一個偶然機會(huì)，從不看電視新聞的我在央視新聞裡(lǐ)看到一則關于自己家鄉的扶貧報道(dào)。
我們那裡(lǐ)屬于典型的北方農村，在過(guò)去的上千年裡(lǐ)都(dōu)是過(guò)著(zhe)靠天吃飯的農耕生活，最主要種(zhǒng)植的農作物是玉米，如果遇到幹旱等極端氣候，一年的收成(chéng)就(jiù)會(huì)損失大半。直到2019年底，當地村民才完全脫貧。
根據央視報道(dào)，真正讓全村脫貧的辦法，就(jiù)是村裡(lǐ)建起(qǐ)了規模化、智能(néng)化的現代蔬菜種(zhǒng)植基地。
該村的蔬菜大棚占地面(miàn)積約174畝，在2018年底啓動建設，第一批試建大棚取得良好(hǎo)收益後(hòu)，優先承包給貧困戶種(zhǒng)植，第二批共120多個蔬菜大棚陸續承包給村民種(zhǒng)植。此外，村民還(hái)可以在一些新開(kāi)發(fā)的公共崗位上班，獲得額外工資收入。
蔬菜種(zhǒng)植基地采取的是和北京順義區的蔬菜專業合作社聯合模式，通過(guò)“蔬菜基地+鄉扶農公司+貧困戶+北京合作社+北京企業”的“3+2”訂單模式，蔬菜從育種(zhǒng)育秧就(jiù)有了保障，而銷售直接就(jiù)對(duì)接了市場。
而從報道(dào)細節裡(lǐ)，我們能(néng)看到這(zhè)一蔬菜種(zhǒng)植基地所使用數字化、智能(néng)化的手段，幫助收購蔬菜的合作社對(duì)于蔬菜種(zhǒng)植、棚間管理以及産量預估等都(dōu)有精準的數據統計，從源頭上就(jiù)能(néng)保證蔬菜的品質和可追溯，從而能(néng)夠在北京銷售市場獲得較高的溢價。
從田間到餐桌的農産品溯源，這(zhè)些創新正是我國(guó)農業産業數字化、智能(néng)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(jiù)是農業正邁入數據智能(néng)時(shí)代。
5G 、AI、大數據、雲計算、IoT等數字技術讓農業作物監測、精細化育種(zhǒng)和環境資源按需分配成(chéng)爲現實，農業不再“靠天”吃飯，我們正在進(jìn)入智慧農業時(shí)代。
按照我國(guó)政策慣例，通常每一年的中央一号文件，都(dōu)是有關三農問題。那麼(me)，我們也照此慣例，在新年之始，聊一聊“智慧農業”這(zhè)一話題。
從精準農業到智慧農業，
農業的技能(néng)譜又“擴列”了
去年年初，我們介紹了精準農業。這(zhè)是源自90年代美國(guó)的一種(zhǒng)現代農業生産系統，适合美國(guó)中西部地區大農場式的生産方式。
比如，在美國(guó)伊利諾伊州的一個農場主羅德尼·席林和父親，二人經(jīng)營著(zhe)約7900畝農田。現在，由于父親年邁退休，田地裡(lǐ)的活兒都(dōu)靠羅德尼自己上陣，即便在農忙時(shí)節，他也可以完全依靠農場的大型農業設備去完成(chéng)收割任務。
關鍵就(jiù)在于這(zhè)些農機設備的自動化和智能(néng)化水平特别高，駕駛室的全球衛星導航系統和自動駕駛系統，确保了種(zhǒng)植、噴藥、施肥、收割等工作的高效精準。這(zhè)樣羅德尼坐在駕駛室裡(lǐ)隻需要偶爾盯著(zhe)機器正常運轉即可，工作方式遠遠超出了我們對(duì)于傳統農民的想象。
這(zhè)類以規模化、機械化爲特征的精準農業方式，也已經(jīng)在我國(guó)少數糧食主産區和大型國(guó)有農場實現，但并不适合那些更加多樣化、高附加值的瓜果蔬菜等精細種(zhǒng)植類型。因此，精準農業的種(zhǒng)類也在逐步豐富，比如走集約化、高産值的溫室種(zhǒng)植路線，有走精細化人工管理的生态種(zhǒng)植園等；同樣，精準農業的内涵也在豐富，随著(zhe)新型傳感器、物聯網、人工智能(néng)、大數據等技術的應用，精準農業正在向(xiàng)智慧農業邁進(jìn)。
