛式的發(fā)展。社會進步的同時，問題也隨著產(chǎn)生：

1、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題。農(nóng)業(yè)自古以來就是一個看天吃飯的行業(yè)，目前各地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)還存在著以下問題，例如：農(nóng)產(chǎn)品種植種類單一、種植規(guī)模設(shè)置不合理、農(nóng)藥殘留及自然環(huán)境污染等引起的質(zhì)量問題、銷售渠道單一、精深加工程度不足、高質(zhì)量產(chǎn)品比例低等。

2、農(nóng)產(chǎn)品滯銷問題。在當(dāng)前的社會背景下，農(nóng)產(chǎn)品資源增加和農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力的快速提升，隨之而來的是農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷矛盾問題的越發(fā)突出，從而制約著產(chǎn)業(yè)抵御市場風(fēng)險能力的提高和農(nóng)民的增產(chǎn)增收能力?？傮w上看，一邊是農(nóng)民有著舊觀念而守著大量農(nóng)產(chǎn)品低價難以銷售，另一邊是消費者抱怨吃不上廉價的農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)產(chǎn)品“滯銷、賣難、買貴”的問題一次又一次的出現(xiàn)在人們眼中。

3、農(nóng)產(chǎn)品種植問題。由于農(nóng)民的信息閉塞，沒有未來的規(guī)劃，只能依據(jù)市場的走向，根據(jù)市場的需求來決定自己的種植品種，當(dāng)種子入土進行培育，產(chǎn)出的時間較長，從而無法更改，導(dǎo)致農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的不合理性。

4、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本控制不合理。農(nóng)村改革的開端是家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制，隨著改革的深入和社會的不斷發(fā)展，責(zé)任制所帶來農(nóng)戶土地的小規(guī)模經(jīng)營的局限性問題也逐漸顯露。家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制分配到家庭、到戶、過小的經(jīng)營規(guī)模造成了農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)的重復(fù)購置和低效率使用。又如化肥的使用增加但利用率不高更加導(dǎo)致成本的不合理性。

（二）大數(shù)據(jù)技術(shù)概述。大數(shù)據(jù)是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展下的信息產(chǎn)物，指在一定時間內(nèi)通過全新高效的數(shù)據(jù)處理模式并具有更有效優(yōu)化能力的規(guī)模大和多樣化的數(shù)據(jù)信息資產(chǎn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)指通過新型手段對大數(shù)據(jù)的處理技術(shù)、存儲技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)等，可以實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的高速處理及信息價值挖掘。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式相比，大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以爬取、采集、存儲、分析類型復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，進而提取數(shù)據(jù)的潛在價值。

利用大數(shù)據(jù)所帶來的時代紅利——數(shù)據(jù)科學(xué)，有利于企業(yè)基于大量數(shù)據(jù)特征及分析結(jié)果更好地決策，大數(shù)據(jù)分析可以為業(yè)務(wù)決策者提供他們所需數(shù)據(jù)驅(qū)動的洞察力和篩選所涉及到的大量信息，以幫助企業(yè)開展競爭和業(yè)務(wù)發(fā)展。同時，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以通過合理的分析進行成本結(jié)構(gòu)化處理，提高了企業(yè)的運行效率，降低了成本，進而提高了利潤。

（三）大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)銷售中的應(yīng)用

1、天氣預(yù)報。構(gòu)建大數(shù)據(jù)天氣平臺，爬取氣象站或氣象網(wǎng)所監(jiān)測的空氣溫度、風(fēng)速風(fēng)向、空氣濕度、雨量等氣象數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)技術(shù)綜合分析。利用得到的結(jié)果給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者實時反饋精準的天氣狀況，讓農(nóng)民提前采取措施，減少因為天氣帶來的農(nóng)業(yè)損失。

2、作物選擇與作物產(chǎn)量預(yù)測。收集各種農(nóng)作物生長的氣候條件和環(huán)境需求數(shù)據(jù)，實地考察當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境狀況，對二氧化碳、土壤中的水分、環(huán)境的溫度和濕度等環(huán)境要素進行大數(shù)據(jù)回歸分析，進行農(nóng)作物精準選擇、農(nóng)業(yè)多樣化發(fā)展。記錄農(nóng)作物每個生長階段的情況，利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)各時期的生長情況分析預(yù)測農(nóng)作物的產(chǎn)量。

