人工智能在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用探討

王紅梅

（衡水學(xué)院電信學(xué)院 河北 衡水 053000）

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，目的是了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專家系統(tǒng)等。人工智能從誕生以來(lái)，理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，可以設(shè)想，未來(lái)人工智能帶來(lái)的科技產(chǎn)品將會(huì)是人類智慧的“容器”。人工智能可以對(duì)人的意識(shí)、思維的過(guò)程進(jìn)行模擬。人工智能不是人的智能，但能像人那樣思考，也可能超過(guò)人的智能。如果把資本和機(jī)械動(dòng)能作為大航海時(shí)代以來(lái)的全球近代化的強(qiáng)大推動(dòng)力的話，那么，人工智能和數(shù)據(jù)將會(huì)成為下一次歷史變革和科技革命的核心驅(qū)動(dòng)力。而下一次的變革，已經(jīng)越來(lái)越近了，或許它已經(jīng)到來(lái)了，在緩慢而深刻的革新著。現(xiàn)階段人工智能的發(fā)展主要受益于龐大的數(shù)據(jù)積累以及由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法所帶來(lái)的對(duì)數(shù)據(jù)處理的極大提升，從而進(jìn)入了快速發(fā)展階段。

1 人工智能在生活中的應(yīng)用

1.1 近幾年，人工智能逐漸被大家所熟知。自從AIphaGo在那場(chǎng)令人震驚的比賽上輕松的連勝世界著名棋手李世石時(shí)，人工智能就大步走進(jìn)了大眾的視野。人們驚嘆著機(jī)器在圍棋這種對(duì)智力與策略有所要求的游戲上超越了人類，人工智能也褪去了熒幕上的科幻感與神秘感，逐漸被拉入到現(xiàn)實(shí)生活中。而后，人工智能的非凡能力逐漸嶄露頭角，在各行業(yè)中生根發(fā)芽，我們的生活在科技的進(jìn)步中變得越來(lái)越便利。

1.2 人工智能目前已經(jīng)滲入到我們的日常生活中，每個(gè)人都在接觸著人工智能，享受著大數(shù)據(jù)帶來(lái)的便捷。例如，我們的手機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)有了指紋解鎖功能，其中，手機(jī)良好的按壓式解鎖，就是使用了人工智能的算法，將按壓的指紋多次采集，然后通過(guò)提取特征圖，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法進(jìn)行二值化，最后將特征值輸出，并與保存在手機(jī)中的用戶指紋的特征值作對(duì)比，最后判斷是否解鎖手機(jī)。整個(gè)過(guò)程只要1秒鐘，但是對(duì)手機(jī)的安全起到了至關(guān)重要的保護(hù)作用，這里面最大的功臣就是人工智能技術(shù)了，它化繁為簡(jiǎn)，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型將判定算法簡(jiǎn)化并優(yōu)化。

1.3 車站、賓館等地的人臉識(shí)別驗(yàn)證身份的機(jī)器，也是應(yīng)用了最先進(jìn)的人工智能技術(shù)。人臉系統(tǒng)主要包括四個(gè)組成部分，分別為：人臉圖像采集及檢測(cè)、人臉圖像預(yù)處理、人臉圖像特征提取以及匹配與識(shí)別。其中因?yàn)椴煌瑐€(gè)體之間的區(qū)別不大，所有的人臉結(jié)構(gòu)都相似，甚至人臉器官的結(jié)構(gòu)外形都很相似，導(dǎo)致人臉識(shí)別的難度非常大，又因?yàn)槿四樀耐庑魏懿环€(wěn)定，人可以通過(guò)臉部的變化產(chǎn)生很多表情，而在不同的觀察角度，人臉的視覺(jué)圖像也相差很大，所以對(duì)人臉提取特征值是一項(xiàng)很難的事情。而通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以十分精準(zhǔn)且迅速的提取出人臉特征點(diǎn)，從而又快又準(zhǔn)的進(jìn)行人臉識(shí)別。人臉識(shí)別目前在支付、驗(yàn)票以及抓捕犯人等地方應(yīng)用十分廣泛且有效。

1.4 人工智能不只是在上述場(chǎng)景中應(yīng)用廣泛，在其他隱藏的場(chǎng)景中也有很多的應(yīng)用。比如我們的手機(jī)拍照現(xiàn)在都有自動(dòng)美顏的功能，這就是應(yīng)用了人工智能的圖像處理手段，將圖像中的噪點(diǎn)識(shí)別出來(lái)并有效去除；我們用的知乎、頭條等應(yīng)用也是采用了人工智能的推薦算法，自適應(yīng)的給每個(gè)用戶推薦適合其喜好的內(nèi)容；甚至我們打的很多客服電話、在淘寶上咨詢的很多客服助手，都是采用的人工智能創(chuàng)造的虛擬智能對(duì)話機(jī)器人?？梢哉f(shuō)人工智能現(xiàn)在已經(jīng)和各個(gè)行業(yè)廣泛結(jié)合了。

2 農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 目前我國(guó)農(nóng)業(yè)具有收入低、投入高、受環(huán)境與氣候影響大等特點(diǎn)，因此不受年輕從業(yè)者的喜愛(ài)，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力流失嚴(yán)重。且由于農(nóng)業(yè)收益低、勞動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備陳舊，影響了我們的生活根基，因此發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)急需創(chuàng)新。

