導(dǎo)讀:按照我國政策慣例,通常每一年的中央一號文件,都是有關(guān)三農(nóng)問題。
一個偶然機會,從不看電視新聞的我在央視新聞里看到一則關(guān)于自己家鄉(xiāng)的扶貧報道。
我們那里屬于典型的北方農(nóng)村,在過去的上千年里都是過著靠天吃飯的農(nóng)耕生活,最主要種植的農(nóng)作物是玉米,如果遇到干旱等極端氣候,一年的收成就會損失大半。直到2019年底,當?shù)卮迕癫磐耆撠殹?/p>
根據(jù)央視報道,真正讓全村脫貧的辦法,就是村里建起了規(guī)?;⒅悄芑默F(xiàn)代蔬菜種植基地。
該村的蔬菜大棚占地面積約174畝,在2018年底啟動建設(shè),第一批試建大棚取得良好收益后,優(yōu)先承包給貧困戶種植,第二批共120多個蔬菜大棚陸續(xù)承包給村民種植。此外,村民還可以在一些新開發(fā)的公共崗位上班,獲得額外工資收入。
蔬菜種植基地采取的是和北京順義區(qū)的蔬菜專業(yè)合作社聯(lián)合模式,通過“蔬菜基地+鄉(xiāng)扶農(nóng)公司+貧困戶+北京合作社+北京企業(yè)”的“3+2”訂單模式,蔬菜從育種育秧就有了保障,而銷售直接就對接了市場。
而從報道細節(jié)里,我們能看到這一蔬菜種植基地所使用數(shù)字化、智能化的手段,幫助收購蔬菜的合作社對于蔬菜種植、棚間管理以及產(chǎn)量預(yù)估等都有精準的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,從源頭上就能保證蔬菜的品質(zhì)和可追溯,從而能夠在北京銷售市場獲得較高的溢價。
從田間到餐桌的農(nóng)產(chǎn)品溯源,這些創(chuàng)新正是我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化變革的縮影。不久前達摩院發(fā)布“2021十大科技趨勢”,其中一項就是農(nóng)業(yè)正邁入數(shù)據(jù)智能時代。
5G 、AI、大數(shù)據(jù)、云計算、IoT等數(shù)字技術(shù)讓農(nóng)業(yè)作物監(jiān)測、精細化育種和環(huán)境資源按需分配成為現(xiàn)實,農(nóng)業(yè)不再“靠天”吃飯,我們正在進入智慧農(nóng)業(yè)時代。
按照我國政策慣例,通常每一年的中央一號文件,都是有關(guān)三農(nóng)問題。那么,我們也照此慣例,在新年之始,聊一聊“智慧農(nóng)業(yè)”這一話題。
從精準農(nóng)業(yè)到智慧農(nóng)業(yè),農(nóng)業(yè)的技能譜又“擴列”了
去年初,我們介紹了精準農(nóng)業(yè)。這是源自90年代美國的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng),適合美國中西部地區(qū)大農(nóng)場式的生產(chǎn)方式。
比如,在美國伊利諾伊州的一個農(nóng)場主羅德尼·席林和父親,二人經(jīng)營著約7900畝農(nóng)田?,F(xiàn)在,由于父親年邁退休,田地里的活兒都靠羅德尼自己上陣,即便在農(nóng)忙時節(jié),他也可以完全依靠農(nóng)場的大型農(nóng)業(yè)設(shè)備去完成收割任務(wù)。
關(guān)鍵就在于這些農(nóng)機設(shè)備的自動化和智能化水平特別高,駕駛室的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和自動駕駛系統(tǒng),確保了種植、噴藥、施肥、收割等工作的高效精準。這樣羅德尼坐在駕駛室里只需要偶爾盯著機器正常運轉(zhuǎn)即可,工作方式遠遠超出了我們對于傳統(tǒng)農(nóng)民的想象。
這類以規(guī)?;C械化為特征的精準農(nóng)業(yè)方式,也已經(jīng)在我國少數(shù)糧食主產(chǎn)區(qū)和大型國有農(nóng)場實現(xiàn),但并不適合那些更加多樣化、高附加值的瓜果蔬菜等精細種植類型。因此,精準農(nóng)業(yè)的種類也在逐步豐富,比如走集約化、高產(chǎn)值的溫室種植路線,有走精細化人工管理的生態(tài)種植園等;同樣,精準農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵也在豐富,隨著新型傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用,精準農(nóng)業(yè)正在向智慧農(nóng)業(yè)邁進。
當然,“智慧農(nóng)業(yè)”概念的內(nèi)涵更加豐富,技術(shù)手段也更加豐富,應(yīng)用場景也更多樣。智慧農(nóng)業(yè)不僅局限于農(nóng)業(yè)種植的管理,而且著眼于整個農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)體系、能源利用、可持續(xù)生態(tài)發(fā)展等方面,通過先進信息通信技術(shù),將整個農(nóng)業(yè)系統(tǒng)推進到一個更高級的發(fā)展形態(tài)。
