劉 君，王學(xué)偉

(濰坊科技學(xué)院 山東省高校設(shè)施園藝實(shí)驗(yàn)室，山東 濰坊 262700)

在人工智能時(shí)代，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、5G等各種新興技術(shù)層出不窮，人工智能技術(shù)可貫穿于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程，能夠提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)智能化的動態(tài)管理，減輕農(nóng)業(yè)勞動強(qiáng)度，人工智能助推智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展是大勢所趨。山東作為農(nóng)業(yè)大省，有必要利用人工智能助推智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)強(qiáng)省。

人工智能助推智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展在西方發(fā)達(dá)國家很受重視。從文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)情況來看，國外該領(lǐng)域的理論研究尚沒有引起系統(tǒng)化的關(guān)注，但在實(shí)踐中已經(jīng)建立非常完善的模式，歐美多個國家探索了智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的有效路徑[1]。迄今為止，側(cè)重于應(yīng)用方面的探究已在農(nóng)業(yè)生長環(huán)境檢測、農(nóng)業(yè)質(zhì)量安全監(jiān)管以及農(nóng)業(yè)相關(guān)資源的使用等領(lǐng)域獲得了非常可觀的探究經(jīng)驗(yàn)。Amina等人從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的環(huán)境污染問題出發(fā)，探究了納米結(jié)構(gòu)生物傳感器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[2]。Ciruela等人分析了物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、人工智能、大數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈等主要數(shù)字技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[3]。

國內(nèi)人工智能助推智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展起步較晚，通過文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，相關(guān)研究從2009年開始出現(xiàn)。作為一個較為新興的概念，隨著國家關(guān)于“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃、“人工智能戰(zhàn)略”、“農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展五大行動”的有效實(shí)施，對于人工智能助推智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的研究于2017年開始大量涌現(xiàn)，包括概念內(nèi)涵研究、技術(shù)應(yīng)用研究、實(shí)踐案例研究等。研究人員以全國和各省的農(nóng)業(yè)廳(局)、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心(站)的農(nóng)業(yè)工作人員為主，解釋了智慧農(nóng)業(yè)的概念內(nèi)涵[4-6]，分析了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展以及在智慧農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈中的應(yīng)用[7-8]，總結(jié)了近年來科技進(jìn)展引領(lǐng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展取得的成效、存在的問題和不足，對今后科技引領(lǐng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提出了思路和對策[9-12]。

1 人工智能時(shí)代山東智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的總體概況

山東是農(nóng)業(yè)大省，近年來人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用，取得了良好的成果。為了大力推動智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，山東省先后出臺了《山東省農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃(2016-2020年)》《關(guān)于加快全省智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的意見》《山東省打好農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)作戰(zhàn)方案(2018-2020年)》《關(guān)于做好2022年全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)工作的實(shí)施意見》《山東省“十四五”鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等政策文件，號召各地采用先進(jìn)的新一代信息技術(shù)和智能化農(nóng)機(jī)裝備實(shí)施智慧農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的少人化和無人化。目前山東智慧農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施逐步健全，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)日趨完善，農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)械化智能化成效顯著，智慧農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會價(jià)值日益凸顯。

2 人工智能時(shí)代山東智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀分析

2.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化水平

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域是先進(jìn)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中應(yīng)用最多的領(lǐng)域。為了改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，利用物聯(lián)網(wǎng)采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，山東省農(nóng)機(jī)局高度重視智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的研發(fā)及應(yīng)用，積極推動各地廣泛應(yīng)用智能化農(nóng)機(jī)裝備，在農(nóng)業(yè)育種、種植、生長、噴藥、灌溉等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了智能化。濟(jì)南、濰坊、威海、濟(jì)寧、德州等多個地市積極探索，先行示范，實(shí)施了大批智慧農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，將先進(jìn)的人工智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域融合，達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控、可視化分析、智能預(yù)警和科學(xué)施策等。

2.2 農(nóng)民的技術(shù)采納現(xiàn)狀

在智慧農(nóng)業(yè)中，鼓勵農(nóng)民在農(nóng)業(yè)實(shí)踐中采用數(shù)字技術(shù)和移動設(shè)備已成為全世界的政策重點(diǎn)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，山東各縣市區(qū)農(nóng)民已經(jīng)開始利用數(shù)字技術(shù)創(chuàng)建智慧農(nóng)業(yè)解決方案，農(nóng)民目前使用最多的包括自動環(huán)境控制系統(tǒng)、噴灑技術(shù)、航空攝影無人機(jī)、農(nóng)場管理應(yīng)用程序和大數(shù)據(jù)分析服務(wù)，這些技術(shù)已經(jīng)成為山東智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)受訪者最熟悉的技術(shù)，被認(rèn)為是最重要的智能技術(shù)。另外，物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)、機(jī)器人、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能都有望更多的應(yīng)用于新型農(nóng)業(yè)實(shí)踐。

2.3 農(nóng)業(yè)信息資源服務(wù)程度

政府層面高度重視農(nóng)業(yè)云平臺的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域各種信息的高度集成。加強(qiáng)農(nóng)業(yè)信息資源服務(wù)程度，促進(jìn)先進(jìn)的信息技術(shù)和信息服務(wù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的無縫銜接，有利于切實(shí)創(chuàng)新農(nóng)村生產(chǎn)管理模式，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營效率。山東省各地市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局高度重視智慧農(nóng)村云平臺項(xiàng)目的建設(shè)，從滿足農(nóng)民的信息需求著手，不斷做好農(nóng)業(yè)信息資源服務(wù)工作。將農(nóng)業(yè)信息資源服務(wù)延伸到鄉(xiāng)村和農(nóng)戶，打通農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息最后一公里。在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、各站點(diǎn)都設(shè)立了農(nóng)村信息員的崗位，讓農(nóng)民可以通過農(nóng)村信息員來及時(shí)了解到相關(guān)農(nóng)業(yè)信息，農(nóng)民在體驗(yàn)各種信息服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)時(shí)可以就地進(jìn)行，真正讓農(nóng)民體驗(yàn)到人工智能時(shí)代的快捷高效。

