一座蔬菜大棚中的智能調(diào)節(jié)設(shè)備
“人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)是我們發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)核心的基礎(chǔ)技術(shù)。”日前，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所（以下簡(jiǎn)稱信息所）所長(zhǎng)孫坦研究員走上農(nóng)科講壇，為與會(huì)者作了題為“大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧農(nóng)業(yè)”的報(bào)告。
人工智能與大數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景
孫坦指出，智慧農(nóng)業(yè)不是憑空出現(xiàn)的，但是智慧農(nóng)業(yè)具備產(chǎn)業(yè)化的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)、顛覆式轉(zhuǎn)變是在人工智能技術(shù)出現(xiàn)之后。分析發(fā)現(xiàn)，智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域以大數(shù)據(jù)和人工智能為基礎(chǔ)和主要驅(qū)動(dòng)力。
農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的人對(duì)傳統(tǒng)病蟲(chóng)害防治場(chǎng)景都非常熟悉。但是在智慧農(nóng)業(yè)的環(huán)境下，病蟲(chóng)害防治將呈現(xiàn)另外一種景象：悉尼大學(xué)研發(fā)的針對(duì)蘋果進(jìn)行精準(zhǔn)打藥的智能機(jī)器人，首先通過(guò)圖像識(shí)別病蟲(chóng)害的位置，之后根據(jù)識(shí)別結(jié)果，對(duì)病蟲(chóng)害進(jìn)行精準(zhǔn)打藥。
再來(lái)看智慧農(nóng)業(yè)的果品采摘場(chǎng)景：日本松下公司研發(fā)的西紅柿采摘機(jī)器人，通過(guò)圖像識(shí)別算法獲取西紅柿的位置、顏色和形狀等信息，并精準(zhǔn)采摘成熟的西紅柿。
“智慧農(nóng)業(yè)實(shí)際上也被稱為農(nóng)業(yè)3.0，核心特點(diǎn)是數(shù)據(jù)加智能，廣泛地通過(guò)智能感知系統(tǒng)獲取相關(guān)的信息和數(shù)據(jù)，然后通過(guò)對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)分析、整理和挖掘驅(qū)動(dòng)群決策。它的智能化程度非常高，使用智能機(jī)械?！?a >孫坦說(shuō)。
如果分析國(guó)內(nèi)外目前關(guān)于智慧農(nóng)業(yè)的研究動(dòng)態(tài)將會(huì)發(fā)現(xiàn)，2015—2017年SCI關(guān)于智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)文和被引情況中，其發(fā)文量在倍增，被引量增長(zhǎng)也非常明顯。
“說(shuō)明智慧農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，但研究水平相對(duì)較低?！?a >孫坦指出。繼續(xù)分析發(fā)現(xiàn)，智慧農(nóng)業(yè)非常強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的重要性和精準(zhǔn)性，主要應(yīng)用是農(nóng)業(yè)的可視化遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)變預(yù)警等智能管理。
如果對(duì)比智慧農(nóng)業(yè)和人工智能的關(guān)鍵詞，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的重復(fù)率非常低。“這也說(shuō)明人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域的應(yīng)用還不是特別充分，仍然是以3S技術(shù)、傳感器、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制為主要研究對(duì)象。”孫坦說(shuō)。
大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域另一個(gè)重要應(yīng)用是計(jì)算育種：首先遴選種質(zhì)資源和基因資源，然后收集它們的表型數(shù)據(jù)，把表型數(shù)據(jù)和基因數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，接著進(jìn)行組裝映射。在映射過(guò)程中，標(biāo)記和確認(rèn)感興趣的用于育種的材料，也就是它的基因片段，然后進(jìn)入到分子育種階段。
“這種模式在未來(lái)會(huì)成為計(jì)算育種或者育種專家一個(gè)重要的助手、工具，甚至是替代性的工具?！?a >孫坦指出。
