人工智能引領(lǐng)農(nóng)業(yè)邁入嶄新時代

文|趙春江 中國工程院院士 國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任

智能農(nóng)業(yè)是按照工業(yè)發(fā)展的方式理念，以信息和知識為核心要素，通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、智能裝備等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度跨界融合，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入、個性化服務(wù)的全新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展從數(shù)字化到網(wǎng)絡(luò)化再到智能化的高級階段。目前，面向我國農(nóng)業(yè)重大需求和世界智能農(nóng)業(yè)科技的前沿，應(yīng)積極推進(jìn)人工智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度跨界融合，構(gòu)建具有中國特色的智能農(nóng)業(yè)技術(shù)體系、應(yīng)用體系、服務(wù)體系，變革農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。

人工智能指用計算機(jī)模擬或?qū)崿F(xiàn)的智能，亦稱人造智能或機(jī)器智能。作為計算機(jī)科學(xué)的一個重要分支，人工智能著眼于探索智能的實質(zhì)，模擬智能行為，最終制造出能以與人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器。經(jīng)過多年發(fā)展和信息環(huán)境的重大變化，人工智能已步入一個嶄新時代。

科技發(fā)展為智能農(nóng)業(yè)技術(shù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用提供條件

互聯(lián)網(wǎng)的普及，傳感網(wǎng)的滲透，大數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)，數(shù)據(jù)和信息在人類社會，物理空間和信息空間之間相互作用、交叉融合，人工智能發(fā)生了深刻變化。當(dāng)前，人工智能進(jìn)入了加速發(fā)展的新階段，日益成為國際競爭的新焦點、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎、社會建設(shè)的新機(jī)遇，其發(fā)展也將深刻改變?nèi)祟惿鐣睢?/p>

隨著我國土地流轉(zhuǎn)、農(nóng)業(yè)規(guī)模化發(fā)展，新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的壯大，為推進(jìn)人工智能技術(shù)農(nóng)業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用提供了良好條件。電腦替代人腦、機(jī)器替代人力、自主技術(shù)替代進(jìn)口，人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的新模式、新手段和新生態(tài)系統(tǒng)，使人工智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度融合發(fā)展演進(jìn)為一個農(nóng)業(yè)的新業(yè)態(tài)——智能農(nóng)業(yè)。

智能農(nóng)業(yè)是按照工業(yè)發(fā)展的方式理念，以信息和知識為核心要素，通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、智能裝備等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度跨界融合，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入、個性化服務(wù)的全新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展從數(shù)字化到網(wǎng)絡(luò)化再到智能化的高級階段。

國外的人工智能技術(shù)如何重塑現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

在國外的實踐中，傳感器、機(jī)器人、人工智能是如何重塑現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的？以美國的大企業(yè)孟山都為例，孟山都提出了世界新型農(nóng)業(yè)操作系統(tǒng)AOS，核心要素是根據(jù)市場來確定農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來構(gòu)建模型進(jìn)行決策以應(yīng)對風(fēng)險；將人工智能技術(shù)，如數(shù)據(jù)挖掘和深度學(xué)習(xí)等應(yīng)用于農(nóng)事的各種操作過程，根據(jù)實際反饋進(jìn)一步優(yōu)化各投入管理流程，最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的最大利益。AOS體現(xiàn)了一個核心理念，就是從產(chǎn)品控制到技術(shù)控制到服務(wù)控制再到數(shù)據(jù)智能控制。此外，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)國家機(jī)器人實驗室有一個項目，研制出專門的田間機(jī)器人用于農(nóng)田信息的實時采集。

歐洲在歐盟FP7計劃支持的未來農(nóng)場項目“Future Farming”，研發(fā)出除草機(jī)器人，以機(jī)器除草替代化學(xué)農(nóng)藥的使用，最大限度減少農(nóng)藥使用給環(huán)境帶來的負(fù)面影響。歐洲大田作物的智能化管理已經(jīng)形成了相對成熟的模式，春夏秋冬每個季節(jié)做什么，怎么做形成了固定的程序。歐洲的葡萄園管理也有相對固定的模式，全靠機(jī)器管理，機(jī)器設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接，傳感器實時信息采集，形成共享大數(shù)據(jù)，并支持農(nóng)民對果園各個管理環(huán)節(jié)的科學(xué)決策。

