農(nóng)業(yè)人工智能綜述

肖亞 李玉強(qiáng)

摘要：人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。本文主要介紹了人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要應(yīng)用意義，分析了人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，羅列了人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景。與此同時(shí)，指出目前人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的不足和挑戰(zhàn)，最后對(duì)人工智能在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用與發(fā)展提出了思路。

關(guān)鍵詞：人工智能;智慧農(nóng)業(yè);研究綜述

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）09-0204-02

0 引言

人工智能是建立在計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)上的先進(jìn)技術(shù)，用于模擬，延伸以及拓展人類智能的操作。人工智能現(xiàn)已應(yīng)用于生活中的許多領(lǐng)域，取得了顯著的成績(jī)。

人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用包括圖像處理，信息采集，智能檢測(cè)等。人工智能在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用方面，機(jī)器視覺(jué)占了極大的比例，其主要應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量分級(jí)，農(nóng)田病蟲(chóng)草害控制，農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程監(jiān)測(cè)等方面。大數(shù)據(jù)在農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)搭建方面，生產(chǎn)監(jiān)控方面，銷售運(yùn)作等方面也發(fā)揮重要作用。

1 農(nóng)業(yè)人工智能概述

20世紀(jì)80年代，人工智能技術(shù)開(kāi)始在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域探索，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平有限，沒(méi)有重大的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。近年來(lái)，人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用逐漸成熟，取得的成果顯著。人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用多種多樣，包括農(nóng)田病蟲(chóng)草害的控制，農(nóng)作物的采摘，氣候?yàn)?zāi)害的預(yù)警等。人工智能在農(nóng)業(yè)的顯著發(fā)展，極大地提高生產(chǎn)效率和資源利用率。

2 人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的意義

盡管我國(guó)的農(nóng)業(yè)水平不斷提高，但是仍存在一些問(wèn)題有待解決：生產(chǎn)效率低下;資源利用率低;人的勞動(dòng)強(qiáng)度大;缺乏專業(yè)的技術(shù)支持等。這就是人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的意義所在。

在種植業(yè)方面，專家系統(tǒng)是一種常見(jiàn)的人工智能系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)收集數(shù)據(jù)，使相應(yīng)的系統(tǒng)具備專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，然后利用系統(tǒng)的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)解決問(wèn)題。例如，在灌溉農(nóng)田時(shí)，利用此技術(shù)可以自動(dòng)控制灌溉水量，避免人工主觀行為造成的灌溉的過(guò)多或過(guò)少。此外可以采用圖像處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對(duì)農(nóng)作物的病蟲(chóng)害進(jìn)行判別。當(dāng)然在如下方面也有著廣泛的應(yīng)用，自動(dòng)施肥，土壤檢測(cè)，農(nóng)作物成熟程度的判斷等。

在畜牧業(yè)方面，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的養(yǎng)殖場(chǎng)，可以由傳感設(shè)備實(shí)時(shí)的檢測(cè)動(dòng)物的生命特征和生長(zhǎng)環(huán)境，通過(guò)智能化分析，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投喂飼料，科學(xué)有效的養(yǎng)殖。

3 人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況

3.1 產(chǎn)前階段

3.1.1 農(nóng)作物選種

農(nóng)作物選種有著至關(guān)重要的作用，直接關(guān)系到最后的產(chǎn)量和生長(zhǎng)的狀況。而人工智能技術(shù)可以有效的提升鑒定速度，尤為關(guān)鍵的技術(shù)是圖像探測(cè)分析技術(shù)，通過(guò)不斷地收集優(yōu)良種子性狀，構(gòu)建分類模型，并在植物生長(zhǎng)的后期收集數(shù)據(jù)豐富完善模型，提升鑒別的準(zhǔn)確度。利用圖像分析技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等非破壞性的方法對(duì)作物種子進(jìn)行檢測(cè)，極大地提高了鑒別的效率，準(zhǔn)確度，以及農(nóng)產(chǎn)品的收益。

3.1.2 土壤成分檢測(cè)

土壤的成分也是影響農(nóng)作物質(zhì)量和產(chǎn)量的一大因素，人工智能技術(shù)可以預(yù)測(cè)土壤層的黏土含量，然后通過(guò)加權(quán)方法從土壤傳感器的信號(hào)中提取信息，再使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)黏土含量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥。IntelinAir公司開(kāi)發(fā)了一款無(wú)人機(jī)，通過(guò)核磁共振成像技術(shù)拍下土壤照片，通過(guò)智能分析，確定土壤肥力，可判斷適應(yīng)耕種的作物。

3.1.3 農(nóng)田灌溉

基于人工智能技術(shù)的智能灌溉控制系統(tǒng)，集專家系統(tǒng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)等高新技術(shù)于一體，可以根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驍?shù)據(jù)，對(duì)灌溉用水進(jìn)行分析，選擇最佳灌溉策略。

