人工智能在我國農業發展中的應用與優化路徑

曾振宇

廣西壯族自治區農業信息中心，廣西 南寧 530000

0 引言

近年來，人工智能、大數據、物聯網、生物工程、通信技術、航天技術等先進科技逐步融入農業領域，為現代農業發展注入強大的動力。但相比傳統西方農業強國，我國的農業現代化水平還存在一定差距，仍有較大提升空間。如何把人工智能等前沿科技、理論和思維模式更好地應用到農業發展中來，以推動我國農業現代化進程，是當下急需高度重視的問題。

1 人工智能在農業發展中應用的意義

早在20 世紀初，人們便思考將人工智能應用于農業領域，以推動農業生產向前發展。當前，隨著科技快速發展，人工智能廣泛應用在農業領域中的土壤分析、災害預防、氣候監測、環境保護、生產管理、經營銷售等方面，借助大數據、物聯網等現代技術，實現了農業的精準生產，優化了農業資源配置，提高了農業生產效率，降低了農業生產成本，增加了農業經濟收益［1］。將人工智能應用在農業生產管理不僅可以減輕勞動強度，而且能實現更高效率和更精準控制，深刻影響農業領域的生產、管理和決策。盡管我國人工智能處于初級發展階段，在模型優化、智能算法、多技術交叉融合等方面仍有較大提升空間，但其在農業生產中的應用價值和前景不可小覷，意義重大。隨著人工智能在農業中的應用范圍和深度不斷擴展，其將成為推動農業轉型升級的強大引擎，驅動我國農業向更智能的方向發展。

2 人工智能在我國農業發展中的應用實踐

人工智能已成為我國新一輪農業生產變革的核心驅動力。人工智能技術與大數據、物聯網、云計算、區塊鏈等多種信息技術的集成及其在農業領域的應用變得愈加廣泛和深入，合理、有效的農業生產要素配置使農業生產經營管理更加科學化，在提高農業生產效率、降本增效、改善農產品品質等方面發揮重要作用。

2.1 深藍漁業養殖

近年來，我國傳統耕海牧漁的方式正在悄然發生著變化，數字化、智能化的養殖方式正在給海洋養殖注入新的生命力。為了探索“未來海洋牧場”，在2022 年5月，由我國自主設計、研發、制造的世界第一艘10萬噸級別的智慧漁業深海封閉養殖工船“國信1 號”交付使用。該船攻克了六大關鍵技術（分別是船載艙養、水體交換、防腐清污、減振降噪、減搖制蕩、智能集控），船上搭載有水質調控、魚苗入艙、智能投飼、高效低損傷起捕等系統，融合了現代工業化養殖、人工智能等多項創新技術，平均每年可產出大黃魚3 700 t，產值約3 億元［2］。“國信1 號”可根據魚類養殖要求，依據環境變化自航轉場，可移動躲避臺風、赤潮等災害，在全球海域開展養殖作業；養殖艙內可智能模擬野生養殖旋轉流場，每天大流量低揚程養殖泵換水16 次，確保魚群處于適宜生長的海水環境，養殖密度是普通近海網箱的4～6 倍，養殖周期可縮短1/3，魚苗成活率在95%以上；通過全流程養殖集控系統和船岸一體化信息平臺，可實現全船15 個養殖艙2 108 個測點實時對艙內水、氧、光、飼、魚的智能控制、監測和信息交互。此外，“國信1號”上還配備機械加工流水線，可在45 min內完成起捕、分級到冰漿速冷鎖鮮或冷凍加工后裝箱運出，實現了從魚苗入艙、投喂養殖、起捕到加工、運輸全程智能化。以“國信1 號”為代表的智慧漁業養殖工船在海上構建起了一座座移動的智能漁業養殖加工廠，為我國發展深海遠洋漁業和開拓海洋資源開辟了一條新的路徑，也反映了我國大力發展海洋科技、建設海洋強國的決心和實力［2］。

