人工智能在綠色農業種植中的應用

劉忠穎

摘 ? ?要：隨著社會不斷發展和國民要求的不斷提升，食品安全問題、改善環境以及減少農業污染源成為農業發展的重要方向。近年來，物聯網技術的不斷成熟及農業智能化迅猛發展，很大程度上改善了農業生產過程中出現的問題，進而大大地提高了農業生產質量及生態環境安全問題。介紹了發展智能化綠色種植技術的原因、綠色種植技術帶來的好處和未來綠色種植技術需要突破的難關及發展方向。

關鍵詞：人工智能;綠色種植技術;物聯網

文章編號：1005-2690（2021）19-0087-02 ? ? ? 中國圖書分類號：F323.3 ? ? ? 文獻標志碼：B

隨著我國國民經濟水平的提升，人們的環境保護意識也隨之提高，國民在滿足基本生活需求的同時更加注重提高生活品質，關注食品安全問題，以及對綠色無公害農產品日益增長的需求，探索在農業生產過程中綠色環保的種植技術勢在必行[1]，農業智能化的開發及應用是至關重要的。

1 ? 智能化綠色種植技術在農業領域的應用

為了促進我國農業的可持續性發展，我國出臺了化肥農藥雙減政策，提倡遵守生態安全、資源安全和農產品安全的準則。綠色農業種植技術的發展和應用，能更好地輔助國家政策的執行，推動綠色農業發展，滿足人民的需求。綠色農業種植技術是以生物的循環再生為基礎、展現自然生物的發展規律、使生態環境保持原貌的技術[2]。隨著人工智能的快速發展，農業發展中開始廣泛應用人工智能理論開發不同性能的智能化農業技術，更好地實現了高效、精準、快速、節能、綠色的農業生產過程。例如，在農業種植過程中的智能選種、種植，對農作物進行實時監控及分析等智能化農業技術，符合人們對于綠色環保農業生產過程的要求且農戶的經濟效益也得到了保障。

1.1 ? 農業智能化監控

20世紀80年代末，一些發達國家提出了“精準農業”的概念。由信息技術支持的根據空間變異，定時、定位、定量地實施一整套現代化農事操作技術與管理的系統。在監控和分析農作物生長方面，精準農業基于地理信息系統（GIS）、全球衛星定位系統（GPS）、遙感技術（RS）技術（簡稱”3S”技術）和傳感器技術，采集田間的各種數據，例如，鑒于量、濕度、農作物的需水量、水壓、微氣候數據、樹冠生物量以及葉綠素等，對農作物進行監控，并利用機器學習與計算機視覺算法對收集到的數據進行分析以及作出合理的決策。與傳統農業相比，更加及時地了解并且報告農作物的生長狀況。農民通過這些數據能實時關注農作物的生長情況，不再依靠主觀經驗與猜測，而是通過實際的測量值或擁有大量高層次、多方面農業專業知識的農業專家系統作出更加準確的預測，進而有針對性地采取一些自動化措施，比如遠程灌溉技術、自動施肥技術、精準噴灑農藥等。智能化的終端系統通過物聯網技術獲取的數據對農作物作出準確的分析，使得農作物更好地生長，為農戶帶來更大的經濟收益。

1.2 ? 病蟲害防治

病蟲害是影響農作物產量和質量的主要因素。經過調查研究，我國每年因病蟲害的發生和危害導致直接的糧食損失約占總產量的30%。傳統農業中病蟲害防治的主要手段是施用農藥、利用害蟲趨光的生物特性以及實用的電擊式物理方法進行防治。但長期大量地使用農藥，會降低農產品的質量，嚴重污染自然環境，對人體健康造成巨大的傷害。單一地利用生物特性和電擊式驅蟲方法費時費力且無法大規模使用，如電蚊拍、粘蟲板、捕蟲籠等。

隨著計算機技術的不斷發展，農業計算機技術被廣泛應用于解決病蟲害問題，主要包括3方面即識別病蟲害、檢測病蟲害和防治病蟲害。比較常見的識別病蟲害的手段有圖像處理技術、深度學習等，尤其是卷積神經網絡（CNN）結合遷移學習識別病蟲害，利用充分網絡資源來克服大樣本難以獲取的問題，提高農作物病害識別效率。

在病蟲害檢測方面，主要是使用基于高光譜、多光譜遙感技術的無人機進行高效、無損的病蟲害檢測。正確、實時地識別和檢測病蟲害是病蟲害防治的前提，也是達到理想防治效果的關鍵所在，利用這些實時數據、歷史數據以及相應的機器學習算法，才能對遭受病蟲害的農作物及時地進行精準的農藥噴灑，而不是大范圍地按照常規、不加分析地執行完全相同的操作。

為推動新型農業、新型主體的快速發展，農業計算機技術實現了提前防治害蟲、降低損耗、科學使用農業化學品的綠色農業環保防治的目的，且能為農戶降低勞動力的成本、減少農業成本的支出。智能化病蟲害防治能廣泛地應用，為綠色農業發展奠基。

2 ? 太陽能殺蟲燈在綠色農業種植中的應用

在防治蟲害方面，智能化設備只能減少農藥的使用量，卻不能杜絕施用農藥，無法滿足人們對于零農藥、健康綠色食品的要求。達爾文的進化論提醒人們，隨著農業化學品的不斷升級，害蟲亦在不斷地進化且產生更強的抗藥性，噴灑農藥防治害蟲似乎成為一個無盡的循環，農業化學品對生態環境以及對人體健康的傷害不斷加劇，不利于農業可持續性發展。與施用農藥相比，利用害蟲的生物特征及物理方法防治害蟲更佳，從根本上解決農藥帶來的危害且滿足人們對于無農藥綠色健康食品的追求，如利用害蟲趨光性進行誘殺、黑光燈、頻振式殺蟲燈、電擊式殺蟲燈、扇（風）吸式殺蟲燈等物理方法，殺蟲燈的出現“照亮”農業綠色防控，促進農業污染控制，使得農田生態環境更好。