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以智能數(shù)據(jù)為中心的服務(wù)平臺。通過云計算、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)貧困等重要價值。
進入21世紀,我國智慧農(nóng)業(yè)進入高速發(fā)展期。隨著農(nóng)業(yè)勞動力向二三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,人口老齡化加速,農(nóng)業(yè)勞動力出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性短缺。以自動化機械、智能機器人為代表的新技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,標志著智慧農(nóng)業(yè)進入大規(guī)模應(yīng)用期。
近些年,我國各項農(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,計劃將我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化總體水平提升至50%。與此同時,隨著人工智能、云計算、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,工信部向國內(nèi)三家電信運營商和中國廣電發(fā)放了5G牌照,標志著我國正式進入5G時代。5G技術(shù),對于農(nóng)業(yè)的信息化來說是全局式的創(chuàng)新推動。
5G技術(shù),首先將直接推動農(nóng)業(yè)傳感器的聯(lián)接種類和數(shù)據(jù)的技術(shù)升級,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,實時網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接保證農(nóng)業(yè)機械、無人機等植保作業(yè)的精準控制和數(shù)據(jù)實時傳輸、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。
云計算作為一種提供海量云端計算資源、超大存儲空間和超強計算能力的新型計算模式,將為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)計算中發(fā)揮巨大價值。同時隨著物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的爆炸,邊緣計算作為云計算的補充,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)提供實時、短周期的本地決策。比如,在種植地,智能傳感器無需請求中央服務(wù)器來決定給附近的植物澆水或添加肥料的時間和用量,它們可以自己執(zhí)行相關(guān)任務(wù),必要時再與主要的云平臺同步。
相較于云計算,邊緣計算距離用戶更近、在邊緣節(jié)點完成數(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,可以更有效保護網(wǎng)絡(luò),增強數(shù)據(jù)安全性。另外,由于邊緣計算完成了部分的數(shù)據(jù)處理,可以減少設(shè)備響應(yīng)時間和設(shè)備到云端的數(shù)據(jù)流量,與云計算形成協(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)律和模型的價值。
比如,針對農(nóng)作物生長過程,智能化設(shè)備可以完成實時監(jiān)測預(yù)警、水肥一體自動灌溉、病蟲害防治和災(zāi)情評估等,從而為提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、抵御災(zāi)害風(fēng)險,為發(fā)展高效的智慧農(nóng)業(yè)提供了技術(shù)支撐。
再比如,在蔬菜大棚種植場景,人工智能可以實現(xiàn)對棚內(nèi)溫濕度、光照和二氧化碳濃度等環(huán)境情況來控制補光時間,并檢查農(nóng)作物是否有病蟲害,提醒工作人員進行補光、補水等操作。在智能灌溉場景,實現(xiàn)模型驅(qū)動型、時間計劃型和環(huán)境驅(qū)動型等多種灌溉模式。
在近兩年非?;馃岬腁I養(yǎng)豬案例中,養(yǎng)豬場可以通過人工智能對生豬的生長情況和疾病預(yù)防、種豬繁殖等進行不間斷的監(jiān)測和預(yù)防。比如引入豬臉識別,及時發(fā)現(xiàn)母豬的發(fā)情和生病情況,實時監(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,實現(xiàn)了整個養(yǎng)豬過程的少人化和經(jīng)營過程的智能化、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)的實時、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,云計算、邊緣計算提供了大數(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)的真實面貌呢?
