新农村信息化现状模糊聚类分析方法与对策研究
中图分类号：F327 文献标识码：A 文章编号：1003-3890（2014）06-0076-05
一、引言
自2004年起，中央连续十年以一号文件的形式，提出要积极推进农村基础设施的信息化。加强农村信息化建设是拉动农村经济增长、实现新农村跨越式发展的重要突破口。对农村信息化现状进行定性定量分析可为各省市县制定相应的政策、发展规划等提供依据。目前，农村信息化现状分析大多从各行政单位出发进行排序、评价，对策研究也是针对各行政单位制定政策。然而，农村信息化发展与农村经济发展有着不可分割的紧密关系，随着近年来国家土地规划、城镇化发展和新农村结构的调整，农村经济逐渐呈现区域化、规模化发展趋势，因此，农村信息化研究也需要从通用性视角出发，对各行政辖区农村信息化现状进行聚类分析，揭示不同类型农村信息化建设模式的特点和优势，为政府部门制定相应的农村信息化建设政策提供战略性、规划性依据[1-2]。
本文提出用基于粒度计算的模糊聚类方法，对农村信息化系统分析，并以《河北经济年鉴》的数据为依据，通过对统计资料的综合分析，对河北省11个行政单位进行农村信息化类型划分，对不同类型的信息化建设模式进行构建，为制定相应的农村信息化建设政策提供依据。本文方法不仅从距离的角度结合问题的实际意义描述聚类结果，而且根据各类型实际问题的多样性和复杂性，算法可根据需要进一步调整细化粒度d？姿，得到更细化的农村信息化类型划分结果，从而为不同类型的信息化建设模式现状分析提供定性分析的依据，使农村信息化建设政策更加具有针对性。最后，通过计算各指标的信息粒度，得出指标的排序结果，为进一步的农村信息化数据分析奠定基础。
二、农村信息化分类指标的选择
农村信息化系统是一个多因素、多层次、结构复杂的大系统，要正确划分类型，首先必须选择一套能全面反映当前农村信息化现状的指标体系。而传统的分类方法，往往只依据单项指标或少数几项指标的总量指标进行评价，这样就很难全面反映整体综合情况，因而也就不能较准确反映各类型的共性和特点。为此，本文以《河北经济年鉴》的数据为依据[3]，通过实地调查和对统计资料的综合分析，建立指标体系，详见表1。
三、模糊粒度聚类基础
定义1：设■为X上的一个模糊关系，若■满足下列条件：
1. 自反性：■（x，x）=1，？坌x∈X
2. 对称性：■（x，y）■（y，x），？坌x，y∈X
3. 传递性：■2？哿■
则称■是X上的一个模糊等价关系[4]。
定理1 ■是X上的模糊等价关系的充分必要条件是，对任意的？姿∈[0，1]，截关系R？姿是X上的等价关系。
定理2 设在X的某一商空间[X]上给定一个归一化的距离函数d（?，?），又设
B？姿={（x，y）|d（x，y）≤？姿，？姿≥0}
D？姿是以B？姿为基的等价关系，令B？姿=D1-？姿，则{R？姿|0≤？姿≤1}唯一确定X上的一个模糊等价关系■，它以■为截关系[5-6]。
以上两个命题得出在X的某一商空间[X]上给定一个归一化的距离函数d（?，?），设{d（x，y）≤？姿，？姿≥0}，则对任意的？姿∈[0，1]，截关系R？姿是X上的等价关系[7]。根据不同的粒度值？姿，得到不同的聚类。算法从距离的角度说明，我们可以通过粒度值d？姿由细变粗的过程，商空间族{X（d？姿）|0≤d？姿≤1}按商集的包含关系构成一个有序链，即{X（d？姿）|0≤d？姿≤1}构成一个对X的分层递阶结构，产生动态聚类的结果[8]。
四、基于模糊粒度计算的农村信息化聚类
（一）归一化距离函数的定义
假设河北省11个地市的集合为X，则其中任何一个地市表示为xi，i=1，…，11。基于模糊粒度计算的聚类中我们采用如下的距离函数：d（xi，xj）=1-■。其中，xi∈X，xj∈X。
这样的距离函数满足下面条件：
（1）正定性：d（xi，xj）≥0，？坌xi，xj∈D，有d（xi，xj）∈[0，1]，并且当（xi-xj）→∞时，d（xi，xj）→1；（2）d（xi，xj）=0，当且仅当xi=xj；（3）对称性：d（xi，xj）=d（xj，xi）；（4）归一化：d（xi，xj）∈[0，1]。所以d（xi，xj）是归一化的距离函数[9-10]。
（二）农村信息化聚类结果及分析