3、灌溉系統(tǒng)。利用大數(shù)據(jù)平臺長期對農(nóng)田收集的數(shù)據(jù)、農(nóng)作物生長狀況以及氣象數(shù)據(jù)進行計算分析，建立一套符合當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的水量需求量模型，由控制終端控制水量，根據(jù)農(nóng)作物的水量需求情況以及氣象情況分階段地進行灌溉，生成一種智能灌溉方式，做到既可以讓農(nóng)作物健康生長，又可以節(jié)約水資源。

4、作物病蟲害預(yù)測。目前，可以應(yīng)用大數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來進行作物病蟲害預(yù)測，通過傳感器、監(jiān)視器等設(shè)備大面積檢測農(nóng)作物的非正常生長情況，例如農(nóng)作物泛黃、葉片稀少等。將檢測的情況轉(zhuǎn)換成可視化數(shù)據(jù)，用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)根據(jù)以往的病蟲害情況分析農(nóng)作物病蟲害可能爆發(fā)的地區(qū)、范圍、病蟲種類以及惡劣程度。讓農(nóng)民提前進行針對性的病蟲防治、打農(nóng)藥、農(nóng)作物貼膜等。

5、農(nóng)業(yè)政策與市場行情。分析國家農(nóng)業(yè)政策。農(nóng)業(yè)政策包括農(nóng)業(yè)價格、農(nóng)業(yè)投入物、農(nóng)業(yè)服務(wù)內(nèi)容等。通過政策數(shù)據(jù)讓農(nóng)民了解農(nóng)產(chǎn)品價格的增減趨勢以及當(dāng)前需求量大的農(nóng)作物，進行農(nóng)作物針對性選擇，讓農(nóng)民獲得更多收益。收集近幾年已種植農(nóng)作物的市場價格，繪制農(nóng)產(chǎn)品價格的變動曲線以分析農(nóng)作物的市場需求情況。農(nóng)民進行反饋性調(diào)整使農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)更加合理化。

6、游客軌跡預(yù)測。在節(jié)假期、大型活動等人口密集期間，利用3S空間技術(shù)監(jiān)測地區(qū)狀況。利用GPS定位系統(tǒng)和熱成像技術(shù)定位生成游客的移動軌跡圖像，使用大數(shù)據(jù)圖像處理技術(shù)，根據(jù)人在不同地點停留時間的長短和密集程度，生成“游客密集點”。通過RS技術(shù)生成密集點的遙感影像圖，分析地形、地貌和人文等各種信息，條件適宜的情況下，可以將這些地點作為農(nóng)產(chǎn)品和土特產(chǎn)的銷售地點，以此來推廣特色產(chǎn)品，增加銷量。

三、基于DEA模型與大數(shù)據(jù)技術(shù)的農(nóng)作物生產(chǎn)調(diào)整策略

（一）DEA模型概述。DEA模型，又稱為數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法，是1978年由美國運籌學(xué)家A.Charnes和W.W.Cooper提出的一種定量分析方法，常用的有CCR、BCC等。DEA通過使用線性規(guī)劃的方法得出有效前沿面，基于多指標的投入與多指標的產(chǎn)出，在作出決策之前采集統(tǒng)計每個決策單元DMU的數(shù)據(jù)及其屬性，計算其規(guī)模效率（scale efficiency）、技術(shù)效率（technology efficiency）和純技術(shù)效率（pure technology efficiency）評估其投入規(guī)模、技術(shù)有效性等。相比于其他的資源效率評估模型，它省去了計算每種服務(wù)標準成本的步驟。因此，用DEA可以更加清楚地評價投入產(chǎn)出的效率。

（二）DEA原理。設(shè)當(dāng)前有n個決策單元DMUj（j=1，2，…，n），投入向量與產(chǎn)出向量分別為Xj、Yj（j=1，2，…，n），投入與產(chǎn)出的權(quán)重向量分別為v、u。定義hj（j=1，2，…，n）為第j個決策單元DMUj的效率評價指數(shù)，其中：

效率評估過程中，理想目標為用最少的投入得到最多的產(chǎn)出，從而實現(xiàn)效益最大化，因此可以得到第j0個決策單元的效率評價模型為：

而解決問題的基本步驟可以概述為：（1）確定同類型的決策單元DMUj；（2）根據(jù)被評估對象的實際情況，選擇合理的投入產(chǎn)出指標；（3）根據(jù)需求選擇評估模型（如CCR模型、BCC模型）等；（4）通過選擇的評估模型對每個決策單元進行效率值求解（如利用DEAP、DEA Solver等）；（5）決策者比較分析不同決策單元的效率值進而科學(xué)調(diào)整運營策略。

