奔赴智慧农业:AI和机器学习帮助应对危机,但最终解救人类的还是我们自己

核心提示:农业,一个在泥土中翻滚的庞大产业,正在与最前沿的高新科技正面交锋。这些碰撞,发生在万里沃野、深山老林、羊圈鸡舍,也发生在刚刚建好的大规模农园
 

农业,一个在泥土中翻滚的庞大产业,正在与最前沿的高新科技“正面交锋”。这些碰撞,发生在万里沃野、深山老林、羊圈鸡舍,也发生在刚刚建好的大规模农园、现代化大棚,有的甚至还悬浮在实验室里。但这一切,或许正以超过我们想象的加速度发生。

智慧农业的种种实践,关乎人工智能、物联网技术,由机器人、无人机、智能芯片实现,但透过种种技术,我们看到的是越来越多“新农人”颠覆了旧有观念,正在向着新的希望奔赴。

科技投入“在当下”

上海生鲜平台叮咚买菜上的小番茄“美人果”,在上海封控期间“一战成名”。

4月23日那天,从山东聊城长途跋涉而来的“美人果”在平台上线,成为上海抗疫时期的保供蔬菜,两天销出超7000份。在那个特殊时期尝到的甜度达到10(甜度检测最高等级)的小番茄,足以被人长久记住。

“美人果”背后的企业有较强的科技能力和营运能力,经营者王攀的成功并不是偶然,他所经营的农业也绝不是“靠天吃饭”的传统行业。这名80后“新农人”经营着一个1200亩的蔬菜基地,他学的是金融,干过银行工作,也参与过地产企业的农业板块运营,对现代农业有着一份与众不同的见解:传统农业的品控不稳定,也不能产生稳定的收益,只要注入互联网思维和科技手段,“颠覆”并非难事。

他创立的农业模式直接有效:将科技力量注入农业产供销整个链条,只做订单农业,只做小番茄这一个品类,在一件事情上深耕到底。

“每个环节都需要科技支撑。”王攀选中“釜山88”品种,成为国内较早开始规模化种植该品种的团队之一。这种小番茄口感爆浆、甜度高,但由于种植难度大、成本高、产量低、植株抗病虫害能力比较弱等原因,很多传统农人不敢碰它。

培育品种之初,他就摸准了互联网农产品销售的痛点进行“精准打击”:通过技术测试控制小番茄的农残,从而解决食品安全问题;反复测试产品甜度,做到品控标准化。科学数据帮助他规范种植方法、优化用肥方案和浇灌计划,并随时跟踪植株生长情况。比如,植株还未出果时就要修剪掉多余的枝蔓,仅保留最好的一枝让其慢慢长大;比如,白天要保持棚内阳光充足,温控在30℃左右,夜晚则要在合适的温差下保证它们充足的“休息”;此外也不做催熟,让果实天然枝熟100天,只施自然发酵的粪肥和生物有机复合肥,还会浇灌鱼蛋白……这种条件下长大的小番茄,抗病性有所提高,果实的外表和鲜度、甜度数据都更佳。

这几年,大棚里不断添置各种科技装备,就像居室里的智能家电越来越多,生活智慧化程度随之也越来越高。王攀觉得,新添置的智能喷淋设施性价比很高,每亩成本1300元左右,可以将叶面肥、杀虫剂等瞬间雾化并喷洒,均匀地覆盖到所有植株。占地4亩的大棚,3分钟就能完成喷淋,不再需要预留工人施肥的人行通道,还可以增加棚内的可耕作面积。以前,这4亩地需要2个工人花费整整2天才能完成施肥。

“其实这种喷淋设备早几年就有了,但我直到去年才用上。”王攀也一直在反思自己的“保守”。在农业领域,科技的投入不是一时半刻能收回成本的,毕竟他雇用着100多名当地农民,其中不少是贫困户,他希望让他们获得稳定收入,因此一直在努力维持着投入和产出比。如今公司开始稳步赢利,他也下决心加大科技投入,因为这样才能加速把规模做起来。王攀的目标是做中国的“小番茄大王”,就像他的山东老乡马铁民那样,成为“生菜大王”。

也正因为较短时间里能摸索出成熟的种植模式,王攀才有能力接到互联网平台的种植订单。要知道,在app上下单购买果蔬的用户可比菜场里的消费者挑剔多了,没有经过自己双手挑选、送上门的农产品,人们希望它们是“标品”,每一个小番茄都差不多大、差不多红、差不多甜。要不是科技加持,这种标准怎么可能达到?