算法将模糊粒度计算聚类化为一个在距离空间（X，d？姿）上的计算，通过归一化的距离函数，唯一确定一个模糊等价关系■。通过不同的粒度d？姿的控制，将d（xi，xj）≤d？姿的市归为一类。图1为基于模糊粒度计算的聚类算法示意图。粒度值d？姿由粗变细的过程，产生动态聚类的结果。
河北省各地市农村信息化动态聚类结果如表2。
1. 聚类现状分析。第一类，{石家庄，唐山，廊坊，沧州，张家口}，这类地市具有如下特点：
（1）农村信息化人力资源指数普遍较高。此类地市中，农村每万人技术人员数石家庄、唐山、廊坊、沧州、张家口分别为37.38、13.93、12.93、19.48和10.31，在河北省排名为第一、三、四、二、八；平均每县共有村级信息员石家庄、唐山、廊坊、沧州、张家口分别为361.55、410.25、245.00、297.00、201.30，在省内排名为第二、一、五、三、七；乡村从业人员占乡村人口的比例此类地市均在56%以上，在省内处于中上水平。一方面，此类地市的农村信息化人才培养模式具有创新性和持续性的特点，政府重视对农村信息化人力资源的培训。如唐山市政府早在2006年在全省率先投资130多万元建设了唐山市农村信息中心和农村信息网站，利用县级职业教育培训中心、农广校等多渠道，每年定期对信息服务人员、广大农民进行培训，举办电视讲座，印发技术资料。另一方面，此类地市在地理位置和经济方面占据优势。如石家庄为省会，是河北省政治、经济、科技和文化中心；唐山、沧州的经济水平在河北省内排在中上等，且是临海地市；廊坊临近北京，在京津冀一体化的过程中最具地理优势，这些独特的条件都对人力资源的倾斜和流动创造了机会。 （2）新兴农村信息技术的应用能力强。首先，此类地市涉农网站的应用已非常普及。县级涉农网站数量均在80个以上，特别是石家庄和唐山县级涉农网站分别为432个和208个，在省内遥遥领先；除此之外，涉农网站每月点击量、每月内容更新条数在省内均为领先水平。其次，在新一代信息技术的支撑下，新型农村信息化的形态正在形成。2012年7月，河北廊坊市公务云计算中心2012年正式成立，廊坊将逐步建设成全球顶级云计算基地及办公综合基地。同时，河北省在物联网产业化过程中已初步形成石家庄、廊坊、秦皇岛、唐山、邯郸五大物联网产业基地。石家庄、唐山等地在农村物联网应用方面已开始起步，围绕小麦、设施蔬菜等规模化种植基地，开展地域特色智能农村试点示范，探索适合农村实际的物联网应用模式。
第二类，{秦皇岛，邯郸，衡水，保定，承德，邢台}，这类地市具有如下特点：
（1）农村信息化基础设施指数普遍较高，趋于稳定。河北是我国粮食生产大省，从2004年开始，省委、省政府多渠道筹集资金，对“三农”投入持续增加。在全省加强农村基础设施投入的大环境下，此类地市在农村信息化基础设施的建设方面表现突出。邯郸、邢台、张家口接通宽带乡镇的比例均为100%，名列全省前茅；衡水是河北省继石家庄后的第二个电路汇接中心，被称为通讯地理上的“黄金十字点”；承德在发展农村特色的同时加强信息化基础设施建设，建立了宽城板栗、围场马铃薯等现代农村产业园；保定县多人多，过去几年里农村信息基础设施供给不足，农村通信、广播电视和互联网相对薄弱，近年来，作为对接京津工作的重点区域，保定的农村信息化基础设施得到了很大发展。
（2）传统型农村信息服务仍占据主要地位。平均乡镇农村信息服务机构数13.25个，其中，承德为23.3个，省内排名第一，超过石家庄和唐山；邯郸率先在河北省开通了“12316”农村综合信息服务电话；衡水是科技部星火科技“12396”信息服务在河北省的第一个试点；保定“12316”信息惠农家活动利用农村集市开展专家咨询活动已形成自己的特色。这些地市的乡镇、村农村信息服务点已形成稳定有特色的培训渠道和服务模式，在当地具有一定的影响力。
2. 粒度调整分析。通过对粒度的调整细化，可以得到更加差异化和更加细化的聚类结果，从而使政策的制定更加具有针对性。比如，粒度从0.17到0.08时，第一类{石家庄，唐山，廊坊，张家口，沧州}可以细化分为两类{石家庄，唐山}和{廊坊，张家口，沧州}。分析原因如下：
（1）农村信息化主体环境因素影响。2013年，石家庄和唐山农民人均年收入分别为8 993.40元和10 698.00元，农产品年交易额分别为1 660 699.20 万元和2 273 183.00万元，农村信息化专项分别为291.50万和535.20万，远远高于其他县市。