自2005年以來，我國開始廣泛地應用太陽能殺蟲燈，根據不同種類農作物的蟲害特點，選擇適用性更強的太陽能殺蟲燈，以便提升殺蟲率，充分發揮太陽能殺蟲燈的作用。例如，作為我國主要的糧食玉米和水稻，關乎我國的國民經濟和人民的生活，卻一直遭受到蟲害的破壞。對于水稻田間害蟲的防治，從殺蟲燈的穩定性、誘捕效果、實際的田間情況和不同種類害蟲的損害程度作比較，電擊式太陽能殺蟲燈能夠更好地降低稻縱卷葉螟和稻飛虱的田間蟲量及危害程度，生產實踐過程中電擊式太陽能殺蟲燈防治效果更好。在玉米田中防治害蟲比較常見的太陽能殺蟲燈是扇式太陽能殺蟲燈，采用風吸式、進蟲口向下的設計，具有較大的誘捕范圍，誘捕效率比較高。不同類型的太陽能殺蟲燈，既解決了糧食的害蟲問題以及保障糧食的產量，又有效地避免農殘超標帶來的風險以及農業污染問題，且不會給生態環境安全帶來負面影響。但在實際應用中，僅依靠物理方法處理農業蟲害問題，具有一定的制約性，并未達到比較理想的效果且不能滿足農戶對于蟲害防治的要求。

殺蟲燈與物聯網結合，很好地克服了物理方法防治害蟲過程中存在的困難。將適用于大規模部署和區域監測的無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN）技術與太陽能殺蟲燈（Solar Insecticidal Lamps，SILs）結合，形成一種新型的農業物聯網——太陽能殺蟲燈物聯網（Solar Insecticidal Lamps Internet of Things，SIL-IoTs）。白天，通過太陽能板收集能量，再將太陽能轉化為電能，存儲蓄電池中;晚上，利用害蟲的趨光性引誘害蟲，當害蟲接觸金屬網時釋放高壓脈沖電流殺死害蟲。除了滅蟲功能，還具有殺蟲計數、蟲害區域定位、輔助濃情檢測等功能。與太陽能殺蟲燈相比，在農田中太陽能殺蟲燈物聯網具有更好的應用性、殺蟲效果更加理想。由于太陽能殺蟲燈物聯網的硬件設備成本較高，在實際應用中會遭到不同程度的破壞和被盜的情況，為了解決這一問題，設計出無人機殺蟲燈輔助設備，由具有通信功能的無人機與智能化的殺蟲燈組成，既具備追蹤功能，又能夠及時彌補太陽能殺蟲燈被破壞或被盜帶來的損失，這已經成為太陽能殺蟲燈物聯網的研究熱點。

太陽能殺蟲燈物聯網是“精準農業”和“智慧農業”的典型應用，是結合無線傳感器網絡技術的一種新型農業蟲害防治模式。目前，這項技術還不是非常成熟，依然存在很多問題和挑戰。比如，由于其部署于野外，受外界環境影響較大，容易出現故障，無法長期發揮殺蟲作用，需要不斷優化太陽能殺蟲燈物聯網節點部署方案的算法，研究實用性更強的硬件設備，充分利用人工智能理論以及相關的技術對太陽能殺蟲燈物聯網進行更加智能化的控制，解決已出現的和潛在的問題，以達到更好的防治效果，保障農業生產安全，促進綠色農業種植的發展。

3 ? 智能化綠色種植技術的發展方向

在農業生產過程中，智能化的綠色種植技術發揮著巨大的作用，既能省時省力地保障糧食的產量和品質，又能減少農業化學品帶來的危害，還能夠克服農業AI技術、物聯網技術在實際應用中的限制性。在計算機硬件不斷更新、優化的過程中，借鑒已有的工業上的智能化控制的技術，構建出更加完善、更具有實用性的計算機算法，克服現存的種種困難。①解決農業大數據源問題。②發展農業人工智能。例如通過深度學習建立農業知識圖譜，實現作物病蟲害和動物個體智能識別與診斷，研究智能語音精準信息服務系統等。③開展繼承應用示范。將物聯網技術、大數據以及人工智能與其他物理方法相結合，開發出更多的綠色防治害蟲的技術等，以便更好地輔助綠色農業種植政策。目前，物理方法及生物防治特性與各種計算機技術相結合是克服農業現存缺陷的最好途徑之一，實現農業化學品減量控害的目標。在病害蟲防治上充分利用物理方法、害蟲的生物特性與計算機技術結合的方法，開發出更多的智能化綠色農業防護技術，保護自然環境、節約自然資源，這是農業發展中重要的研究方向。為了推動綠色農業種植技術的發展及應用，充分利用深度學習處理農業種植過程中出現的問題，以便收集數據信息。

參考文獻：

[ 1 ] 李凱亮，舒磊，黃凱，等.太陽能殺蟲燈物聯網研究現狀與展望[J].智慧農業，2019，1（3）：13-28.

[ 2 ] 龐小芳.推廣綠色農業種植技術的有效途徑分析[J].農業與技術，2019，39（2）：177-178.