我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)融媒體見習(xí)發(fā)文人 李子吉
大數(shù)據(jù)時代，人工智能在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用越來越受到人們關(guān)注。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度的不斷提高，不僅推動農(nóng)業(yè)逐漸實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，還進一步提高了種植效率，減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對人工的依賴。近期，無人農(nóng)場如雨后春筍般地在各地建成，“機器換人”正在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域慢慢成為現(xiàn)實，我國農(nóng)民千百年來“面朝黃土背朝天”的歷史或許將從此被改寫。
6月8日，安徽首個無人農(nóng)場(亳州譙城)示范基地正式投入運營。時值收獲高峰，無人農(nóng)場里，卻“只聞機械響，不見人奔忙”，一臺無人駕駛收獲機在“孤獨”地收割著300畝麥田。
只需要輕輕按下遙控器上的啟動鍵，無人駕駛收獲機就可以沿著規(guī)劃好的路徑進入麥田自主收割小麥，滿倉后自主返回地頭，將收獲的麥粒卸載到裝糧車上，之后繼續(xù)返回收割。而與此同時，十公里之外的十河鎮(zhèn)大周村潤耕天下農(nóng)場內(nèi)，技術(shù)人員正在通過巨幅電子大屏遠程監(jiān)控?zé)o人農(nóng)機作業(yè)情況以及田間土壤、空氣溫濕度等的實時變化。
大數(shù)據(jù)時代，如何減少對于人工的依賴，成為了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域亟需解決的問題，而可以實現(xiàn)“種田不下地”的無人農(nóng)場或許就是這個問題的答案。
誰來種地傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)亟需轉(zhuǎn)型升級
2021年初，新冠肺炎疫情爆發(fā)，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到了極大影響。就拿人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚氖卟藖碚f，疫情期間的穩(wěn)產(chǎn)保供遭受了極大挑戰(zhàn)。
一方面，生產(chǎn)用工難，勞動力缺乏。出于疫情防控要求，春節(jié)過后生產(chǎn)園區(qū)的工人無法按時返崗，各蔬菜育苗場、蔬菜經(jīng)營主體都不同程度面臨勞動力緊缺的問題。育苗這種勞動密集型環(huán)節(jié)情況尤其嚴重，各大育苗場用工缺口都在30%以上。另一方面，運輸渠道受阻，生產(chǎn)資料供給不足。疫情防控中很多道路設(shè)置關(guān)卡，憑借綠色通行證方可過路，很多物流也因此停業(yè)。由此引發(fā)了化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等物資運送不到園區(qū)，從而影響生產(chǎn)。
疫情提醒我們，糧食供應(yīng)鏈中斷隨時可能發(fā)生，激起了人們對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“機器換人”的興趣。
農(nóng)業(yè)勞動力是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的資源，但隨著我國人口老齡化的日趨嚴重，農(nóng)村勞動力向城市流動趨勢明顯，人口紅利即將消失，農(nóng)業(yè)勞動力缺乏問題日漸突顯，隨之而來的便是勞動力成本大幅上升，農(nóng)產(chǎn)品成本中勞動力成本高達70%。勞動力成本增加，勞動生產(chǎn)率、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和資源利用率亟需提高，“誰來種地”成為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式面臨的一大難題。
無人農(nóng)場的初始成本雖高，但是其生產(chǎn)效率遠遠超出人力，況且通過人工智能可以進行高強度作業(yè)，完全可以抵消初始成本，并不斷拉低后期使用成本，實現(xiàn)邊際成本遞減，有利于緩解我國農(nóng)業(yè)勞動力成本走高的問題。另外，隨著未來智能農(nóng)機技術(shù)不斷發(fā)展，其關(guān)鍵部件性價比必會大幅提升，應(yīng)用成本也將隨之進一步降低。
我國農(nóng)業(yè)機械化率早在2019年就已達到了70%，農(nóng)業(yè)機械化已經(jīng)基本實現(xiàn)，同時物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等新一代信息技術(shù)也在不斷向農(nóng)業(yè)裝備領(lǐng)域滲透。可以預(yù)見到，“機器換人”已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，無人農(nóng)場正從概念走向現(xiàn)實。
