智慧農(nóng)業(yè)包含哪些特征和作用呢？
智慧農(nóng)業(yè)最核心特征就是擁有一個(gè)以智能數(shù)據(jù)為中心的服務(wù)平臺(tái)。通過云計(jì)算、傳感網(wǎng)等多種技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的綜合應(yīng)用，可使信息收集更完備、信息感知更透徹、數(shù)據(jù)資源更集中，從而使農(nóng)業(yè)信息更廣泛地互通和達(dá)到更智能化的控制，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更具有智慧性。比如，在前端可以為農(nóng)產(chǎn)品種植、管理和采摘等提供數(shù)據(jù)采集、可視化管理和智能決策，在終端可以為農(nóng)產(chǎn)品提供食品溯源、農(nóng)業(yè)信息展示，也可以衍生出農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游服務(wù)等內(nèi)容。
智慧農(nóng)業(yè)可以讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境具有智能感知、智能決策、在線專家指導(dǎo)等作用，可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益、解決農(nóng)產(chǎn)品供需矛盾，消除農(nóng)村地區(qū)貧困等重要價(jià)值。
進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期。隨著農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力向二三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，人口老齡化加速，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性短缺。以自動(dòng)化機(jī)械、智能機(jī)器人為代表的新技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，標(biāo)志著智慧農(nóng)業(yè)進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用期。
近些年，我國(guó)各項(xiàng)農(nóng)業(yè)政策中先后多次提及重視智慧農(nóng)業(yè)的建設(shè)和發(fā)展，未來5年，計(jì)劃將我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化總體水平提升至50%。與此同時(shí)，隨著人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟，5G網(wǎng)絡(luò)部署的逐漸完善，超大規(guī)模無線傳感器監(jiān)測(cè)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)產(chǎn)品供銷正變得越來越信息化、智能化、數(shù)字化。
而我們多次提到的這些新技術(shù)，又是如何在智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中發(fā)揮作用的呢？
5G、IoT、云計(jì)算、AI，支撐智慧農(nóng)業(yè)的技術(shù)底座
2019年6月，工信部向國(guó)內(nèi)三家電信運(yùn)營(yíng)商和中國(guó)廣電發(fā)放了5G牌照，標(biāo)志著我國(guó)正式進(jìn)入5G時(shí)代。5G技術(shù)，對(duì)于農(nóng)業(yè)的信息化來說是全局式的創(chuàng)新推動(dòng)。
5G技術(shù)，首先將直接推動(dòng)農(nóng)業(yè)傳感器的聯(lián)接種類和數(shù)據(jù)的技術(shù)升級(jí)，種植、畜牧、果蔬、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將成熟落地。
其次，實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接保證農(nóng)業(yè)機(jī)械、無人機(jī)等植保作業(yè)的精準(zhǔn)控制和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、分析。
再次，5G網(wǎng)絡(luò)保證智能化技術(shù)在種植、養(yǎng)殖過程中的廣泛應(yīng)用。
最后，5G和AI的共同作用可以使得農(nóng)產(chǎn)品銷售變得更加智能和便捷。
云計(jì)算作為一種提供海量云端計(jì)算資源、超大存儲(chǔ)空間和超強(qiáng)計(jì)算能力的新型計(jì)算模式，將為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)計(jì)算中發(fā)揮巨大價(jià)值。同時(shí)隨著物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的爆炸，邊緣計(jì)算作為云計(jì)算的補(bǔ)充，也將在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)、更靠近數(shù)據(jù)源的設(shè)備側(cè)提供實(shí)時(shí)、短周期的本地決策。比如，在種植地，智能傳感器無需請(qǐng)求中央服務(wù)器來決定給附近的植物澆水或添加肥料的時(shí)間和用量，它們可以自己執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，必要時(shí)再與主要的云平臺(tái)同步。
相較于云計(jì)算，邊緣計(jì)算距離用戶更近、在邊緣節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)處理和分析的效率更高。由于數(shù)據(jù)在邊端分散分布，可以更有效保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性。另外，由于邊緣計(jì)算完成了部分的數(shù)據(jù)處理，可以減少設(shè)備響應(yīng)時(shí)間和設(shè)備到云端的數(shù)據(jù)流量，與云計(jì)算形成協(xié)同服務(wù)。
由于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)建設(shè)，各國(guó)越來越重視人工智能技術(shù)在挖掘農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)上的規(guī)律和模型的價(jià)值。