面向區(qū)域的整體技術(shù)解決方案
在簡(jiǎn)單考察了國(guó)際上關(guān)于智慧農(nóng)業(yè)的情況之后，信息所根據(jù)研究布局和特長(zhǎng)，選擇了大數(shù)據(jù)的融合治理與并行計(jì)算、機(jī)器視覺(jué)與表型、農(nóng)業(yè)模型和全局?jǐn)?shù)據(jù)管理、信息控制，以及計(jì)算育種為重點(diǎn)發(fā)展方向。
孫坦介紹，在大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧農(nóng)業(yè)的基本范式上，信息所推出了1+1+N的模式：一個(gè)智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心，支撐一個(gè)智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)決策指揮平臺(tái)，帶動(dòng)N個(gè)面向區(qū)域特色的智慧農(nóng)業(yè)的具體應(yīng)用。從主體決策上來(lái)講，包括生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者、消費(fèi)者和管理者；從要素上來(lái)講，涵蓋農(nóng)業(yè)投入品、產(chǎn)出品和廢棄物。
具體而言，首先，需要做數(shù)字農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，完成數(shù)字農(nóng)業(yè)的本底資源的數(shù)字化才能為智慧農(nóng)業(yè)提供基礎(chǔ)支撐。然后主要是智慧農(nóng)場(chǎng)、智慧牧場(chǎng)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)等應(yīng)用；在政府監(jiān)管方面，包括土地管理、農(nóng)資監(jiān)管、補(bǔ)貼、扶貧、信貸、保險(xiǎn)、環(huán)保監(jiān)管、食品安全等，都要融入到整個(gè)數(shù)字農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)之中。最后，產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)進(jìn)入到大數(shù)據(jù)中心，融匯整理和挖掘之后，再反過(guò)來(lái)去支撐生產(chǎn)、管理以及消費(fèi)系統(tǒng)?！斑@是我們面向區(qū)域的一個(gè)整體技術(shù)解決方案?！?a >孫坦說(shuō)。
在模型建設(shè)和機(jī)器視覺(jué)與表型深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，建立全局的大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。例如智慧農(nóng)業(yè)果園管理平臺(tái)，把政府的監(jiān)管、電子商務(wù)、質(zhì)量溯源、監(jiān)測(cè)控制應(yīng)用和整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都集成到一個(gè)平臺(tái)上。
孫坦認(rèn)為，智慧農(nóng)業(yè)的模型必須為農(nóng)業(yè)節(jié)本提質(zhì)增效發(fā)揮作用。只有有了模型，才能讓自動(dòng)化農(nóng)業(yè)裝上中國(guó)芯，才會(huì)讓它有腦，實(shí)現(xiàn)智能。
“我們之所以很看重機(jī)器視覺(jué)與表型，是因?yàn)樗且环N低投入，并且是可以有效替代人工勞動(dòng)力的技術(shù)解決方案；之所以很看重全局?jǐn)?shù)據(jù)控制和信息管理，是因?yàn)槲覀冋驹趨^(qū)域以及農(nóng)業(yè)和其他產(chǎn)業(yè)的相互關(guān)聯(lián)的視角上，去解決整個(gè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)分析、控制、挖掘以至于決策支持，并進(jìn)行傳遞?！?a >孫坦說(shuō)。
不過(guò)，孫坦也指出了目前智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)缺乏智慧；農(nóng)業(yè)傳感器投入高，質(zhì)量不穩(wěn)定；勞動(dòng)力替代問(wèn)題尚無(wú)定論；流程控制和全局管理問(wèn)題。
他認(rèn)為解決方案包括：要堅(jiān)持大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，堅(jiān)持多源數(shù)據(jù)的融匯；加強(qiáng)流程信息管理；走軟件替代硬件的道路，降低成本；做動(dòng)態(tài)的智慧決策。
因此，智能模型技術(shù)是跨越農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)不可或缺的核心和基礎(chǔ)；機(jī)器視覺(jué)與表型技術(shù)是很重要的手段和渠道；全產(chǎn)業(yè)鏈的信息管理和控制，是發(fā)揮大數(shù)據(jù)全局治理優(yōu)勢(shì)，支持各個(gè)環(huán)節(jié)、局部和整體不同范圍決策的一個(gè)重要基礎(chǔ)。