3 人工智能時(shí)代山東智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)

3.1 大田農(nóng)業(yè)智能化

大田農(nóng)業(yè)在山東省各地市廣泛存在。在農(nóng)作物肥料和農(nóng)藥的施用方面，山東省通過人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，對農(nóng)作物的生長狀況、土壤溫濕度、病蟲害發(fā)生情況等進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物遠(yuǎn)程診斷管理，以做到精準(zhǔn)施藥和施肥，同時(shí)還能進(jìn)行農(nóng)作物種植面積的遙感監(jiān)測和產(chǎn)量估測。

在農(nóng)業(yè)用水灌溉應(yīng)用方面，山東省各地市區(qū)利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)將灌溉技術(shù)與灌溉裝備有機(jī)融合，根據(jù)農(nóng)作物的種類、土壤溫濕度、氣候條件等有針對性地進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉。山東省逐步實(shí)現(xiàn)了土壤墑情信息采集、監(jiān)測與預(yù)測的信息化，不斷研發(fā)應(yīng)用節(jié)水灌溉的一體化系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)用水過程可視化、水量實(shí)時(shí)動態(tài)設(shè)置、農(nóng)田水分智能監(jiān)測等多種功能。

3.2 溫室農(nóng)業(yè)智能化

現(xiàn)階段，隨著溫室大棚技術(shù)的不斷創(chuàng)新，在山東省部分縣市區(qū)已經(jīng)使用溫室大棚實(shí)現(xiàn)蔬菜、瓜果、花卉等各種農(nóng)作物的反季節(jié)種植，有效解決了季節(jié)性農(nóng)作物市場供需不平衡的問題。與此同時(shí)，在當(dāng)今的人工智能時(shí)代，山東省各地區(qū)溫室農(nóng)業(yè)的智能化程度也不斷提高，溫室大棚不再是傳統(tǒng)的覆蓋薄膜，而是安裝了智能化的通風(fēng)、卷簾、加濕等設(shè)備，有一些溫室大棚還購置了先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、分析、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

山東省最有代表性的溫室農(nóng)業(yè)智能化的地區(qū)當(dāng)屬壽光市，壽光市近年來建成了上百座智能化溫室大棚。利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)以及智能化農(nóng)機(jī)裝備，對于溫室光照、土壤、溫濕度等環(huán)境進(jìn)行科學(xué)控制，一旦發(fā)生異常，立即給予預(yù)警或報(bào)警，保證溫室作物生長全過程無公害、科學(xué)化，推動了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。筆者在壽光市洛城鎮(zhèn)高效農(nóng)業(yè)日光溫室基地進(jìn)行實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該基地占地9.14 hm2，已經(jīng)真正實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)。

3.3 植保作業(yè)智能化

植保作業(yè)智能化是依托現(xiàn)代信息技術(shù)通過對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知和數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)植保作業(yè)的可視化診斷和精準(zhǔn)化管理，是植保作業(yè)的最高形態(tài)。目前山東省農(nóng)業(yè)植保部門的作物病害預(yù)警模型已經(jīng)能夠整合“面”上的遙感信息、“點(diǎn)”上的氣象信息、大田調(diào)查數(shù)據(jù)以及病害早期癥狀監(jiān)測信息，實(shí)現(xiàn)了植保作業(yè)智能化，從而精準(zhǔn)指導(dǎo)病害防治。在農(nóng)業(yè)病害識別中，安裝部署無人機(jī)，獲取自然環(huán)境中監(jiān)控區(qū)域的彩色圖像，然后在計(jì)算機(jī)上使用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別圖像中的病害。在實(shí)際應(yīng)用中，無人機(jī)植保作業(yè)對不同地形、地塊大小和作物高度具備極強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻噴施，提高噴藥效率。利用無人機(jī)進(jìn)行植保作業(yè)能夠有效應(yīng)對因作物生長后期植株高大、分枝眾多等因素導(dǎo)致的傳統(tǒng)植保機(jī)械工作困難的問題。另外，隨著計(jì)算機(jī)視覺以及深度學(xué)習(xí)算法的不斷發(fā)展，圖像識別的準(zhǔn)確率不斷提高，農(nóng)民已經(jīng)逐漸開始用智能手機(jī)來檢測農(nóng)作物病害。綜上，當(dāng)前植保作業(yè)智能化為作物病蟲害監(jiān)測提供了新型更為智能的方式，與傳統(tǒng)方式相比，大幅提升了監(jiān)測準(zhǔn)確率和覆蓋范圍，并且減少了人力物力開銷。

4 總結(jié)

盡管山東在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域砥礪奮進(jìn)，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)正在向智慧農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，已經(jīng)取得了顯著成績，但依然面臨新一代信息技術(shù)革新的嚴(yán)酷競爭。因此，要真正實(shí)現(xiàn)山東智慧農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，依然需要攻克一系列技術(shù)瓶頸，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)用灌溉裝置、農(nóng)業(yè)采摘設(shè)備、農(nóng)業(yè)收割機(jī)裝備等基礎(chǔ)設(shè)施與新一代信息技術(shù)的深入融合。未來可能存在的技術(shù)問題包括數(shù)據(jù)資源共享整合水平的提升、農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈信息服務(wù)綜合平臺的建設(shè)、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜自然環(huán)境下人工智能算法的魯棒性的提高等。這些問題必須得到有效解決，才能提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模化、科技化水平，促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)快速發(fā)展。