2.2 智能畜牧養殖

人工智能在畜牧養殖中的應用體現在多個方面。例如，養殖場通過為每個動物穿戴用于采集生物體征的電子標簽物聯網設備，監測養殖活動和周圍環境的變化，采集養殖管理相關指標數據，并運用人工智能、大數據技術進行分析計算，得出最佳的養殖方案，包括產地、飼料、消毒、疫病防治等，做到精準養殖［3］。除了給動物穿戴設備外，在廣西壯族自治區崇左市，為增強銀行保險聯動，地方政府聯合中國人壽財產保險股份有限公司創新研發牛臉識別技術，通過采集和比對牛臉上的眼紋、毛發、紋理的分布和位置，以“牛臉技術+保險”模式，破解活體承保理賠難題，打通了金融服務鄉村的“最后一公里”，解決了養殖戶的后顧之憂，提升了養殖戶的積極性。在廣西壯族自治區貴港市未來豬場（Future Pig Farm，FPF），管理人員可借助人工智能、大數據、物聯網、射頻等技術，自動識別追蹤養殖動物的來源、屠宰、物流、加工、配送、銷售等信息，整合豬場各特征要素到養殖生產管理系統，在肉類加工、流通環節確保產品全過程數據的有效監控、追溯，有助于嚴格管控肉類產品的質量與安全，實現產品從產地到餐桌的智能化管理和市場運營。

2.3 智能機械無人農場

智慧農業是現代農業的發展方向，而建設智能機械無人農場則是發展智慧農業的關鍵途徑。未來的智慧農業將更加集約化、規模化、高效化、生態化，無人農場將成為農業生產發展的重要趨勢。有著中國“糧倉”之稱的黑龍江省率先示范建設了全球首個超萬畝的無人化農場試驗項目，這是目前國內外主糧作物參與農機設備最多、規模最大、作業環節最全、無人化技術最先進、農機田間作業無人化程度最高的無人化農場示范項目。在智能機械無人農場中，裝配著大量的農具和裝置，如無人操控的拖拉機、插秧機、收獲機、噴藥機、無人機等。這些農具和裝置依照事先設定的標準流程互相協作，在田間完成作物從種到收全過程的無人化、自動化、機械化作業。該示范項目借助智能無人農業裝備、高精傳感器、機器人等自動化設備，運用物聯網、5G、北斗精密導航等先進技術，通過人工智能、大數據構建數字智慧云大腦，實現農業生產和管理中的智能識別、自動控制、智能管理及決策，完成全流程、全天候、全空間自主化的農業作業。該示范項目建成后，全年完成田間作業面積約1 067 hm2，經濟、生態、社會效益顯著。建設智能機械無人農場符合我國智慧農業的發展方向，我國要針對智能無人農場應用場景，加大自動化機械裝備設計研發力度，搶占全球農業未來發展制高點，打造智能無人農場的“中國樣板”［4］。

2.4 智慧綜合生態農業

我國農業已邁入現代化發展階段，需要把“青山綠水”放在首位，依托高新科技，運用智慧手段，建立健全環境、生物、信息和技術裝備的融合機制，實現農業生產、生態和生活的共創共榮，促進農業現代化、智慧化和生態化協調發展。智慧綜合生態農業是以人工智能、大數據、云計算等先進科技手段為支撐，在保護好環境和維護生態平衡的前提下，通過資源循環利用、生態功能保護等舉措，在實現農業生產規模化和現代化的同時，促使農業綠色、高效、高附加值發展。這對現代農業可持續發展至關重要，是我國未來農業發展的必然選擇。隨著國家對綜合生態農業發展的大力倡導，我國相繼涌現以智慧生態農業為特色的“智能科技+電商+共享+文化+旅游”等共建的生態小鎮、茶園、農牧場等。其中，人工智能應用最為典型的是采用數字孿生技術構建農業園區場景的虛擬現實空間鏡像，通過將現實世界的物體、環境等數字化，真實還原場景，模擬仿真運行狀態，打通業務數據，幫助農業從業者優化農田管理、設備使用和供應鏈管理，打造農業數字虛擬場景的實踐體驗，提高農業生產效率和可持續性。

3 人工智能在我國農業發展應用中面臨的挑戰

雖然近年來現代高新科學技術逐漸向農業滲透，但人工智能在我國農業發展中的應用仍處于起步階段，仍然面臨政策扶持與推廣應用有待加強、數字基礎設施薄弱、智能農機裝備水平較低、核心技術弱和設備供給不足、人工智能領域科技人才稀缺等問題。這些問題制約了我國農業的現代化和數字化進程，影響了農業的快速發展和農民經濟收入的增加。