比如，針對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)過程，智能化設(shè)備可以完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警、水肥一體自動(dòng)灌溉、病蟲害防治和災(zāi)情評(píng)估等，從而為提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、抵御災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，為發(fā)展高效的智慧農(nóng)業(yè)提供了技術(shù)支撐。
再比如，在蔬菜大棚種植場(chǎng)景，人工智能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)棚內(nèi)溫濕度、光照和二氧化碳濃度等環(huán)境情況來控制補(bǔ)光時(shí)間，并檢查農(nóng)作物是否有病蟲害，提醒工作人員進(jìn)行補(bǔ)光、補(bǔ)水等操作。在智能灌溉場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)模型驅(qū)動(dòng)型、時(shí)間計(jì)劃型和環(huán)境驅(qū)動(dòng)型等多種灌溉模式。
在近兩年非常火熱的AI養(yǎng)豬案例中，養(yǎng)豬場(chǎng)可以通過人工智能對(duì)生豬的生長(zhǎng)情況和疾病預(yù)防、種豬繁殖等進(jìn)行不間斷的監(jiān)測(cè)和預(yù)防。比如引入豬臉識(shí)別，及時(shí)發(fā)現(xiàn)母豬的發(fā)情和生病情況，實(shí)時(shí)監(jiān)控，智能發(fā)現(xiàn)擠壓豬仔等情況，從而有效提高生豬存活率，出欄率。人工智能的引入，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)養(yǎng)豬過程的少人化和經(jīng)營(yíng)過程的智能化、科學(xué)化管理。
以上我們看到，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)保證了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、高效傳輸，物聯(lián)網(wǎng)保證了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的完整收集，云計(jì)算、邊緣計(jì)算提供了大數(shù)據(jù)分析處理的海量算力，而人工智能則提供了數(shù)據(jù)模型的智能分析、管理和決策，這些技術(shù)共同構(gòu)成智慧農(nóng)業(yè)的技術(shù)底座。
現(xiàn)在，我們能在哪些具體的領(lǐng)域或者案例中，看到智慧農(nóng)業(yè)的真實(shí)面貌呢？
精準(zhǔn)種植、智能養(yǎng)殖、自動(dòng)農(nóng)機(jī)，親眼可見的智慧農(nóng)業(yè)場(chǎng)景
對(duì)于數(shù)字智能化技術(shù)的介紹，只是讓我們看到智慧農(nóng)業(yè)的輪廓，只有深入到智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)中，才能真正感受到智慧農(nóng)業(yè)的豐富細(xì)節(jié)。
我們首先介紹智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用最大的兩個(gè)場(chǎng)景：大田精準(zhǔn)種植和大棚精準(zhǔn)種植。
在大田精準(zhǔn)種植當(dāng)中，主要存在作業(yè)面積大、土地分布廣、設(shè)備布線和供電困難等問題，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)，就可以根據(jù)不同地域的土壤類型、灌溉方式、農(nóng)作物種類等進(jìn)行不同設(shè)備配合，通過各種傳感器和智能氣象站，實(shí)現(xiàn)在線獲取土壤墑情、養(yǎng)分、氣象等信息，并實(shí)現(xiàn)墑情自動(dòng)預(yù)報(bào)、灌溉智能決策及遠(yuǎn)程控制灌溉設(shè)備，最終達(dá)到精耕細(xì)作的目的。
比如，土壤墑情監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)獲取土壤墑情數(shù)據(jù)，通過將獲取的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)墑情信息和標(biāo)準(zhǔn)墑情信息數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)農(nóng)作物的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)預(yù)警墑情的目的。
（《5G賦能行業(yè)應(yīng)用于創(chuàng)新》，圖6-5：墑情（旱情）監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)）
而大田的水肥智能決策系統(tǒng)，則解決了傳統(tǒng)種植過程中灌水施肥量盲目性嚴(yán)重，造成水肥灌溉量不精準(zhǔn)、資源大量浪費(fèi)、作業(yè)強(qiáng)度大和過量施肥帶來土壤嚴(yán)重污染的痛點(diǎn)，這一決策模型從而可以提供輸入大田農(nóng)作物的最優(yōu)水肥比例，配合精準(zhǔn)的水肥一體化技術(shù)進(jìn)行水肥灌溉，從而更有效地利用水和肥料，節(jié)約成本的同時(shí)獲得更好的施肥效果。
而對(duì)于大棚精準(zhǔn)種植，更重要的是對(duì)于種植物生長(zhǎng)環(huán)境、生長(zhǎng)環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)把控和管理。
精準(zhǔn)大棚種植主要體現(xiàn)在精準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集、云端智能水肥控制、智能農(nóng)事管理、智能控制、數(shù)字農(nóng)場(chǎng)平臺(tái)等幾個(gè)方向，可以作用在大棚種植的育苗、栽種、生長(zhǎng)管理、收割、休耕等全流程環(huán)節(jié)當(dāng)中，通過精準(zhǔn)采集系統(tǒng)、云端智能水肥控制系統(tǒng)、智能農(nóng)事管理系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)和終端等，可對(duì)大棚種植各環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，為其科學(xué)化決策提供依據(jù)。
智慧農(nóng)業(yè)的另外一大應(yīng)用場(chǎng)景就是畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖。最典型的智慧畜牧養(yǎng)殖系統(tǒng)就是奶牛、生豬和雞場(chǎng)養(yǎng)殖。