當然，“智慧農業”概念的内涵更加豐富，技術手段也更加豐富，應用場景也更多樣。智慧農業不僅局限于農業種(zhǒng)植的管理，而且著(zhe)眼于整個農業的生産體系、能(néng)源利用、可持續生态發(fā)展等方面(miàn)，通過(guò)先進(jìn)信息通信技術，將(jiāng)整個農業系統推進(jìn)到一個更高級的發(fā)展形态。
智慧農業包含哪些特征和作用呢？
智慧農業最核心特征就(jiù)是擁有一個以智能(néng)數據爲中心的服務平台。通過(guò)雲計算、傳感網等多種(zhǒng)技術在農業生産中的綜合應用，可使信息收集更完備、信息感知更透徹、數據資源更集中，從而使農業信息更廣泛地互通和達到更智能(néng)化的控制，使農業生産更具有智慧性。比如，在前端可以爲農産品種(zhǒng)植、管理和采摘等提供數據采集、可視化管理和智能(néng)決策，在終端可以爲農産品提供食品溯源、農業信息展示，也可以衍生出農業生态旅遊服務等内容。
智慧農業可以讓農業生産環境具有智能(néng)感知、智能(néng)決策、在線專家指導等作用，可以提高農業生産效益、解決農産品供需矛盾，消除農村地區貧困等重要價值。
進(jìn)入21世紀，我國(guó)智慧農業進(jìn)入高速發(fā)展期。随著(zhe)農業勞動力向(xiàng)二三産業轉移，人口老齡化加速，農業勞動力出現結構性短缺。以自動化機械、智能(néng)機器人爲代表的新技術在農業領域的應用，标志著(zhe)智慧農業進(jìn)入大規模應用期。
近些年，我國(guó)各項農業政策中先後(hòu)多次提及重視智慧農業的建設和發(fā)展，未來5年，計劃將(jiāng)我國(guó)農業農村信息化總體水平提升至50%。與此同時(shí)，随著(zhe)人工智能(néng)、雲計算、物聯網技術的日趨成(chéng)熟，5G網絡部署的逐漸完善，超大規模無線傳感器監測的不斷發(fā)展，農業生産與農産品供銷正變得越來越信息化、智能(néng)化、數字化。
而我們多次提到的這(zhè)些新技術，又是如何在智慧農業系統中發(fā)揮作用的呢？
5G、IoT、雲計算、AI，
支撐智慧農業的技術底座
2019年6月，工信部向(xiàng)國(guó)内三家電信運營商和中國(guó)廣電發(fā)放了5G牌照，标志著(zhe)我國(guó)正式進(jìn)入5G時(shí)代。5G技術，對(duì)于農業的信息化來說(shuō)是全局式的創新推動。
5G技術，首先將(jiāng)直接推動農業傳感器的聯接種(zhǒng)類和數據的技術升級，種(zhǒng)植、畜牧、果蔬、水産養殖等領域的物聯網設備將(jiāng)成(chéng)熟落地。
其次，實時(shí)網絡聯接保證農業機械、無人機等植保作業的精準控制和數據實時(shí)傳輸、分析。
再次，5G網絡保證智能(néng)化技術在種(zhǒng)植、養殖過(guò)程中的廣泛應用。
最後(hòu)，5G和AI的共同作用可以使得農産品銷售變得更加智能(néng)和便捷。
雲計算作爲一種(zhǒng)提供海量雲端計算資源、超大存儲空間和超強計算能(néng)力的新型計算模式，將(jiāng)爲農業物聯網的海量數據計算中發(fā)揮巨大價值。同時(shí)随著(zhe)物聯網數據的爆炸，邊緣計算作爲雲計算的補充，也將(jiāng)在網絡邊緣側、更靠近數據源的設備側提供實時(shí)、短周期的本地決策。比如，在種(zhǒng)植地，智能(néng)傳感器無需請求中央服務器來決定給附近的植物澆水或添加肥料的時(shí)間和用量，它們可以自己執行相關任務，必要時(shí)再與主要的雲平台同步。
相較于雲計算，邊緣計算距離用戶更近、在邊緣節點完成(chéng)數據處理和分析的效率更高。由于數據在邊端分散分布，可以更有效保護網絡，增強數據安全性。另外，由于邊緣計算完成(chéng)了部分的數據處理，可以減少設備響應時(shí)間和設備到雲端的數據流量，與雲計算形成(chéng)協同服務。
由于農業大數據的基礎建設，各國(guó)越來越重視人工智能(néng)技術在挖掘農業大數據上的規律和模型的價值。