3.1 政策扶持與推廣應用有待加強

人工智能在我國發展起步較晚，目前尚未在農業領域廣泛應用，政府支持人工智能在農業發展中應用的政策體系尚不完善，缺乏統一引導和協調機制，政策執行存在落實不到位和效果評估難的問題。同時，人工智能認知和接受度較低、技術成本高、配套技術不完善、應用場景復雜、與農業設施契合度不高等問題，都制約著我國農業領域人工智能的推廣應用。

3.2 數字基礎設施薄弱

人工智能在農業領域中的融合應用對網絡實時響應和海量數據積累有較高的要求，但受環境、經濟等因素影響，大部分農村地區數字基礎設施建設比較滯后，農村互聯網的普及率較低［5］。特別是農村偏遠地區，普遍存在網絡質量差、覆蓋不足，網速慢、網費高，村級信息服務網絡不健全，物聯網基礎設施薄弱，農業監測點、數據信息采集點偏少，信息化設備運維人才不足等問題［6］。數字基礎設施的不完善，是造成農業數據采集成本偏高的重要因素，很大程度上限制了人工智能在農業場景中的應用廣度和深度。

3.3 智能農機裝備水平較低

人工智能在農業發展中的應用離不開智能農機裝備的支撐。雖然近年來我國農業機械化發展取得了一些階段性成果，但受基礎工業水平不高、農機農藝結合不夠緊密和機械作業環境復雜等因素的影響，我國農業機械化發展不均衡、機械結構不合理、生產效率低、專精工藝水平低等問題依然突出，制約了智能農機裝備的推廣和應用，進而阻礙了人工智能在農業發展中的應用［7］。

3.4 核心技術弱和設備供給不足

目前，我國人工智能核心技術缺乏基礎原創性理論和核心算法，缺少智能決策算法模型和核心農業智能裝備，自主研發的意識和理念不強，將前沿技術和先進理論進行交叉融合研究的能力偏弱，人工智能核心芯片及關鍵零部件仍然依賴進口，設備供給不足，高精度芯片、電子元器件等的研發和生產能力還有待提高。

3.5 人工智能領域科技人才稀缺

人工智能領域的技術門檻較高，迭代周期短。相比于歐美發達國家，我國高端人工智能領域人才數量較少，且多聚集在北京市、上海市等一線發達城市，各行業都在爭搶稀缺的人工智能領域人才。而農業因其低效益性和人工智能與農業結合的復雜性，使其在與其他行業爭奪人工智能人才的過程中處于不利地位。人才的匱乏不僅會降低農業技術創新能力，限制人工智能技術在農業生產中的應用，而且會影響我國農業在智能化和數字化方面的前進步伐，無法實現農業快速全面發展。

4 人工智能在我國農業發展中應用的優化路徑

4.1 加強政策扶持與應用示范推廣

第一，各地政府應通過加大財政支持力度，出臺針對人工智能在農業發展中應用的扶持政策和激勵政策，多舉措吸引國內外各領域的資金、技術、人才等資源，促進人工智能與農業生產的協同發展。第二，各地政府應調整優化當地農業結構和發展策略，把智慧農業作為優先發展和布局方向，推進人工智能在不同農業生產場景的深度探索與應用實踐；應充分發揮農業科技園區的示范和引領作用，通過展示和推廣農業科技成果和實踐經驗，全面加強農業各領域合作，拓展人工智能在農業產前、產中、產后不同環節的應用范圍，探索形成適用于不同農業場景的人工智能應用程序和解決方案，從而為農業生產提供更有效的支持和幫助。

4.2 加快數字基礎設施建設

農村數字基礎設施建設是實現農村現代化和鄉村振興的關鍵舉措。完善的數字基礎設施可以優化農業生產方式，也是加快人工智能應用的重要支撐。建設完善的數字基礎設施有助于處理和分析大規模數據集，訓練深度學習模型，有助于實現更加智能化的決策和操作。各地政府可以項目為牽引，引導多方參與、共同發力，把線路、基站、數據中心等設施納入農村新基建，提升網絡速率和覆蓋率，為農村地區提供高速、穩定的網絡服務，從而推進農業數字化建設，為人工智能在農業發展中的應用提供數字支撐。