3.2 產(chǎn)中階段

3.2.1 雜草處理病和蟲(chóng)害識(shí)別

作物生長(zhǎng)過(guò)程中，雜草和蟲(chóng)害會(huì)使作物生長(zhǎng)緩慢，影響產(chǎn)量。目前最主要的方式是噴灑除草劑，但是長(zhǎng)期大面積的噴灑除草劑會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，增加雜草的耐藥性，使農(nóng)作物表面有農(nóng)藥殘留。高效機(jī)械化除草設(shè)備是利用機(jī)器視覺(jué)識(shí)別出土壤種植物，經(jīng)過(guò)去除土壤背景，草苗分離，定位目標(biāo)等步驟。

利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可以通過(guò)對(duì)害蟲(chóng)的紋理，形態(tài)，大小識(shí)別檢測(cè)，使用KNN等分類器進(jìn)行分類，給出及時(shí)合理的措施。saillog公司推出的手機(jī)應(yīng)用程序Agrio，就是利用人工智能和計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法來(lái)識(shí)別植物病蟲(chóng)害。

3.2.2 農(nóng)作物采收

當(dāng)前農(nóng)作物采收大多通過(guò)機(jī)器視覺(jué)，感知等操作實(shí)現(xiàn)，采收過(guò)程中可以根據(jù)果實(shí)控制力度，當(dāng)前能夠做到對(duì)柔軟果實(shí)的無(wú)損采收。Abound ant Robotics公司的蘋果采摘機(jī)器人，采用雙目立體視覺(jué)、圖片識(shí)別等技術(shù)對(duì)果實(shí)進(jìn)行定位和成熟度判斷，然后運(yùn)用機(jī)器人精準(zhǔn)操控技術(shù)對(duì)果實(shí)進(jìn)行無(wú)損采摘，采摘速度高達(dá)一秒一個(gè)。

3.3 產(chǎn)后階段

3.3.1 農(nóng)產(chǎn)品檢驗(yàn)

農(nóng)產(chǎn)品采收后，要對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)檢驗(yàn)，然后包裝，銷售。人工智能可以對(duì)此提供有利的支持，該技術(shù)可分析產(chǎn)品顏色，大小，缺陷等圖片所具有的某些共同特征，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)模擬人的視覺(jué)，把殘次品剔除，提高作物品質(zhì)。例如籽棉異纖智能精選，填補(bǔ)了棉花加工工藝流程中在籽棉階段進(jìn)行異性纖維智能精選的技術(shù)和裝備空白，從源頭提高了棉花的質(zhì)量。

3.3.2 農(nóng)產(chǎn)品電商平臺(tái)的銷售

電子商務(wù)的快速發(fā)展與應(yīng)用極大地提高了銷售量，給農(nóng)產(chǎn)品的推廣和銷售帶來(lái)了新的機(jī)遇。農(nóng)業(yè)物流管理體系在農(nóng)產(chǎn)品銷售方面發(fā)揮了重要的作用，通過(guò)配送路徑優(yōu)化，很大程度上提升了生鮮度。

4 農(nóng)業(yè)人工智能存在的問(wèn)題與推動(dòng)措施

人工智能在實(shí)際應(yīng)用中面臨著如下挑戰(zhàn)：實(shí)地環(huán)境比較復(fù)雜，農(nóng)村的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)薄弱，可能使研發(fā)的機(jī)器人普適性不高，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中難以大范圍的投入使用;另外農(nóng)民對(duì)人工智能的意愿和操作能力不夠，導(dǎo)致農(nóng)民“不敢用”。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，需要政府從基礎(chǔ)設(shè)施，技術(shù)供給，宣傳推廣等方面入手。對(duì)于研發(fā)者而言需要實(shí)地調(diào)研不斷地優(yōu)化和調(diào)整。此外，為了更好地發(fā)展，需要全球的合作交流，引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)，協(xié)同開(kāi)發(fā)出更高效的平臺(tái)和設(shè)備。

5 農(nóng)業(yè)人工智能發(fā)展的展望

5G時(shí)代的到來(lái)，提升了移動(dòng)通信的速度和網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，給我們帶來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，5G技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合，使技術(shù)的發(fā)展有著更廣闊的空間。5G與人工智能的結(jié)合，將會(huì)促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)的高速，低耗特點(diǎn)，使數(shù)據(jù)以更快的速度上傳到云端，更及時(shí)地監(jiān)控農(nóng)作物狀況。

6 結(jié)論

人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提升了生產(chǎn)效率和資源的利用率，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)的信息化和數(shù)字化。人工智能在農(nóng)業(yè)的產(chǎn)前，產(chǎn)中，產(chǎn)后階段有著廣泛的應(yīng)用：產(chǎn)前階段可以進(jìn)行作物選種，土壤檢測(cè)，農(nóng)田灌溉等;產(chǎn)中階段可以進(jìn)行病蟲(chóng)草害的處理，作物采收等;在產(chǎn)后階段可以進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)，電商平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)等工作。隨著人工智能的發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)在智能化和信息化的道路上不斷前進(jìn)。