比如，針對(duì)農作物生長(cháng)過(guò)程，智能(néng)化設備可以完成(chéng)實時(shí)監測預警、水肥一體自動灌溉、病蟲害防治和災情評估等，從而爲提升農業生産力、抵禦災害風險，爲發(fā)展高效的智慧農業提供了技術支撐。
再比如，在蔬菜大棚種(zhǒng)植場景，人工智能(néng)可以實現對(duì)棚内溫濕度、光照和二氧化碳濃度等環境情況來控制補光時(shí)間，并檢查農作物是否有病蟲害，提醒工作人員進(jìn)行補光、補水等操作。在智能(néng)灌溉場景，實現模型驅動型、時(shí)間計劃型和環境驅動型等多種(zhǒng)灌溉模式。
在近兩(liǎng)年非常火熱的AI養豬案例中，養豬場可以通過(guò)人工智能(néng)對(duì)生豬的生長(cháng)情況和疾病預防、種(zhǒng)豬繁殖等進(jìn)行不間斷的監測和預防。比如引入豬臉識别，及時(shí)發(fā)現母豬的發(fā)情和生病情況，實時(shí)監控，智能(néng)發(fā)現擠壓豬仔等情況，從而有效提高生豬存活率，出欄率。人工智能(néng)的引入，實現了整個養豬過(guò)程的少人化和經(jīng)營過(guò)程的智能(néng)化、科學(xué)化管理。
以上我們看到，5G網絡技術保證了農業大數據的實時(shí)、高效傳輸，物聯網保證了農業大數據的完整收集，雲計算、邊緣計算提供了大數據分析處理的海量算力，而人工智能(néng)則提供了數據模型的智能(néng)分析、管理和決策，這(zhè)些技術共同構成(chéng)智慧農業的技術底座。
現在，我們能(néng)在哪些具體的領域或者案例中，看到智慧農業的真實面(miàn)貌呢？
精準種(zhǒng)植、智能(néng)養殖、自動農機，
親眼可見的智慧農業場景
對(duì)于數字智能(néng)化技術的介紹，隻是讓我們看到智慧農業的輪廓，隻有深入到智慧農業的應用場景當中，才能(néng)真正感受到智慧農業的豐富細節。
我們首先介紹智慧農業應用最大的兩(liǎng)個場景：大田精準種(zhǒng)植和大棚精準種(zhǒng)植。
在大田精準種(zhǒng)植當中，主要存在作業面(miàn)積大、土地分布廣、設備布線和供電困難等問題，結合5G網絡和物聯網，就(jiù)可以根據不同地域的土壤類型、灌溉方式、農作物種(zhǒng)類等進(jìn)行不同設備配合，通過(guò)各種(zhǒng)傳感器和智能(néng)氣象站，實現在線獲取土壤墒情、養分、氣象等信息，并實現墒情自動預報、灌溉智能(néng)決策及遠程控制灌溉設備，最終達到精耕細作的目的。
比如，土壤墒情監測預警系統獲取土壤墒情數據，通過(guò)將(jiāng)獲取的現場實時(shí)墒情信息和标準墒情信息數據庫中對(duì)應農作物的标準數據進(jìn)行對(duì)比，從而達到監測預警墒情的目的。
（墒情（旱情）監測預警系統）
而大田的水肥智能(néng)決策系統，則解決了傳統種(zhǒng)植過(guò)程中灌水施肥量盲目性嚴重，造成(chéng)水肥灌溉量不精準、資源大量浪費、作業強度大和過(guò)量施肥帶來土壤嚴重污染的痛點，這(zhè)一決策模型從而可以提供輸入大田農作物的最優水肥比例，配合精準的水肥一體化技術進(jìn)行水肥灌溉，從而更有效地利用水和肥料，節約成(chéng)本的同時(shí)獲得更好(hǎo)的施肥效果。
而對(duì)于大棚精準種(zhǒng)植，更重要的是對(duì)于種(zhǒng)植物生長(cháng)環境、生長(cháng)環節的精準把控和管理。
精準大棚種(zhǒng)植主要體現在精準數據采集、雲端智能(néng)水肥控制、智能(néng)農事(shì)管理、智能(néng)控制、數字農場平台等幾個方向(xiàng)，可以作用在大棚種(zhǒng)植的育苗、栽種(zhǒng)、生長(cháng)管理、收割、休耕等全流程環節當中，通過(guò)精準采集系統、雲端智能(néng)水肥控制系統、智能(néng)農事(shì)管理系統、智能(néng)控制系統和終端等，可對(duì)大棚種(zhǒng)植各環節的相關數據進(jìn)行采集，爲其科學(xué)化決策提供依據。