（2）近期，河北省农业厅提出省级农村物联网综合服务平台建设和农技推广服务云平台将是近三年该省农村信息化建设的重点，石家庄和唐山已先行在农产品网络化视频监控全市联网方面进行了试点建设，走在了全省的前列。
五、农村信息化指标权重计算
目前，农村信息化分析及评价中，指标均依据经验选定，而对于指标本身的关联性、并行性的问题没有提出解决方法。建立科学的农村信息化评价指标体系，是进行有效评价和提高评价结果的一个重要方面。准确地确定各指标对划分结果的作用能最大限度减少主观因素对评价结果的影响，提高评价结果的准确性和合理性。
信息粒度本来是一个物理学概念，意指“微粒大小的平均度量”，在这里则被借用做“信息粗细的平均度量”。对条件属性（划分指标）j，我们提出了一种不确定性度量粒度GK（j）。
定义2：对于农村经济数据集X=（xij），i=1…n，j=1…m，xij为归一化数据，则第j个属性的信息粒度为：GK（j）=1-■，其中E（j）=-■■yijlnyij，yij=xij / ■lnxij。
由上述定义可以得到如下的性质：当GK（j）越大，说明条件属性j对决策属性的作用较大，占主导地位。特别地，当且仅当条件属性j中实例的决策属性值都相同时，即集合j的实例都属于同一类时，GK（j）=1。当GK（j）越大，说明在聚类分析中可以明显区分各地市，也就是说该属性提供较多用于区分的信息，应重点考察。
表3为农村经济信息化17个评价指标的信息粒度排序。
其中，涉农网站每月点击量的信息粒度值为0.997 1，接近1，说明此指标对决策属性的作用较大，占主导地位。而接通宽带乡镇的比例的信息粒度为0.806 0，说明其在17个指标中作用相对最小。在农村信息化指标体系的优化中，我们可以设置阈值，选取信息粒度大的指标。
六、河北省农村信息化建设对策建议
1. 加快物联网、云计算、大数据等新兴信息技术的应用，拉动农村产业升级。加快推进设施自动化控制、植物生长管理、温室环境监控等信息技术产品的应用，实现农村生产的自动化、智能化；积极推进耕地质量管理、精准农业实施等信息技术与装备的应用范围，实现农村规模化种植的数字化、精准化。
2. 借助京津冀一体化发展，形成环京津农村农业信息化示范带。河北应积极吸纳与承接北京溢出的涉农资源，加紧环京津现代农业信息化示范带建设，大力发展现代农业示范园区，开展农业物联网和精准装备为重点的农业全程信息化和机械化技术应用试点，在基础通信网络、基础软件系统、应用软件系统（包括农业生产、加工、物流、销售等各个环节的示范应用）等方面加大投入力度，提高农业与京津的对接能力和协同效率，助力河北农业增产、农民增收与农村变靓。
3. 加强农村物流平台建设，创新涉农电子商务服务模式。推动移动互联网技术在农村经营流通领域的应用，建立移动互联网信息管理平台，提高农产品流通效率，实时提供农产品批发市场价格信息、农资市场价格和质量信息到农民手中，积极探索农产品电子商务运行模式，开展农村电子商务试点，提供农产品生产、流通、交易、物流配送等信息服务。 4. 完善农村综合信息服务体系，为农民提供全面优质的信息服务。在新型信息技术的支撑下，河北应着力打造好新农村综合信息服务平台，完善信息服务体系，提升服务质量。目前，一是整合农业网站群、12316三农服务热线、千万农民短信服务工程、各级各类农民频道等方面资源，构建全省农业数据中心；二是将涉农信息发布、农产品交易、支付与结算、农资农具、物流配送、信用评估、融资融信、惠农政策、技术咨询、农产品质量追溯等信息进行有机融合，提供定制服务与针对性推送；三是，建设好信息实时采集渠道，做好加工处理，确保实时性、真实性、可用性及有效性。
5. 加强信息化人才队伍建设，强化政策引导和应用支撑条件建设。县级、乡（镇）村应有足够的涉农信息化服务专职及兼职人才队伍，可采用资金补贴、免费使用信息等政策引导各类涉农主体积极生产信息和消费信息，增加县级乡镇农业信息服务机构数和县级村级农业信息服务网点，形成自上而下拉动和自下而上支撑并行的局面，推动农业产业化、规模化、标准化、品牌化、市场化可持续发展。
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