AI助力農(nóng)業(yè) 讓農(nóng)場主樂當(dāng)“光桿司令”

于昌江雖說掛著經(jīng)理的頭銜，卻是個(gè)“光桿司令”，但他也樂得清閑——

“過去2個(gè)人1天就澆5畝地，園區(qū)的1300多畝地灌溉一遍得1個(gè)多月，現(xiàn)在我1個(gè)人，開著灌溉，還能做別的事。”在不久前水利部開展的“節(jié)水中國行·落實(shí)國家節(jié)水行動(dòng)”主題采訪活動(dòng)中，山東淄博泓基農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社經(jīng)理于昌江說，智慧農(nóng)業(yè)是個(gè)好東西，果蔬生產(chǎn)管理過程采用智能化控制系統(tǒng)，有了機(jī)器人助手，平均省水50%、省電30%、省工90%，更讓人省心。

在農(nóng)村的廣袤大地上，有的機(jī)器人助手并不像工業(yè)機(jī)器人那樣有形，但卻像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣讓智能無處不在，上觀“天象”、下管病蟲，土壤肥力、幼苗長勢更是通曉于心，甚至果品分級也能帶著“光譜分析儀”這種利器，做到專業(yè)級。近些年，人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入?？梢哉f，從選種、土壤管理、管理灌溉和用水到預(yù)測天氣、識別作物問題等各個(gè)環(huán)節(jié)，都有人工智能的身影。

“全息”問地，肥力長勢盡在掌控

農(nóng)作物的動(dòng)態(tài)生長，與周圍的環(huán)境密不可分，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)管理中，更多地細(xì)化到農(nóng)作物生長的小環(huán)境中，除了土壤中的水分和肥力，還包括農(nóng)場環(huán)境中諸多方面的信息。

“溫度、濕度、土壤是否缺水、缺肥等信息由園區(qū)的傳感器采集，匯總到系統(tǒng)上。”在泓基農(nóng)場里，葡萄根部以上約1米的高度，沿著壟順延著一根黑色的細(xì)管，于昌江說，管子上的小孔會有不同的滴速，滴下不同的液體，變化所根據(jù)的信息來自一臺“大腦”。

“操作會根據(jù)系統(tǒng)對地塊的分析給出建議和指令進(jìn)行。有些信號的處理需要傳到以色列完成。”于昌江介紹，園區(qū)的灌溉系統(tǒng)，使用的是以色列專利技術(shù)對園區(qū)果蔬區(qū)域進(jìn)行滴灌，信息化工程可針對每個(gè)果蔬地塊的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉施肥，減少了化肥、農(nóng)藥對環(huán)境的污染。

但有時(shí)越洋網(wǎng)絡(luò)的不通暢也會使得系統(tǒng)難以訪問，造成與大腦“失聯(lián)”。“我們也正在尋求與國內(nèi)公司的合作，希望實(shí)現(xiàn)在本地就能夠分析處理。”于昌江說。

在我國，大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用才剛起步，各項(xiàng)研究還未深入。“農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)在國內(nèi)的文獻(xiàn)檢索數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于農(nóng)業(yè)其他研究領(lǐng)域。”成都大學(xué)王雄等通過中國知網(wǎng)中的文獻(xiàn)進(jìn)行檢索后分析得出農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)文獻(xiàn)占比，數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)業(yè)信息化、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)3方面的文獻(xiàn)之和約為一萬篇左右，其中農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)數(shù)量僅為407篇，而農(nóng)業(yè)機(jī)械、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)管理的文獻(xiàn)之和是前者數(shù)量的7倍。

“大數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)科學(xué)，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、市場數(shù)據(jù)。”王雄認(rèn)為，但還未得到充分合理的運(yùn)用。以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際行業(yè)應(yīng)用、研究最優(yōu)方法解決實(shí)際問題，將會充分驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展，避免基層使用者在應(yīng)用農(nóng)業(yè)智能化系統(tǒng)上舍近求遠(yuǎn)。

“四維”問天，高精度必不可少

除了對農(nóng)作物成長的滴灌控制、營養(yǎng)科學(xué)配比等依靠“腦力”的農(nóng)業(yè)AI，自動(dòng)駕駛的農(nóng)機(jī)農(nóng)具與工業(yè)機(jī)器人更有幾分形似。

“它們工作在更廣闊的土地上，因此比工業(yè)機(jī)器人多了對于時(shí)間、空間的數(shù)據(jù)處理要求。”曾從事過衛(wèi)星裝調(diào)研發(fā)工作的北京榮航集星科技公司總經(jīng)理何徐華說，利用GPS等導(dǎo)航系統(tǒng)提供的定位信息精度要求高，尤其在野外，環(huán)境對設(shè)備不太友好，對硬件的要求很高。