這里我們?nèi)匀灰陨i為例。一套生豬精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)生豬的數(shù)量盤點(diǎn)、體重估測(cè)、運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤、轉(zhuǎn)圈出欄監(jiān)控及異常情況預(yù)警等，因此需要應(yīng)用到以下智能監(jiān)測(cè)技術(shù)，包括視頻監(jiān)控的智能身份識(shí)別，監(jiān)測(cè)每頭豬的身份、運(yùn)動(dòng)軌跡、發(fā)情期和健康狀況，整體環(huán)境檢測(cè)還要包括豬舍異常監(jiān)測(cè)、存欄出欄數(shù)量盤點(diǎn)、飼養(yǎng)人員行為監(jiān)控等。而生豬精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)通過上述功能，可對(duì)生豬進(jìn)行科學(xué)化的飼養(yǎng)和全面嚴(yán)格的管理，確保生豬的品質(zhì)。
國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)牧產(chǎn)品企業(yè)新希望六合，與中國(guó)移動(dòng)共同開發(fā)的5G智慧養(yǎng)豬平臺(tái)，就通過在養(yǎng)殖場(chǎng)的邊端部署，建立了智能影像識(shí)別的系統(tǒng)，通過專門優(yōu)化的AI算法，可以快速高效準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)生豬各項(xiàng)生理特征的識(shí)別。另外，以機(jī)器視覺分析技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合5G高帶寬能力將圖像數(shù)據(jù)上傳至MEC（移動(dòng)邊緣計(jì)算）側(cè)，并通過部署在MEC的AI平臺(tái)實(shí)現(xiàn)生豬盤點(diǎn)、測(cè)重、測(cè)膘、體溫等功能。
第三大類，也是我國(guó)在智慧農(nóng)業(yè)上重點(diǎn)發(fā)力的應(yīng)用場(chǎng)景就是智能農(nóng)機(jī)。借助5G、北斗衛(wèi)星定位、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛等技術(shù)，智能農(nóng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)地理位置定位與測(cè)速、基于5G的無線傳輸，以及高清視頻采集、存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)傳輸，還有高精度地圖API（應(yīng)用程序編程接口）、氣象服務(wù)API、作業(yè)規(guī)劃與管理云平臺(tái)API等。
2019年5月，我國(guó)中科院研發(fā)的超級(jí)拖拉機(jī)1號(hào)，已經(jīng)在萬畝基地實(shí)現(xiàn)了無人駕駛的測(cè)試，利用衛(wèi)星導(dǎo)航的智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)，只需要三四個(gè)人員，就可以指揮20臺(tái)智能拖拉機(jī)，完成所有耕地、播種、澆水、打藥等作業(yè)。相當(dāng)于，我國(guó)在智能農(nóng)業(yè)機(jī)械的制造和應(yīng)用上正邁入全球先進(jìn)行列。
總體來說，智慧農(nóng)業(yè)正在幫助各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景朝著集約化、智慧化的方向發(fā)展。集約化將極大降低生產(chǎn)成本，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)收益，智慧化將推動(dòng)整個(gè)生產(chǎn)流程是數(shù)據(jù)感知、智能管理和全產(chǎn)業(yè)鏈智能決策，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)全場(chǎng)景的聯(lián)接互通。
現(xiàn)在，我國(guó)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)快速轉(zhuǎn)型的過程當(dāng)中，但是需要看到智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。
先從現(xiàn)狀來看，許多地區(qū)存在基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、地區(qū)發(fā)展不均衡、農(nóng)村技術(shù)、管理人才短缺等現(xiàn)實(shí)問題；在新技術(shù)應(yīng)用上，還存在著投入建設(shè)成本高、專用設(shè)備特別是專用芯片匱乏、配套設(shè)施不完善等問題，而在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性收集、信息共享和信息利用上面存在效率不高、應(yīng)用質(zhì)量差等問題。
這些問題有賴于國(guó)家、地方政府、科技企業(yè)以及農(nóng)業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的高度重視和投入，比如政府應(yīng)加強(qiáng)智慧農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在網(wǎng)絡(luò)、交通、電力等方面實(shí)現(xiàn)配套。農(nóng)業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)加強(qiáng)智能農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)和相關(guān)成果的落地轉(zhuǎn)化。相關(guān)技術(shù)企業(yè)加強(qiáng)適應(yīng)智慧農(nóng)業(yè)的技術(shù)人才的培養(yǎng)，提高一線農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者運(yùn)用智能設(shè)備的能力。
智慧農(nóng)業(yè)或者我國(guó)整個(gè)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，對(duì)于已經(jīng)遠(yuǎn)離鄉(xiāng)土、身居城市的我們，是一種很少感知和關(guān)注的領(lǐng)域。于我而言，也更多是對(duì)智慧農(nóng)業(yè)的輪廓和運(yùn)行機(jī)制做一些皮毛介紹。
未來，我更希望的是能夠在越來越多的地區(qū)、越來越多的媒體，看到我們的家鄉(xiāng)都能有各種各樣的智慧農(nóng)業(yè)的景象出現(xiàn)。而這些案例，更值得被我們記錄。