（三）作物生產(chǎn)調(diào)整策略。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)和產(chǎn)出均存在著多樣性。生產(chǎn)的多樣性體現(xiàn)在農(nóng)作物的種植種類及其面積、水電費、化肥費、加工費、場地費等；產(chǎn)出多樣性體現(xiàn)在農(nóng)產(chǎn)品最終呈現(xiàn)的商品形式及其所實現(xiàn)的利潤。大數(shù)據(jù)技術(shù)通過分析大量數(shù)據(jù)，挖掘相關(guān)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，只能從宏觀上給出決策的參考建議，決策者只能根據(jù)可視化分析結(jié)果等進行自主化調(diào)整。這一點雖然比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更具有科學(xué)性，但是由于個體經(jīng)驗、認知程度存在的差異性和局限性，調(diào)整的方向也各不相同，因此智慧性仍需提高。而通過機器學(xué)習(xí)等方法進行預(yù)測也會存在模型過擬合、訓(xùn)練數(shù)據(jù)泛化性不夠等風(fēng)險。

DEA模型處理多投入多產(chǎn)出效果評價中具有絕對優(yōu)勢，而這一點上正與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點不謀而合，因此基于DEA模型與大數(shù)據(jù)的融合機制會大大改善上述問題。主要調(diào)整思路為：（1）相關(guān)部門及農(nóng)戶在生產(chǎn)過程中專門統(tǒng)計每種農(nóng)作物的生產(chǎn)成本、種植種類、面積、產(chǎn)量及所得利潤等；（2）將統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行標準化處理，清理臟數(shù)據(jù)并將所得結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中；（3）根據(jù)實際需要選擇DEA指標；（4）利用軟件代入DEA模型中計算，選擇適合模型，計算規(guī)模效率、技術(shù)效率等；（5）根據(jù)模型計算結(jié)果，可以從數(shù)值上精確到每一種對應(yīng)的農(nóng)作物的生產(chǎn)效率，進而作出相應(yīng)調(diào)整。同時，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)在存儲生產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫中進行數(shù)據(jù)挖掘提供輔助決策。實現(xiàn)技術(shù)思路如圖1所示。（圖1）

圖1基于大數(shù)據(jù)與DEA的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)調(diào)整技術(shù)思路圖

四、大數(shù)據(jù)助推脫貧攻堅存在的問題與對策

（一）農(nóng)村部分地區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率不高。國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略綱要》提出：“到2020年，數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)取得初步進展。全國行政村4G覆蓋率超過98%，農(nóng)村互聯(lián)網(wǎng)普及率明顯提升?！编l(xiāng)村網(wǎng)絡(luò)建設(shè)仍需加緊，網(wǎng)絡(luò)覆蓋是數(shù)字化農(nóng)業(yè)實現(xiàn)的基礎(chǔ)條件。沒有網(wǎng)絡(luò)就不存在大數(shù)據(jù)技術(shù)。把數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)好，大數(shù)據(jù)的技術(shù)才能在助力脫貧攻堅的事業(yè)上全面應(yīng)用。

（二）生產(chǎn)數(shù)據(jù)的多樣化不夠。在大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)是決策的關(guān)鍵。有價值的數(shù)據(jù)信息沒有被有效的收集整理發(fā)布，缺少完善的信息管理體系。當(dāng)?shù)卣畱?yīng)該制定相關(guān)的信息收集體制和管理政策，運用大數(shù)據(jù)技術(shù)將數(shù)據(jù)清洗分類，合理地在政府平臺上公布。

（三）專業(yè)人才稀少。大數(shù)據(jù)學(xué)科作為近年來的熱門學(xué)科，在國內(nèi)高校的發(fā)展不過五年時間，人才儲備嚴重不足。許多數(shù)據(jù)分析的精英不愿意投身到農(nóng)業(yè)的數(shù)據(jù)分析中，政府在制定人才政策時可以考慮給予農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)分析崗位更優(yōu)厚的待遇，為農(nóng)村引進更多數(shù)據(jù)分析人才。同時，可以舉辦互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等將大數(shù)據(jù)扶貧的項目帶到大學(xué)生的視野中，激發(fā)他們對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)分析的興趣。

（四）精準扶貧中貧困戶的隱私問題。貧困從古至今一直是一個較為敏感的詞，公開貧困戶的信息無疑是對他們自尊心的打擊。但是只有精準的收集貧困戶的信息才能運用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析出貧困的原因并生成決策給予幫助。這就要求政府在公開信息時合理地保護村民的隱私，保護每個人的自尊。