人工智能時代山東智慧農業發展的現狀分析

劉 君，王學偉

(濰坊科技學院 山東省高校設施園藝實驗室，山東 濰坊 262700)

在人工智能時代，人工智能、物聯網、云計算、大數據、5G等各種新興技術層出不窮，人工智能技術可貫穿于農業生產的全過程，能夠提升農業生產技術水平，實現智能化的動態管理，減輕農業勞動強度，人工智能助推智慧農業發展是大勢所趨。山東作為農業大省，有必要利用人工智能助推智慧農業發展，實現農業強省。

人工智能助推智慧農業發展在西方發達國家很受重視。從文獻統計情況來看，國外該領域的理論研究尚沒有引起系統化的關注，但在實踐中已經建立非常完善的模式，歐美多個國家探索了智慧農業發展的有效路徑[1]。迄今為止，側重于應用方面的探究已在農業生長環境檢測、農業質量安全監管以及農業相關資源的使用等領域獲得了非常可觀的探究經驗。Amina等人從農業生產中的環境污染問題出發，探究了納米結構生物傳感器在農業生產中的應用[2]。Ciruela等人分析了物聯網、機器人、人工智能、大數據和區塊鏈等主要數字技術在農業生產中的應用[3]。

國內人工智能助推智慧農業發展起步較晚，通過文獻檢索發現，相關研究從2009年開始出現。作為一個較為新興的概念，隨著國家關于“互聯網+”行動計劃、“人工智能戰略”、“農業綠色發展五大行動”的有效實施，對于人工智能助推智慧農業發展的研究于2017年開始大量涌現，包括概念內涵研究、技術應用研究、實踐案例研究等。研究人員以全國和各省的農業廳(局)、農業技術推廣中心(站)的農業工作人員為主，解釋了智慧農業的概念內涵[4-6]，分析了物聯網、大數據、云計算等技術的發展以及在智慧農業全產業鏈中的應用[7-8]，總結了近年來科技進展引領智慧農業發展取得的成效、存在的問題和不足，對今后科技引領智慧農業發展提出了思路和對策[9-12]。

1 人工智能時代山東智慧農業發展的總體概況

山東是農業大省，近年來人工智能、物聯網、云計算、大數據等新興技術在農業領域得到越來越多的應用，取得了良好的成果。為了大力推動智慧農業的發展，山東省先后出臺了《山東省農業現代化規劃(2016-2020年)》《關于加快全省智慧農業發展的意見》《山東省打好農業農村污染治理攻堅戰作戰方案(2018-2020年)》《關于做好2022年全面推進鄉村振興重點工作的實施意見》《山東省“十四五”鄉村產業發展規劃》等政策文件，號召各地采用先進的新一代信息技術和智能化農機裝備實施智慧農業，實現農業生產經營的少人化和無人化。目前山東智慧農業基礎設施逐步健全，農業大數據平臺建設日趨完善，農業全產業鏈機械化智能化成效顯著，智慧農業的經濟價值和社會價值日益凸顯。

2 人工智能時代山東智慧農業發展的現狀分析

2.1 農業生產智能化水平

農業生產領域是先進技術在智慧農業中應用最多的領域。為了改善農業生產條件，利用物聯網采集農業生產過程數據，山東省農機局高度重視智能化農業機械裝備的研發及應用，積極推動各地廣泛應用智能化農機裝備，在農業育種、種植、生長、噴藥、灌溉等環節實現了智能化。濟南、濰坊、威海、濟寧、德州等多個地市積極探索，先行示范，實施了大批智慧農業項目，將先進的人工智能技術與農業領域融合，達到農業生產全過程的遠程監控、可視化分析、智能預警和科學施策等。

2.2 農民的技術采納現狀

在智慧農業中，鼓勵農民在農業實踐中采用數字技術和移動設備已成為全世界的政策重點。調查發現，山東各縣市區農民已經開始利用數字技術創建智慧農業解決方案，農民目前使用最多的包括自動環境控制系統、噴灑技術、航空攝影無人機、農場管理應用程序和大數據分析服務，這些技術已經成為山東智慧農業示范區受訪者最熟悉的技術，被認為是最重要的智能技術。另外，物聯網、無人機、機器人、大數據、云計算和人工智能都有望更多的應用于新型農業實踐。