機器換人
無人化助推農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效
無人農(nóng)場是在人不進入農(nóng)場的情況下，采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、機器人等新一代信息技術(shù)，通過對農(nóng)場設(shè)施、裝備、機械等遠程控制或智能裝備與機器人的自主決策、自主作業(yè)，完成所有農(nóng)場生產(chǎn)、管理任務(wù)的一種全天候、全過程、全空間的無人化生產(chǎn)作業(yè)模式。
我國工程院院士、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授羅錫文認為，無人農(nóng)場是智慧農(nóng)業(yè)的一種生產(chǎn)方式，是機械化、信息化和智能化高度融合的作品，主要依托生物技術(shù)、智能農(nóng)機和信息技術(shù)三大技術(shù)的支持。生物技術(shù)提供適應(yīng)機械化作業(yè)的品種和栽培模式；智能農(nóng)機主要提供智能感知、智能導(dǎo)航、精準(zhǔn)作業(yè)和智能管理；而信息技術(shù)則主要為無人農(nóng)場生產(chǎn)的信息獲取、傳輸和處理與農(nóng)機的導(dǎo)航、自動作業(yè)以及遠程運維管理提供支持。
以毫州無人農(nóng)場為例，項目通過生物技術(shù)、智能農(nóng)機和信息技術(shù)的綜合應(yīng)用，建立了高度無人化農(nóng)場作業(yè)管理系統(tǒng)，通過對作物生產(chǎn)過程中的長勢和病蟲草害情況進行實時監(jiān)控，進行智能化決策，從而實現(xiàn)耕、種、管、收全程無人化精準(zhǔn)作業(yè)，大幅降低了勞動力成本，提升作業(yè)質(zhì)量，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益有機融合。
農(nóng)場中的每臺智能農(nóng)機上都安裝了傳感器，可以利用北斗衛(wèi)星定位和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，遠程實時獲取農(nóng)機的信息和數(shù)據(jù)，從而提前設(shè)定好作業(yè)路線。
安徽中科智能感知產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院院長黃河表示:“無人農(nóng)場可以實現(xiàn)智能化無人模式耕種管收環(huán)節(jié)全覆蓋，提高經(jīng)濟效益30%以上。”
不僅安徽，我國更多省市都已經(jīng)在無人農(nóng)場方面有了很多嘗試。
我國工程院院士、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任趙春江在《開講啦》當(dāng)中介紹了山東壽光在智能玻璃溫室無人化生產(chǎn)方面的經(jīng)驗。“我國壽光型”智能玻璃溫室實現(xiàn)了整個基地生產(chǎn)管理的全流程云端托管、智慧程控和遠程操控，控制中心收集匯總來自園區(qū)內(nèi)所有機器人的數(shù)據(jù)信息，并在數(shù)據(jù)處理后生成指令反饋給其他機器人。當(dāng)溫度過高時，控制中心會下達指令，啟動溫室的風(fēng)機系統(tǒng)或外遮陽系統(tǒng)進行降溫；如果巡檢機器人巡檢到葉片的病斑，或需要葉面追肥時，控制中心也會下達相應(yīng)指令。溫室真正實現(xiàn)了“無人操作、智慧生產(chǎn)”，綜合能耗比世界領(lǐng)先的荷蘭模式降低一半以上。
根據(jù)新疆棉花種植相關(guān)的新聞報道，在新疆的農(nóng)機使用率達到了97%，智能農(nóng)機的參與讓新疆的棉花生產(chǎn)更加簡單高效。春耕時節(jié)裝有北斗“自動導(dǎo)航輔助駕駛和作業(yè)系統(tǒng)”的大馬力拖拉機可以根據(jù)播種要求與設(shè)置好的機具偏移值、作業(yè)幅寬等數(shù)據(jù)，按照規(guī)劃路線自動駕駛精準(zhǔn)無誤地鋪出筆直且行距均等的棉花地膜；依托衛(wèi)星遙感技術(shù)，可通過“衛(wèi)星+大數(shù)據(jù)+人工智能”來實現(xiàn)不同范圍下棉田的長勢、旱情、養(yǎng)分等農(nóng)情信息的實時獲取、實時運算、實時反饋，針對性地為水肥調(diào)控、病蟲防治、脫葉催熟等田間管理提供指導(dǎo)和決策意見；在采收階段，裝有北斗系統(tǒng)終端的采棉機能精準(zhǔn)卡位棉壟、高效采收，實現(xiàn)了機械對人力的替代。
2021年，四川省首個“5G+智能農(nóng)機”在崇州市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)功能區(qū)萬畝優(yōu)質(zhì)水稻田投入使用。在5G網(wǎng)絡(luò)的支持下，通過技術(shù)人員遠程下達的指令，無人智能農(nóng)機每小時收割稻田面積達到5-10畝，相比其他稻田生產(chǎn)成本降低了10%，產(chǎn)量提高了10%。
在湖南長沙望城的無人農(nóng)場，在施肥的階段，利用無人機和光譜成像技術(shù)將田間情況反饋給種植戶，可以有效地對缺肥田塊進行精準(zhǔn)追肥，在節(jié)約成本的同時防止多余的肥料造成環(huán)境污染。
自主決策