精準種植、智能養(yǎng)殖、自動農(nóng)機,親眼可見的智慧農(nóng)業(yè)場景
對于數(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)用場景當中,才能真正感受到智慧農(nóng)業(yè)的豐富細節(jié)。
我們首先介紹智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用最大的兩個場景:大田精準種植和大棚精準種植。
在大田精準種植當中,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)作物種類等進行不同設(shè)備配合,通過各種傳感器和智能氣象站,實現(xiàn)在線獲取土壤墑情、養(yǎng)分、氣象等信息,并實現(xiàn)墑情自動預(yù)報、灌溉智能決策及遠程控制灌溉設(shè)備,最終達到精耕細作的目的。
比如,土壤墑情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)獲取土壤墑情數(shù)據(jù),通過將獲取的現(xiàn)場實時墑情信息和標準墑情信息數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)農(nóng)作物的標準數(shù)據(jù)進行對比,從而達到監(jiān)測預(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重,造成水肥灌溉量不精準、資源大量浪費、作業(yè)強度大和過量施肥帶來土壤嚴重污染的痛點,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,配合精準的水肥一體化技術(shù)進行水肥灌溉,從而更有效地利用水和肥料,節(jié)約成本的同時獲得更好的施肥效果。
而對于大棚精準種植,更重要的是對于種植物生長環(huán)境、生長環(huán)節(jié)的精準把控和管理。
精準大棚種植主要體現(xiàn)在精準數(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)場平臺等幾個方向,可以作用在大棚種植的育苗、栽種、生長管理、收割、休耕等全流程環(huán)節(jié)當中,通過精準采集系統(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,可對大棚種植各環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集,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、生豬和雞場養(yǎng)殖。
這里我們?nèi)匀灰陨i為例。一套生豬精準飼喂系統(tǒng),需要實現(xiàn)對生豬的數(shù)量盤點、體重估測、運動軌跡跟蹤、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)測技術(shù),包括視頻監(jiān)控的智能身份識別,監(jiān)測每頭豬的身份、運動軌跡、發(fā)情期和健康狀況,整體環(huán)境檢測還要包括豬舍異常監(jiān)測、存欄出欄數(shù)量盤點、飼養(yǎng)人員行為監(jiān)控等。而生豬精準飼喂系統(tǒng)通過上述功能,可對生豬進行科學(xué)化的飼養(yǎng)和全面嚴格的管理,確保生豬的品質(zhì)。
國內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)牧產(chǎn)品企業(yè)新希望六合,與中國移動共同開發(fā)的5G智慧養(yǎng)豬平臺,就通過在養(yǎng)殖場的邊端部署,建立了智能影像識別的系統(tǒng),通過專門優(yōu)化的AI算法,可以快速高效準確地實現(xiàn)對生豬各項生理特征的識別。另外,以機器視覺分析技術(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(移動邊緣計算)側(cè),并通過部署在MEC的AI平臺實現(xiàn)生豬盤點、測重、測膘、體溫等功能。
第三大類,也是我國在智慧農(nóng)業(yè)上重點發(fā)力的應(yīng)用場景就是智能農(nóng)機。借助5G、北斗衛(wèi)星定位、物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等技術(shù),智能農(nóng)機可以實現(xiàn)厘米級地理位置定位與測速、基于5G的無線傳輸,以及高清視頻采集、存儲與實時傳輸,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API等。
2019年5月,我國中科院研發(fā)的超級拖拉機1號,已經(jīng)在萬畝基地實現(xiàn)了無人駕駛的測試,利用衛(wèi)星導(dǎo)航的智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù),只需要三四個人員,就可以指揮20臺智能拖拉機,完成所有耕地、播種、澆水、打藥等作業(yè)。相當于,我國在智能農(nóng)業(yè)機械的制造和應(yīng)用上正邁入全球先進行列。
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,智慧化將推動整個生產(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,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)全場景的聯(lián)接互通。
現(xiàn)在,我國正處于從傳統(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、電力等方面實現(xiàn)配套。農(nóng)業(yè)研發(fā)機構(gòu)加強智能農(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)者運用智能設(shè)備的能力。
智慧農(nóng)業(yè)或者我國整個農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展,對于已經(jīng)遠離鄉(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,也更多是對智慧農(nóng)業(yè)的輪廓和運行機制做一些皮毛介紹。
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。
參考資料:劉耕;蘇郁:《5G賦能:行業(yè)應(yīng)用于創(chuàng)新》,2020年1月,人民郵電出版社。