AI+農(nóng)業(yè)：助力智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展

熊竟宏 任新平

[摘要]2020年中央一號文件繼續(xù)關(guān)注“三農(nóng)”問題。面對眾多挑戰(zhàn)，減少農(nóng)業(yè)對自然資源的依賴，提升農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)效率與質(zhì)量，智慧農(nóng)業(yè)已成為必然發(fā)展趨勢。通過AI與農(nóng)業(yè)的有機(jī)結(jié)合，可以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)選種、土壤智能檢測、實時監(jiān)控作物生長和智能耕作等，有力促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級。在政府主導(dǎo)支持下，采取進(jìn)一步完善基礎(chǔ)設(shè)施、加強(qiáng)相關(guān)人才培養(yǎng)、落實相關(guān)補(bǔ)貼等措施，將進(jìn)一步促進(jìn)AI與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的融合應(yīng)用，推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

[關(guān)健詞]AI;助力;智慧農(nóng)業(yè)

[中圖分類號]F323.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

1 我國農(nóng)業(yè)發(fā)展歷程

學(xué)界普遍認(rèn)為農(nóng)業(yè)有四個階段。農(nóng)業(yè)1.0是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)時代，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依靠人力和畜力;農(nóng)業(yè)2.0是機(jī)械化農(nóng)業(yè)時代，以機(jī)械工具代替人力耕作，實現(xiàn)大規(guī)模機(jī)械化，主要以農(nóng)場為代表。農(nóng)業(yè)3.0以應(yīng)用單一信息技術(shù)和局部生產(chǎn)自動化為特征，美麗的鄉(xiāng)村和安全可靠的農(nóng)產(chǎn)品是其主要產(chǎn)物，有機(jī)組合了第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)。農(nóng)業(yè)發(fā)展的最高階段是農(nóng)業(yè)4.0，充分整合資源，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的智能化，無人化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程可控具高效，不受自然環(huán)境約束。融通一二三產(chǎn)業(yè)，把工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展方式引入農(nóng)業(yè)，發(fā)展‘第六產(chǎn)業(yè)”。

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部消息，2019年全國農(nóng)作物綜合機(jī)械率超過了70%，基本完成農(nóng)業(yè)2.0階段的普及，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率有效提高。只有少部分偏遠(yuǎn)地區(qū)仍處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)階段，機(jī)械化還沒有實現(xiàn)。農(nóng)業(yè)3.0占全國15%左右，主要出現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，依靠政府力量推動，進(jìn)行積極探索。小范圍的產(chǎn)業(yè)園和研究所開始了4.0階段的探索。

現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，使得人工智能在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中嶄露頭角，為農(nóng)業(yè)4.0時代的到來莫定了基礎(chǔ)。2016年，我國成立了智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，農(nóng)業(yè)技術(shù)科研工作越來越受到政府和社會重視，一系列高科技智能化運(yùn)作技術(shù)研發(fā)成功，逐漸從實驗室走向農(nóng)田，應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)實際建設(shè)。我國農(nóng)業(yè)4.0時代是完全數(shù)字化的時代，但是，2019年4月發(fā)布的《2019全國縣域數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展水平評價報告》的結(jié)果顯示，2018年全國縣域數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展水平僅為33%，生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)字化的水平只有18.6%。在推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，還有許多問題需要解決，需要政府的統(tǒng)籌規(guī)劃。

2 智慧農(nóng)業(yè)概述

智慧農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的最高階段，將最新科技信息技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)深度融合，促進(jìn)生產(chǎn)，經(jīng)營和服務(wù)領(lǐng)域的智能化，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息感知，智能決策，推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的全方位升級，使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更具效率，更精準(zhǔn)，可追溯，可持續(xù)發(fā)展。2019年人工智能在農(nóng)業(yè)應(yīng)用對話交流活動中，農(nóng)業(yè)農(nóng)村規(guī)劃設(shè)計研究院的張輝院長提出，人工智能在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用就是智慧農(nóng)業(yè)?，F(xiàn)如今，智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展還處于初級階段，尚不能全方位進(jìn)行資源軟整合，智能化程度不高，有些生產(chǎn)過程還未能涉及，處于農(nóng)業(yè)3.0到4.0的中間地帶。