無人農(nóng)場也要靠數(shù)據(jù)驅(qū)動
那么，無人農(nóng)場究竟如何實現(xiàn)自主作業(yè)和無人化管控呢?關(guān)鍵的基礎(chǔ)就是農(nóng)場的大數(shù)據(jù)。
從生產(chǎn)規(guī)劃、種植前準(zhǔn)備、種植期管理直到采收，影響作物生長的因素有很多，土壤、氣候、水分、品種、病蟲害和雜草等。種植者每年要做很多項決策，這些決策大多環(huán)環(huán)相扣，無論哪一步選錯了，都會導(dǎo)致農(nóng)作物的減產(chǎn)。因此，無人農(nóng)場要想真正實現(xiàn)自主決策，需要依靠作物生長數(shù)據(jù)，通過科學(xué)、專業(yè)地分析得出最優(yōu)解。
因此，源源不斷的農(nóng)場數(shù)據(jù)如何通過大數(shù)據(jù)獲取、處理、存儲、分析和應(yīng)用技術(shù)，提取有價值的信息服務(wù)于無人農(nóng)場，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)化作業(yè)，成為最關(guān)鍵的問題。
發(fā)達國家特別注重農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)在發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的作用。
外國是對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)收集比較齊全的國家，也是較早進行農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)開放的國家。目前，有關(guān)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的采集、共享和利用正對外國農(nóng)業(yè)政策制定者制定農(nóng)業(yè)部門發(fā)展的各種政策提供有力支持。不僅如此，外國各大農(nóng)場主協(xié)會以及涉農(nóng)企業(yè)也不惜投入大量的時間、金錢以及花費巨大的精力去搜集涉農(nóng)數(shù)據(jù)。外國政府?dāng)?shù)據(jù)門戶2009年5月上線運行，截至2021年9月15日，數(shù)據(jù)目錄中可查詢到包括USDA等在內(nèi)199個機構(gòu)在線發(fā)布的225599個數(shù)據(jù)集。
日本利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將熟練農(nóng)戶積累的技術(shù)和知識數(shù)據(jù)化，有利于讓下一代農(nóng)戶或農(nóng)業(yè)企業(yè)繼承。同時通過高精度傳感器收集的氣象大數(shù)據(jù)以及農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)等，還可實時發(fā)送給種植者或管理人員，讓他們能夠合理進行田間管理。
英國政府早在2013年就已正式啟動“農(nóng)業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略”，提出充分利用大數(shù)據(jù)等技術(shù)，一方面實現(xiàn)精準(zhǔn)種植和精細養(yǎng)殖，另一方面大力提升農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費市場的對接能力。
德國將云端的天氣、土壤、降水、溫度、地理位置等數(shù)據(jù)及其分析處理結(jié)果發(fā)送到大型農(nóng)業(yè)智能機械上，實現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)，發(fā)展更高水平的數(shù)字農(nóng)業(yè)。
由此可見，從全球范圍來看，未來的農(nóng)業(yè)技術(shù)競爭將圍繞大數(shù)據(jù)展開，農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程正被大數(shù)據(jù)深刻地影響。
我國農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)庫建設(shè)總體較晚，但近年來也已高度重視農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)建設(shè)。國務(wù)院2015年發(fā)布了《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用是主要任務(wù)之一，提出了“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)工程”。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2015年發(fā)布了《農(nóng)業(yè)部關(guān)于推進農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展的實施意見》，2016年發(fā)布了《農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)試點方案》，這兩個文件的發(fā)布明確了我國農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展和應(yīng)用的頂層設(shè)計，具有重要的現(xiàn)實意義。