据说,叮咚买菜在确定合作之前,曾对王攀的团队和种植基地进行了多次实地考察和第三方评测,并商定出合理的全年供应价格标准,以较为稳定的采收数量和新的种植标准来签订农业订单,形成“以销定产”的产业模式,代替传统的产销分离式采购,最大程度上化解市场不稳定对农业种植产生的风险。

这个订单倒逼着王攀打造了一个“番茄工厂”,王攀投入了两条自动化生产线,用于种植、采收之外的分拣和包装工作。这也是他能为近千里之外的城市保供的原因。疫情封控时期,他每天早上起来第一件事,就是组织工人将大棚里的新鲜果子采收起来,按每350克一份的规格包装好,装车运往叮咚买菜的上海蔬果大仓。

听了这个故事,也许我们也会和王攀一样不由得感慨一句:“让智慧农业到来的脚步更快一些吧。”

比市场“快了两步”

如果说王攀略先于市场需求作出了判断和选择,那么上海人黄震就比市场“快了两步”。

位于上海崇明中兴镇的万禾生态羊场,获得了“全国唯一有机崇明白山羊养殖场”称号,黄震正在研发的一套羊脸识别系统,估计不久就可以投入使用了。

这个羊场有点不可思议,简直是羊的集体宿舍区。里面闻不到什么异味,没有一堆堆粪便,每只羊都有自己的“身份证”——耳标,各色标记是疫苗接种凭证。管理员根据羊的体形分配“宿舍”,保证每个宿舍的羊不用排队便能吃上饲料;悬挂吊顶的摄像头实时监控,以便及时处理突发情况。

“等到羊脸识别系统上线后,人就更加轻松了。”黄震说,如今管理员还需要和兽医配合,每天去羊圈巡逻几次,以便观察羊的健康状况。以后,管理员可以在手机上通过实时传送的图像观察羊群,减少实地检查的次数。

他投了几百万元做这件事。羊脸识别系统比人脸识别读出的数据更多,系统可以通过图形识别羊的体征,及时发现山羊流涕、口疮等病征;用红外线测体温,从源头上监测山羊的身体状况,一旦羊的体温超过40°c,系统会立即发出警报通知农场兽医;而通过电子耳标,还可以识别出羊的系谱。这套系统从2019年就开始设计,其间不断调整优化,二期养殖场中的1000只核心种母羊均已植入芯片供人工智能进行学习、测试,通过分析山羊每天的行为,人工智能不断优化算法程序,论证5g智慧助力养殖的可行性,保证明年万禾三期养殖场项目正式启动后,系统能精准预测、实现设计目的。

高科技农业总是“听起来很美”,却让许多农人望而却步,原因还是在于投入和产出。“短期肯定是无法收回成本的,什么时候能回本还不知道,但这件事肯定要做。”这几句话“说了等于没说”,但恰恰真实地反映了行业现状。黄震觉得,长远来看,投入建设羊脸识别系统肯定能有产出,它能准确反映山羊的繁育和健康状况,也能大大降低人的劳动强度,从而稳定提升羊肉质量。

他算了笔细账:现在二期羊场约3000只规模,有11个人在管理。未来,如果三期羊场全面自动化的话,拥有万只山羊规模的羊场只需要7个人就可以管理了,而且生产效率和效能会大大地增加。“未来的三期羊场将全部翻新,实现智能化全覆盖。山羊冬吃黑麦草、夏吃苏丹草,半年换茬供鲜草,‘两无化’稻米秸秆回收发酵,按比例粗细粮搭配颗粒化饲料。为防止13个系谱的白山羊近亲繁殖,宿舍已经分区,同时人工一一配对繁殖,推进育种改良……”