2.3 農業信息資源服務程度

政府層面高度重視農業云平臺的建設，實現了農業領域各種信息的高度集成。加強農業信息資源服務程度，促進先進的信息技術和信息服務與農業生產全過程的無縫銜接，有利于切實創新農村生產管理模式，提高農業生產經營效率。山東省各地市農業農村局高度重視智慧農村云平臺項目的建設，從滿足農民的信息需求著手，不斷做好農業信息資源服務工作。將農業信息資源服務延伸到鄉村和農戶，打通農業農村信息最后一公里。在各鄉鎮、各站點都設立了農村信息員的崗位，讓農民可以通過農村信息員來及時了解到相關農業信息，農民在體驗各種信息服務和網絡培訓時可以就地進行，真正讓農民體驗到人工智能時代的快捷高效。

3 人工智能時代山東智慧農業的發展特點

3.1 大田農業智能化

大田農業在山東省各地市廣泛存在。在農作物肥料和農藥的施用方面，山東省通過人工智能、物聯網、大數據、遙感數據分析等技術，對農作物的生長狀況、土壤溫濕度、病蟲害發生情況等進行監測，實現農作物遠程診斷管理，以做到精準施藥和施肥，同時還能進行農作物種植面積的遙感監測和產量估測。

在農業用水灌溉應用方面，山東省各地市區利用先進的科學技術將灌溉技術與灌溉裝備有機融合，根據農作物的種類、土壤溫濕度、氣候條件等有針對性地進行精準灌溉。山東省逐步實現了土壤墑情信息采集、監測與預測的信息化，不斷研發應用節水灌溉的一體化系統，同時實現用水過程可視化、水量實時動態設置、農田水分智能監測等多種功能。

3.2 溫室農業智能化

現階段，隨著溫室大棚技術的不斷創新，在山東省部分縣市區已經使用溫室大棚實現蔬菜、瓜果、花卉等各種農作物的反季節種植，有效解決了季節性農作物市場供需不平衡的問題。與此同時，在當今的人工智能時代，山東省各地區溫室農業的智能化程度也不斷提高，溫室大棚不再是傳統的覆蓋薄膜，而是安裝了智能化的通風、卷簾、加濕等設備，有一些溫室大棚還購置了先進的物聯網數據采集、分析、遠程監控系統。

山東省最有代表性的溫室農業智能化的地區當屬壽光市，壽光市近年來建成了上百座智能化溫室大棚。利用農業物聯網、大數據、人工智能等先進技術以及智能化農機裝備，對于溫室光照、土壤、溫濕度等環境進行科學控制，一旦發生異常，立即給予預警或報警，保證溫室作物生長全過程無公害、科學化，推動了智慧農業的發展。筆者在壽光市洛城鎮高效農業日光溫室基地進行實地調研發現，該基地占地9.14 hm2，已經真正實現智慧農業。

3.3 植保作業智能化

植保作業智能化是依托現代信息技術通過對農業生產環境的智能感知和數據分析，實現植保作業的可視化診斷和精準化管理，是植保作業的最高形態。目前山東省農業植保部門的作物病害預警模型已經能夠整合“面”上的遙感信息、“點”上的氣象信息、大田調查數據以及病害早期癥狀監測信息，實現了植保作業智能化，從而精準指導病害防治。在農業病害識別中，安裝部署無人機，獲取自然環境中監控區域的彩色圖像，然后在計算機上使用深度卷積神經網絡識別圖像中的病害。在實際應用中，無人機植保作業對不同地形、地塊大小和作物高度具備極強的適應性，能夠實現均勻噴施，提高噴藥效率。利用無人機進行植保作業能夠有效應對因作物生長后期植株高大、分枝眾多等因素導致的傳統植保機械工作困難的問題。另外，隨著計算機視覺以及深度學習算法的不斷發展，圖像識別的準確率不斷提高，農民已經逐漸開始用智能手機來檢測農作物病害。綜上，當前植保作業智能化為作物病蟲害監測提供了新型更為智能的方式，與傳統方式相比，大幅提升了監測準確率和覆蓋范圍，并且減少了人力物力開銷。

4 總結

盡管山東在智慧農業領域砥礪奮進，傳統農業正在向智慧農業轉變，已經取得了顯著成績，但依然面臨新一代信息技術革新的嚴酷競爭。因此，要真正實現山東智慧農業可持續發展，依然需要攻克一系列技術瓶頸，以實現農業物聯網、農用灌溉裝置、農業采摘設備、農業收割機裝備等基礎設施與新一代信息技術的深入融合。未來可能存在的技術問題包括數據資源共享整合水平的提升、農業全產業鏈信息服務綜合平臺的建設、農業領域復雜自然環境下人工智能算法的魯棒性的提高等。這些問題必須得到有效解決，才能提升農業生產的規模化、科技化水平，促進智慧農業快速發展。