在亞洲，日本早在1984年就發(fā)布了《人工智能與農(nóng)業(yè)——精農(nóng)技術(shù)與尖端技術(shù)的融合》白皮書，強(qiáng)調(diào)了人工智能對農(nóng)業(yè)的變革。2014年，在首相安倍晉三的支持下，日本制定了“戰(zhàn)略創(chuàng)新/創(chuàng)造計劃”(SIP)，其中有個農(nóng)業(yè)項目叫：下一代農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造技術(shù)項目,該項目主要是利用現(xiàn)代信息技術(shù)和智能裝備，節(jié)約人工成本，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和農(nóng)民效益。

人工智能2.0技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度跨界融合

未來五至十年對農(nóng)業(yè)有重要影響的人工智能技術(shù)，一是認(rèn)知計算技術(shù)，包括大數(shù)據(jù)的挖掘分析、圖像處理等等；二是深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)；三是智能機(jī)器人；四是會話式人機(jī)用戶界面，該項對農(nóng)業(yè)人員使用計算機(jī)是個重大變革；五是區(qū)塊鏈，這將對對農(nóng)產(chǎn)品安全有重大影響；六是高速的5G技術(shù)，對農(nóng)業(yè)的可視化具有非常重要意義。

2017年7月，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）明確了我國新一代人工智能發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)：到2020年，人工智能總體技術(shù)和應(yīng)用與世界先進(jìn)水平同步，人工智能產(chǎn)業(yè)成為新的重要經(jīng)濟(jì)增長點，人工智能技術(shù)應(yīng)用成為改善民生的新途徑；到2025年，人工智能基礎(chǔ)理論實現(xiàn)重大突破，部分技術(shù)與應(yīng)用達(dá)到世界領(lǐng)先水平，人工智能成為我國產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的主要動力，智能社會建設(shè)取得積極進(jìn)展；到2030年，人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心。

《規(guī)劃》提出，要研制農(nóng)業(yè)智能傳感與控制系統(tǒng)、智能化農(nóng)業(yè)裝備、農(nóng)機(jī)田間作業(yè)自主系統(tǒng)等。要建立完善的天空地一體化的智能農(nóng)業(yè)信息遙感監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，建立典型農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)智能決策分析系統(tǒng)。要開展智能農(nóng)場、智能化植物工廠、智能牧場、智能漁場、智能果園、農(nóng)產(chǎn)品加工智能車間、農(nóng)產(chǎn)品綠色智能供應(yīng)鏈等集成應(yīng)用示范。

目前，面向我國農(nóng)業(yè)重大需求和世界智能農(nóng)業(yè)科技的前沿，應(yīng)積極推進(jìn)人工智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度跨界融合，構(gòu)建具有中國特色的智能農(nóng)業(yè)技術(shù)體系、應(yīng)用體系、服務(wù)體系，變革農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。要加快建立“信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入、個性服務(wù)”的農(nóng)業(yè)智能技術(shù)體系。面向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需要，加大投入，開展智能農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、智能農(nóng)業(yè)重大產(chǎn)品創(chuàng)制，主要包括農(nóng)業(yè)智能感知、智能控制、自主作業(yè)、智能服務(wù)等技術(shù)產(chǎn)品。以需求為導(dǎo)向，積極開展智能農(nóng)業(yè)技術(shù)集成應(yīng)用，包括智能農(nóng)場、溫室、果園、牧場、漁場、農(nóng)產(chǎn)品智能加工車間與綠色智能供應(yīng)鏈等技術(shù)集成系統(tǒng)。

人工智能的潛力十分巨大，將其應(yīng)用于我國農(nóng)業(yè)中，將進(jìn)一步提升我國農(nóng)業(yè)信息化水平，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向?，F(xiàn)在人工智能研究者們正在辛勤耕耘，在不久的將來，人工智能技術(shù)能夠更好地為人類服務(wù)，它將大大改善人類生活，帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。在它的引領(lǐng)下，農(nóng)業(yè)將邁入智能化的嶄新時代。