像这样比市场“快了两步”的农业高科技布局,正在为越来越多的规模化农业企业所接受。对于这种趋势,做了20多年工业、如今“跨界”农业的上海大学工程技术研究院副院长张侃谕感受较为深刻。他是国内最早提出“智慧农业”概念并给出确切定义的人,在他看来,“智慧农业”就是将物联网技术运用到传统农业中,运用传感器和软件对农业生产进行控制。除了精准感知、控制与决策管理外,从广泛意义上讲,智慧农业还包括农业电商、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等。

张侃谕创建的高科技农业公司并不直接从事种植和养殖,而是用现代化手段对农业进行“工业化改造”,帮助农园、大棚、养殖基地进行智慧升级。

他刚刚为陕西一家智慧园区示范基地做的5年规划很吸引人,这个规划足以让整个园区脱胎换骨:“全自动育苗工厂”可以实现水培蔬菜种苗和无土栽培,还有“自动播种流水线”“立体多层催芽室”等;高科技温室能实现超长距离通风、布风均匀,还配备加热系统、二氧化碳补充系统等;今后,机器人可以在升降式空中草莓大棚里摘草莓,它们的抓取机械手、旋转机械手比熟练的工人更快。

“中国未来的智慧农业大有希望。”张侃谕对此是有发言权的,因为以前只有实力雄厚的大企业敢于问津他的项目,如今全国各地的政府部门、农业企业都希望他来设计改造方案。“变化就在近几年,而且,以后变化的速度会越来越快。”

新华社概念图

 

“悬浮”在实验室里

一些有资本支撑的农产品平台,连同一些农业领域的专家学者等“顶级大脑”,则以更超前的思维在智慧农业领域创新。

上海互联网企业拼多多,从2020年开始联合中国人工智能学会、国家农业信息化工程技术研究中心等单位主办“中国农业机器人创新大赛”,如今,第二届比赛不久前截止征集。主办方的用意很明确,想通过产学研的共同努力,寻找并支持国内优秀的农业科研人员,加速推动智慧农业发展。

这种形式的创新,果然引起了国内高校、科研院所、科技企业的关注。前来参赛的项目在农林牧渔领域全面开花,既有设施园艺机器人作业系统、全自动垂直农业生产系统等综合性机器人项目,也有垄作草莓收获机器人、水下围网巡检机器人、畜禽舍防疫消毒机器人等垂直领域的“机器人天团”……

一家来自北京的农业智能装备技术研究中心打通了园艺作业机器人的技术“任督二脉”,机器人可以做到智慧管控、园区巡检、自主运输、农业喷药、自动授粉等,基本覆盖了农业的全生产流程。浙江大学李建平教授对自己设计的“ai鱼——智能鱼类疫苗自动注射机”很有信心:“ai鱼”利用深度学习技术,对鱼苗的注射位置进行智能识别,可替代手工注射。“ai鱼”的注射效率可达每小时1200尾,注射成功率达99%以上,注射一个月后存活率达90%。

许多专家学者高度关注着这样的尝试。中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心首席科学家赵春江觉得,农业机器人的发展是一个全球都在关心的话题,我国农业机器人正处于起步阶段,很多技术包括机器算法、感知系统等都需要持续探索。

国际合作也在以一些有趣的形式开展。腾讯公司的“ai+农业”探索也备受注目,腾讯ai lab(人工智能实验室)与世界著名农业学府荷兰瓦赫宁根大学联手挑战“智慧温室种植”,双方的专家学者用人工智能和物联网等前沿技术优化种植决策,远程自动控制温室种植番茄、黄瓜等,为农业智能决策与温室自动控制提供了一种“实验室范式”。两年中,人工智能种出的农作物收成都超过了人类,腾讯首席探索官网大为说,这代表ai能做好温室的“高级管理员”,和人类协作完成任务,“我们将不断致力于推动这类ai的应用落地,帮助人类应对‘地球级挑战’,包括与人类息息相关的物、能源、水资源和气候等大问题。”