智慧農業的另外一大應用場景就(jiù)是畜牧水産養殖。最典型的智慧畜牧養殖系統就(jiù)是奶牛、生豬和雞場養殖。
這(zhè)裡(lǐ)我們仍然以生豬爲例。一套生豬精準飼喂系統，需要實現對(duì)生豬的數量盤點、體重估測、運動軌迹跟蹤、轉圈出欄監控及異常情況預警等，因此需要應用到以下智能(néng)監測技術，包括視頻監控的智能(néng)身份識别，監測每頭豬的身份、運動軌迹、發(fā)情期和健康狀況，整體環境檢測還(hái)要包括豬舍異常監測、存欄出欄數量盤點、飼養人員行爲監控等。而生豬精準飼喂系統通過(guò)上述功能(néng)，可對(duì)生豬進(jìn)行科學(xué)化的飼養和全面(miàn)嚴格的管理，确保生豬的品質。
國(guó)内領先的農牧産品企業新希望六合，與中國(guó)移動共同開(kāi)發(fā)的5G智慧養豬平台，就(jiù)通過(guò)在養殖場的邊端部署，建立了智能(néng)影像識别的系統，通過(guò)專門優化的AI算法，可以快速高效準确地實現對(duì)生豬各項生理特征的識别。另外，以機器視覺分析技術爲基礎，結合5G高帶寬能(néng)力將(jiāng)圖像數據上傳至MEC（移動邊緣計算）側，并通過(guò)部署在MEC的AI平台實現生豬盤點、測重、測膘、體溫等功能(néng)。
第三大類，也是我國(guó)在智慧農業上重點發(fā)力的應用場景就(jiù)是智能(néng)農機。借助5G、北鬥衛星定位、物聯網、自動駕駛等技術，智能(néng)農機可以實現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(shí)傳輸，還(hái)有高精度地圖API（應用程序編程接口）、氣象服務API、作業規劃與管理雲平台API等。
2019年5月，我國(guó)中科院研發(fā)的超級拖拉機1号，已經(jīng)在萬畝基地實現了無人駕駛的測試，利用衛星導航的智能(néng)網聯技術，隻需要三四個人員，就(jiù)可以指揮20台智能(néng)拖拉機，完成(chéng)所有耕地、播種(zhǒng)、澆水、打藥等作業。相當于，我國(guó)在智能(néng)農業機械的制造和應用上正邁入全球先進(jìn)行列。
總體來說(shuō)，智慧農業正在幫助各類農業生産場景朝著(zhe)集約化、智慧化的方向(xiàng)發(fā)展。集約化將(jiāng)極大降低生産成(chéng)本，提高農業生産收益，智慧化將(jiāng)推動整個生産流程是數據感知、智能(néng)管理和全産業鏈智能(néng)決策，實現農業全場景的聯接互通。
現在，我國(guó)正處于從傳統農業向(xiàng)智慧農業快速轉型的過(guò)程當中，但是需要看到智慧農業的發(fā)展仍然面(miàn)臨諸多挑戰。
先從現狀來看，許多地區存在基礎設施薄弱、地區發(fā)展不均衡、農村技術、管理人才短缺等現實問題；在新技術應用上，還(hái)存在著(zhe)投入建設成(chéng)本高、專用設備特别是專用芯片匮乏、配套設施不完善等問題，而在農業大數據的準确性收集、信息共享和信息利用上面(miàn)存在效率不高、應用質量差等問題。
這(zhè)些問題有賴于國(guó)家、地方政府、科技企業以及農業相關産業的高度重視和投入，比如政府應加強智慧農業的基礎設施建設，在網絡、交通、電力等方面(miàn)實現配套。農業研發(fā)機構加強智能(néng)農業技術研發(fā)和相關成(chéng)果的落地轉化。相關技術企業加強适應智慧農業的技術人才的培養，提高一線農業生産者運用智能(néng)設備的能(néng)力。
智慧農業或者我國(guó)整個農業的現代化發(fā)展，對(duì)于已經(jīng)遠離鄉土、身居城市的我們，是一種(zhǒng)很少感知和關注的領域。于我而言，也更多是對(duì)智慧農業的輪廓和運行機制做一些皮毛介紹。
未來，我更希望的是能(néng)夠在越來越多的地區、越來越多的媒體，看到我們的家鄉都(dōu)能(néng)有各種(zhǒng)各樣的智慧農業的景象出現。而這(zhè)些案例，更值得被我們記錄。