國家補貼政策的傾斜對于農(nóng)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型來說也是一大利好。今年4月初，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、財政部聯(lián)合印發(fā)了《2021-2023年農(nóng)機購置補貼實施指導(dǎo)意見》，對新一輪農(nóng)機購置補貼政策實施工作作出了全面部署。《意見》中明確提到，支持農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展和數(shù)字化發(fā)展所需機具的補貼需要會被優(yōu)先保障，更多符合條件的高端、復(fù)式、智能產(chǎn)品將被納入補貼范圍。從補貼重點和補貼標(biāo)準(zhǔn)的變化可以看出，國家大力支持農(nóng)機行業(yè)向智能化、數(shù)字化的發(fā)展。
為了有效盤活、挖掘、搶救和保存我國農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)的共享與集成應(yīng)用，經(jīng)過科技部和財政部2011年的聯(lián)合評議，國家農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心正式開始建設(shè)和運行。經(jīng)過多年的發(fā)展與積累，中心如今重點整合了包括作物科學(xué)、資源環(huán)境、農(nóng)業(yè)區(qū)劃科學(xué)在內(nèi)的12大類核心學(xué)科的農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)資源，共建成756個數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)總量760TB。
2021年4月，我國農(nóng)業(yè)科學(xué)院完成一項歷經(jīng)21年的基礎(chǔ)性重點科研項目——首次創(chuàng)建了覆蓋我國全域的高精度數(shù)字土壤。高精度數(shù)字土壤就是利用地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)方法，模擬和重現(xiàn)土壤類型、土壤養(yǎng)分等土壤性狀的空間分布特征，能直觀、精細展現(xiàn)土壤資源與質(zhì)量狀況，為農(nóng)業(yè)、環(huán)境和科學(xué)研究提供重要信息。
從整體上看，由于農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)涉及領(lǐng)域廣、跨越周期長、采集難度大、處理較為繁雜的特點，我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)平臺發(fā)展還不平衡，致使農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用還不廣泛。因此將來需要重視各類業(yè)務(wù)平臺的建設(shè)，需要充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，發(fā)掘更多數(shù)據(jù)采集渠道，并以解決實際農(nóng)業(yè)問題為導(dǎo)向，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源要素的數(shù)據(jù)共享，讓數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)生實際價值。
傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)正在遭遇著信息時代的沖擊，傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)不但顛覆了“日出而作日落而息”的勞作方式，也打破了粗放式的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)而邁向集約化、精準(zhǔn)化、智能化、數(shù)據(jù)化。無人農(nóng)場的最終階段是要實現(xiàn)人工智能在田間管理過程中的自主決策，為此，以真實需求為切入點的對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是重中之重。
如今，對于智能化無人農(nóng)場的嘗試越來越多，但整體上無論國內(nèi)還是國外，對無人農(nóng)場技術(shù)的研發(fā)仍然還處于探索階段，在實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機器是否能夠完全取代人工，在未來無人農(nóng)場又能否成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“主力軍”，恐怕還要進一步的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用實踐給我們答案。
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