智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，需要精準(zhǔn)控制各種原料的使用，針對不同農(nóng)作物，控制培養(yǎng)環(huán)境，既充分利用現(xiàn)存的資源，又不會對環(huán)境造成污染。此外，借助物聯(lián)網(wǎng)，云計算等現(xiàn)代技術(shù)，還能追溯生產(chǎn)全過程，確保生產(chǎn)安全，給予消費(fèi)者安心。通過使用人工智能裝備，還可以減少人工參與，大大提高生產(chǎn)效率。

3 AI助力農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級

AI即人工智能，目前還沒有統(tǒng)一的定義，2019版的《人工智能安全標(biāo)準(zhǔn)化白皮書》明確提出，人工智能系統(tǒng)是利用一種數(shù)字計算機(jī)或者其他由計算機(jī)控制的機(jī)器來模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能，感知周圍環(huán)境、獲取相關(guān)知識并且使用，以獲得最佳結(jié)果的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用的系統(tǒng)。發(fā)展人工智能的主要目的是使智能機(jī)器像人一般，會聽、會看、會說、會行動、會學(xué)習(xí)、會思考等。經(jīng)過多年人工智能技術(shù)的探索和發(fā)展，人工智能的應(yīng)用潛力巨大。目前世界主要國家都把人工智能作為國家發(fā)展戰(zhàn)略。

從2018年開始，阿里巴巴，騰訊等中國互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開始進(jìn)一步涉足智能生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)。目前，人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為生產(chǎn)性應(yīng)用和經(jīng)營性應(yīng)用。基于機(jī)器視覺和圖像識別，AI可以從選種、土壤檢測、智能耕作等方面助力智慧發(fā)展，助推農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級。

3.1 AI幫助選種

種子是起源，直接決定了作物的好壞，而這又取決于種子基因。依靠人工智能，可以對種子的基因進(jìn)行掃描，選擇最優(yōu)良的品種，根據(jù)各品種特性，給予最適合的生長條件，為高效高質(zhì)生產(chǎn)提供保障。

3.2 AI檢測土壤

土壤為作物生長提供養(yǎng)料，不同作物對不同營養(yǎng)物質(zhì)的需求不一樣，需要對土壤中相關(guān)成分進(jìn)行測量，然后針對不同作物添加不等量的養(yǎng)分。放置傳感器收集土壤濕度，水分，含鹽量等數(shù)據(jù)，通過人工智能模型特殊的算法，得出結(jié)論，告知農(nóng)戶土壤相關(guān)情況。

3.3 AI實時監(jiān)控作物生長狀況

通過無人機(jī)巡視，不間斷拍攝植物生長狀態(tài)，各區(qū)域雜草情況，這些圖片傳輸?shù)浇K端，基于圖像識別技術(shù)，利用機(jī)器的深度學(xué)習(xí)，采用特定的算法和模型，進(jìn)行深度挖掘，提取圖片中的有效信息。不僅能了解作物的成熟情況，還能實現(xiàn)對作物病蟲害等問題的識別和監(jiān)控，通過智能植物識別軟件，農(nóng)戶上傳照片就能識別作物各種病蟲害，軟件會給出相應(yīng)解決方案。

3.4 AI實現(xiàn)智能耕作

農(nóng)業(yè)機(jī)器人模擬人的視覺功能，通過學(xué)習(xí)，能分析和判斷哪些是雜草需要清除，哪里需要澆水施肥，哪些作物已經(jīng)成熟需要采摘。機(jī)器人會對實際情況做出判斷，然后自動做出反應(yīng)。隨著數(shù)據(jù)收集越來越多，機(jī)器人作業(yè)效率更高，越來越少的人工參與到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)效率大大增加，實現(xiàn)精準(zhǔn)種植，無人化種植。