地上一毫分，信息差公里。與城市GPS可以依據(jù)建筑物不斷糾錯(cuò)不同，在動(dòng)輒上百畝的農(nóng)場上，定位系統(tǒng)很難不斷糾錯(cuò)，提供正確的位置信息。何徐華舉例道，在實(shí)際應(yīng)用中，GPS觀測墩應(yīng)該是垂直地面，但如果天氣太熱，朝陽面和背陰面就會有溫度差，從而造成設(shè)備微小的彎度，這樣的彎度也會給接收信號的設(shè)備造成無法計(jì)算的傾角，進(jìn)而影響導(dǎo)航的準(zhǔn)確性。

“如果這樣導(dǎo)航，拖拉機(jī)從地頭開到地尾，可能會偏差半里地。”何徐華介紹，2010年開始，榮航集星參與北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心主導(dǎo)的農(nóng)機(jī)北斗自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)產(chǎn)品及應(yīng)用項(xiàng)目，也將把均溫型不銹鋼觀測墩等自主技術(shù)應(yīng)用進(jìn)去。

“很多現(xiàn)有的技術(shù)還不夠完善，比如自動(dòng)施肥，現(xiàn)在的機(jī)器走到作物附近挖個(gè)坑，化肥放進(jìn)去，但很難做到精準(zhǔn)。”何徐華介紹，逐漸地，人們希望機(jī)器能在地上挨著作物的根系打個(gè)更深的洞，直接把化肥“喂到嘴里”。

從粗糙到精準(zhǔn)，定位上需要更加精準(zhǔn)的服務(wù)。遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣總站楊方等在相關(guān)論文中表示：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)束了我國農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航單一依賴國外GPS系統(tǒng)的局面，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)產(chǎn)品國產(chǎn)化發(fā)揮了先導(dǎo)作用。目前北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)已經(jīng)在新疆、黑龍江、河南、甘肅、江蘇為代表的兵團(tuán)和農(nóng)場都大面積應(yīng)用于精量耕種。

通過信息匯集、算法分析之后的決策，如何才能得到準(zhǔn)確的執(zhí)行?何徐華認(rèn)為，低成本、高水平的傳感器是關(guān)鍵，它會讓農(nóng)業(yè)機(jī)器人懂得使“巧勁”，達(dá)到會“侍弄”莊稼的水平。“機(jī)器的具體耕作實(shí)際上是電信號驅(qū)動(dòng)，而電信號與機(jī)械力的轉(zhuǎn)換工作是由自動(dòng)化農(nóng)機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及設(shè)備傳感器的合理設(shè)計(jì)決定的。”

5G賦能，或帶來全新農(nóng)耕模式

“利用導(dǎo)航系統(tǒng)定時(shí)、定位的技術(shù)路線，可能會隨著5G的到來而發(fā)生變化。”何徐華說，現(xiàn)在的農(nóng)機(jī)車輛要時(shí)刻與衛(wèi)星對話，向“總部”匯報(bào)位置，如果在5G網(wǎng)絡(luò)下，時(shí)延超短，農(nóng)機(jī)車輛之間，車輛與環(huán)境之間的信息交換，可以直接通過5G蜂窩點(diǎn)到點(diǎn)通信。實(shí)際使用效果是，將程序編入，農(nóng)機(jī)將按照既定路線完成耕作計(jì)劃，幾乎不需要人的參與。

圖像導(dǎo)航也將成為可能，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)正在研制為玉米施肥的智能化機(jī)器，不僅可以根據(jù)圖像自動(dòng)導(dǎo)航，還能在玉米出苗后，根據(jù)玉米的長勢，施肥耕作。

未來，“光桿司令”式的農(nóng)場管理者很可能成為常態(tài)。“澆灌、土地分析都可以實(shí)現(xiàn)智能化，幾個(gè)人經(jīng)營1個(gè)大農(nóng)場，而智能設(shè)備的維修者也將成立專門的企業(yè)，進(jìn)行維護(hù)。”何徐華展望，農(nóng)業(yè)耕作將更像工廠，實(shí)現(xiàn)集約化、精細(xì)化、高效化、綠色化甚至可追溯。

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依靠人的經(jīng)驗(yàn)，智慧農(nóng)業(yè)可隨時(shí)根據(jù)當(dāng)時(shí)的環(huán)境因素、溫度因素等分析出最佳方案，將需要的數(shù)據(jù)輸入相應(yīng)的分析模塊進(jìn)行處理，這是對數(shù)據(jù)的應(yīng)用。而事實(shí)上，智慧農(nóng)業(yè)本身也會產(chǎn)生數(shù)據(jù)。

對于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)來說，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)將多個(gè)渠道和來源的信息以及多種屬性的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析、管理，建立數(shù)據(jù)庫和各類功能模塊，便于了解農(nóng)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營狀況，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的交互。對各區(qū)域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)信息、產(chǎn)品目錄、服務(wù)體系等進(jìn)行綜合分析，構(gòu)建農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)信息地圖，有規(guī)律地建設(shè)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售、經(jīng)營網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源體系化管理。

“如果把所有的莊稼都建立檔案，收集后建立更大的數(shù)據(jù)庫，也將開啟很多新的、切合實(shí)際的研究方向。”何徐華說，這對于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)化地發(fā)展將有更深遠(yuǎn)的推動(dòng)作用。

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