4.3 加強智能農業裝備和系統的研制

智能農業裝備是人工智能在農業領域應用的基礎，是將人工智能技術應用于農業機械裝備中的產物。人工智能可利用智能農業裝備系統反饋的數據不斷優化和升級，提高決策水平和精準度，兩者相互依存、相互促進，共同推動農業生產的數字化、智能化和現代化發展。加強智能農業裝備和系統研制，可從以下幾個方面入手。一是相關部門應加大力度研發各種高效農機裝備和智能操控系統，提高農業精密執行器、傳感器等農業智能裝備的供給能力和質量，攻克場景感知等技術，研制大馬力智能無人駕駛拖拉機、大載荷自主無人機、激光除草播種機器人、畜舍巡檢機器人等。二是相關部門可構建基于云端一體化“農業人工智能大腦”決策體系，擴展智能設備功能和二次開發，推進人工智能、大數據、物聯網、數字孿生、多機協同和人機交互等技術的融合發展。三是各地政府應對農業機械裝備產品研發和推廣機構給予政策性補貼及稅收減免，規范引進新機具，探索農機服務新模式，加快各類大中小型農機具研發，為加快人工智能在農業發展中的應用提供有力支撐［8-9］。

4.4 積極攻堅人工智能領域核心科技

人工智能的核心是“信息化技術+智能化裝備”。加強人工智能在農業發展中的應用，需要積極攻堅人工智能領域核心科技。一是各地應加大對人工智能領域核心科技的研發力度，加強智能設備和系統的適應性，提升智能控制、機器人關鍵設備和核心部件精度、穩定性、可靠性。二是各地應鼓勵各創新主體結合大數據、物聯網、云計算、區塊鏈等現代信息技術，著力訓練、強化、推理智能神經網絡基礎數據模型和算法配置、調整。三是各地應統籌基礎研發、應用研究、技術攻關、成果轉化等創新鏈條，促進人工智能領域相關學科深入融合，借鑒、引進先進科學技術與經驗，引進國內外可轉化、復制、推廣的農業典型范例和技術成果。

4.5 構建完善的人才培養體系

第一，各地政府應加大人工智能領域科技人才隊伍建設力度，推進新型復合型人才培養模式改革，將高尖端人才引進作為人才隊伍建設的重點。第二，各地政府應堅持育才、引才相結合，完善人才培養和引進機制，完善教育體系，強化相關人才儲備和梯隊建設。第三，各地政府應積極創建開放、平等、互利的國內外人力資源交流與合作平臺，落實科技成果轉化評價和激勵辦法，加快構筑人才戰略支點和雁陣格局，為人工智能在農業發展中的應用注入源源不斷的生命力。

5 結束語

我國農業即將經歷一場智能化、數字化、產業化的深刻變革。人工智能作為數字技術的典型代表，將從生產要素替代、生產關系革新、產業智能管理、產業與經濟融合等方面為我國農業發展帶來新機遇。在農業生產要素替代方面，人工智能將加速重構新的農業生產相關要素，通過人機協同、精準施肥與灌溉、智能系統與大數據平臺等，多方位提升農業生產效率，以推動農業高質量發展；在農業生產關系革新方面，人工智能將通過資源整合、發展物聯網平臺和精準農業，加速我國農業從傳統生產模式向現代智能化生產模式轉變，實現農業生產關系的全面升級和革新，形成嶄新的生產聯合體和利益共同體；在農業產業智能管理方面，人工智能管理將貫穿農業全產業鏈各個環節，通過實時監測、倉儲可視、物流優化、市場預測等手段，增強農業產業鏈的韌性，健全我國現代農業產業體系，提升農業產業的效率和質量；在農業產業與社會經濟融合方面，人工智能將通過挖掘更多的農產品價值等手段，強化農業的經濟、社會、生態和文化多功能性場景有機融合。未來，利用人工智能技術，我國農業將形成更多的新業態和新模式，為我國農業現代化和可持續發展奠定堅實的基礎。