4 AI+農(nóng)業(yè)發(fā)展建議

發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是一項民生工程，需要政府有限度的做好上層規(guī)劃設(shè)計。我國政府先后組織制定和出臺了《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》等一系列上層產(chǎn)業(yè)政策規(guī)劃文件，提出了推動現(xiàn)代人工智能信息技術(shù)與新一代農(nóng)業(yè)融合發(fā)展的戰(zhàn)略要求。目前，我國利用人工智能推動農(nóng)業(yè)發(fā)展只是處于起步的初級階段，只在小范圍應(yīng)用，屬于小規(guī)模實驗性質(zhì)。為進(jìn)一步促進(jìn)入工智能與農(nóng)業(yè)的融合應(yīng)用，推進(jìn)智橄農(nóng)業(yè)的發(fā)展，提出以下建議。

4.1 進(jìn)一步完善基礎(chǔ)設(shè)施，提升農(nóng)業(yè)信息化水平

水利，交通，郵政等基礎(chǔ)設(shè)施需要進(jìn)一步改善，為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。人工智能決策需要數(shù)據(jù)支撐，網(wǎng)絡(luò)支撐，需要相應(yīng)增加網(wǎng)絡(luò)方面的投資，保證網(wǎng)絡(luò)速率，為后期數(shù)據(jù)采集和傳遞打好基礎(chǔ)。建立健全信息共享平臺，逐步加大政府向社會數(shù)據(jù)開放程度，促進(jìn)農(nóng)業(yè)信息交流。此外，需要提升智能化設(shè)備的供給，提升傳感器的精確度和抗干擾性，便于農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)采集。

4.2 加強(qiáng)相關(guān)人才培養(yǎng)，提升科研轉(zhuǎn)化效果

智慧農(nóng)業(yè)還處于起步階段，還存在核心技術(shù)和裝備創(chuàng)新能力不足等問題，需要科研人員進(jìn)一步努力攻克這些難關(guān)。一方面要加強(qiáng)科研經(jīng)費(fèi)投入，鼓勵高校培養(yǎng)農(nóng)業(yè)與信息多學(xué)科交叉的人才，增加新鮮血液，加強(qiáng)人才培養(yǎng)和創(chuàng)新研究基地的融合，增強(qiáng)學(xué)生的實踐能力，引導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)后繼續(xù)從事農(nóng)業(yè)研究，加快實驗研發(fā)成果轉(zhuǎn)為民用。另一方面要組織成立專業(yè)人才培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，提升一線農(nóng)民專業(yè)能力，培養(yǎng)新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體，讓他們學(xué)會相關(guān)知識，學(xué)會運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)，學(xué)會操作現(xiàn)代智能裝備。

4.3 落實相關(guān)補(bǔ)貼，加強(qiáng)政府支持

不管是技術(shù)研發(fā)還是農(nóng)戶購買智能裝備，都需要高額成本，政府需要完善相應(yīng)的補(bǔ)貼政策并落實，減輕負(fù)擔(dān)，提升積極性，鼓勵A(yù)I與農(nóng)業(yè)的融合研究，對有杰出貢獻(xiàn)的科研機(jī)構(gòu)，員工和企業(yè)給予資金支持或稅收優(yōu)惠。

5 結(jié)語

雖然現(xiàn)階段智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展仍處于初級階段，AI只能在特定的環(huán)境中應(yīng)用，難以普遍推廣;但人工智能前景美好，相信通過廣大研究者的不斷努力，攻堅克難，在不遠(yuǎn)的未來，人工智能將和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代技術(shù)更好的融合，促進(jìn)農(nóng)業(yè)智慧發(fā)展，為農(nóng)業(yè)4.0打好堅實基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]羅錫文.農(nóng)業(yè)人工智能的應(yīng)用和思考[J].中國農(nóng)村科技，2019（05）：16-19.

[2]趙春江.智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及戰(zhàn)略目標(biāo)研究[J].智慧農(nóng)業(yè)，2019（01）：1-7.

[3]李道亮.農(nóng)業(yè)4.0——即將到來的智能農(nóng)業(yè)時代[J].農(nóng)學(xué)學(xué)報，2018（01）：207-214.

[收稿日期]2020-04-16

[作者簡介]熊竟宏（1996-），女，四川廣安人，河南工業(yè)大學(xué)碩士研究生在讀，研究方向：農(nóng)業(yè)管理;任新平（1970-），男，經(jīng)濟(jì)學(xué)博士，河南工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)貿(mào)易學(xué)院副教授，研究方向：糧食經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)代物流。