如今,发展数字农业农村成为全球共识。这几年,多国政府相继推出智慧农业发展计划,如德国、荷兰、日本等,规划用现代信息技术与先进农机装备推进“农业4.0”,为小农户搭建智慧服务平台等,让最前沿的技术在田间地头实现。我国农业农村部和中央网信办发布的《数字农业农村发展规划(2019—2025年)》描绘了中国数字农业发展新蓝图——到2025年,数字农业农村建设取得重要进展,有力支撑数字乡村战略实施。农业农村数据采集体系建立健全,天空地一体化观测网络、农业农村基础数据资源体系、农业农村云平台基本建成。数字技术与农业产业体系、生产体系、经营体系加快融合,农业生产经营数字化转型取得明显进展……

新华社概念图

记者手记 

 

借助ai和机器学习,人类正在解救自己

有这么一个瞬间,我感受到智慧农业就在我的舌尖。

农产品电商平台上有一段视频,云南泸水地区的一个贫困村里,年轻的村民正在远程管理怒江峡谷里的果园,为初挂果的沃柑施肥。他拿着手机操控水肥灌溉一体化设备,画面显示,除了自动化灌溉以外,还有一架多旋翼无人机正在低空盘旋,为果树施药,天、空、地一体化农情监测系统实时给出的植物健康指标也同步传递到手机上……

那是我去旅游过的怒江大峡谷,当地地势起落、群峰林立,据说村里几乎没有完整的大片土地,全部零散分布在大山间。真不可思议,在科学家和农科技术的加持下,“荒凉石头山”这几年竟然变成了现代化智慧果园。

我想尝一尝这温差大、积温高、光照强的无污染地区所种植的柑橘,于是点击下了一份订单,购买方便、价格也不贵。没过几天,我真的吃到了和画面显示一样的美味沃柑。

在通过味蕾感受智慧农业的同时,其实我们都是怀有某种隐忧的。根据联合国关于人口与饥饿问题的预测数据,到2050年,全球人口将增加20亿,农业生产力需提高60%才能提供充足的食物。而疫情的到来也加剧了担忧,各种“极限情况”可能摧毁我们的食物,让我们无法到田间地头去耕作,也无法采收果实、饲养牲畜,更无法保障食品安全。这几年一些全球热门影视剧就有不少聚焦未来可能出现的农业危机,反思并提出解决办法。

好在也有一些抚慰人心的数据:一家国际研究机构发布的预测报告显示,到2025年,全球在物联网智能农业技术领域的支出预计将增长两倍,达到153亿美元;仅农业方面的ai(人工智能)技术与解决方案支出也将大幅增长。电影镜头中的农业机器人、全自动化工厂甚至建造在外星球上的种植基地,或许不久就会成为现实。

人工智能和机器学习可能成为帮助我们应对危机的核心技术,但最终解救我们人类的还是我们自己。我在采访中深深感受到,不管是“一分投入一分产出”的高效订单农业,还是比市场“快了两步”的智慧农园建设,或者是尚且“悬浮”在实验室里的试点,科学技术只有被农业一线经营主体所运用——包括农户、家庭农场、合作社以及龙头企业等,农业才能真正摆脱“靠天吃饭”的状态。

新华社概念图

智慧农业的每一种实践,最终都要回归到田间、回归到大棚。相比一些发达国家,我们的智慧农业研发水平和应用水平整体还有差距,因起步较晚、基础薄弱,农业传感器、农业模型与核心算法等关键技术和产品尚不成熟,目前正在加速创新,逐渐摆脱“跟跑模仿”阶段。

好在越来越多的人正在奔赴这个行业:科研人员正在完善基于人工智能监控系统,跟踪每块作物田地的实时视频源,借此识别动物或人类的违规行为并发出警报;产量映射是一项关键农业技术,人们通过监督机器学习算法,从大规模数据集内查找模式,由此精准制定作物生产规划,其重大价值将难以衡量;还有,一些既懂科学技术又懂农业生产的“新农人”,雇用贫困村民从事现代农业,带领更多人一起致富。尽管更多农活将被机器人所取代,但“人力”依然必不可少,有经验的农人将成为机器的管理者、系统的协同者,真正从面朝黄土背朝天的辛劳中解脱出来……

看得出,智慧农业的发展必然呈体系化,需要政府、企业联动,需要解决政策、资金、人才等多方面问题。智慧农业未来可期,因为它是全人类的共同期盼。

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