2.2 農(nóng)業(yè)現(xiàn)在急需解決的是方法的問(wèn)題。目前農(nóng)業(yè)利益微薄，越來(lái)越多年輕人外出打工，老舊傳統(tǒng)的農(nóng)作方法不僅效率低，且所需人力多，已經(jīng)不能滿足日益發(fā)展的社會(huì)了。所以需要引進(jìn)新的技術(shù)來(lái)支撐農(nóng)業(yè)發(fā)展。其中，人工智能就是一個(gè)很好的革新方案，人工智能與農(nóng)業(yè)的結(jié)合勢(shì)必會(huì)給農(nóng)業(yè)帶來(lái)一股強(qiáng)勢(shì)崛起的力量，甚至?xí)o農(nóng)業(yè)帶來(lái)翻天覆地的變化。

3 人工智能應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的理論探討

3.1 人工智能，狹義的理解就是讓機(jī)器具有人的智能，去做人能做的事情。但是人工智能還有另一種含義，它是一種解決問(wèn)題的新穎方法。通常來(lái)說(shuō)，我們并不是真正的去讓機(jī)器模仿人、做和人相同的事情，而是通過(guò)人工智能這種方法探尋同一件事情，通過(guò)使用機(jī)器與算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的可能性。甚至在某些人類不擅長(zhǎng)的地方，機(jī)器的表現(xiàn)明顯高于人(大數(shù)計(jì)算)。人工智能是一門很寬泛的科學(xué)，所以它也可以解決多種領(lǐng)域的問(wèn)題。

3.2 在人工智能中數(shù)據(jù)很重要。通過(guò)不斷地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理與歸一，來(lái)得到相應(yīng)的函數(shù)模型或事物發(fā)展規(guī)律。而農(nóng)業(yè)中最不缺的恰好就是數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)是人類所從事的最古老的行業(yè)，也是經(jīng)驗(yàn)最豐富的行業(yè)，從口述到筆錄，以及節(jié)氣的制定、黃歷的制定等，無(wú)不是對(duì)農(nóng)業(yè)的數(shù)據(jù)收集。有過(guò)農(nóng)業(yè)從業(yè)經(jīng)驗(yàn)的人都知道，影響農(nóng)業(yè)的因素有自然環(huán)境、降雨、土地面積、施肥等，單靠人憑借經(jīng)驗(yàn)分析非常的難，而這時(shí)就該機(jī)器與人工智能大顯身手了。

3.3 以以色列為例，這個(gè)國(guó)家地處中東，常年戰(zhàn)亂，絕大部分土地為沙漠，可耕種面積稀少，而且土壤非常貧瘠，更嚴(yán)重的是水資源異常匱乏，降雨稀少。然而，就是在這樣一個(gè)生存條件惡劣的地方，以色列許多農(nóng)產(chǎn)品竟領(lǐng)先于世界先進(jìn)水平，有“歐洲的廚房”之稱。他們是怎么做到的呢？以節(jié)水為例分析：作為嚴(yán)重缺水的國(guó)家，以色列人發(fā)明滴灌技術(shù)——通過(guò)裝有滴頭的管線將水和肥料直達(dá)植物的根部。所有的灌溉都采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確計(jì)算與自動(dòng)化控制，并通過(guò)灌溉系統(tǒng)的傳感器檢測(cè)地下濕度與植物根莖變化，再通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)決定灌溉量。并且由可以通過(guò)大量的傳感器采集數(shù)據(jù)，這種系統(tǒng)可以自行改變灌溉量。以色列這一套完整的灌溉系統(tǒng)正是將人工智能與農(nóng)業(yè)相結(jié)合，來(lái)讓機(jī)器智能完成人無(wú)法完成的壯舉。

4 農(nóng)業(yè)上應(yīng)用人工智能的具體方法

4.1 前面介紹了農(nóng)業(yè)應(yīng)用人工智能的許多方面，我們就結(jié)合起來(lái)，探尋最優(yōu)解法。首先通過(guò)以色列的灌溉系統(tǒng)，可以想到，不僅是滴灌，大范圍的噴灌也可以使用人工智能。我們大都見過(guò)掃地機(jī)器人，其實(shí)也可以設(shè)想一種農(nóng)業(yè)園噴灌機(jī)器人。此機(jī)器人工作時(shí)會(huì)先將園區(qū)掃描一遍，通過(guò)圖像與傳感器來(lái)計(jì)算園區(qū)有多少農(nóng)作物需要澆灌，同時(shí)可以用機(jī)器底部的傳感器測(cè)試各處土壤濕度，通過(guò)紅外傳感器測(cè)試植物的高度，以決定對(duì)每處農(nóng)作物的噴水量。在澆水時(shí)，它可以根據(jù)自己的方位來(lái)調(diào)整好噴水的角度、流量與時(shí)間，并根據(jù)計(jì)算機(jī)對(duì)先前圖像的分析來(lái)規(guī)劃好路徑完成整個(gè)園區(qū)的澆灌，而不會(huì)漏掉任何一處。并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜尋天氣預(yù)報(bào)，根據(jù)近期的天氣來(lái)適當(dāng)增減澆灌量。通過(guò)這樣一個(gè)人工智能機(jī)器人，不僅可以節(jié)省水資源與人力，更可以達(dá)到精準(zhǔn)澆灌的目的，保證農(nóng)作物的產(chǎn)量。

4.2 圖像識(shí)別也可以有效幫助農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)中有一項(xiàng)很大的挑戰(zhàn)是無(wú)法準(zhǔn)確判別農(nóng)作物出現(xiàn)的病變是由什么引起的。如果可以通過(guò)人工智能的圖像識(shí)別技術(shù)，讓農(nóng)民將生病的農(nóng)作物拍照上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)中，再由機(jī)器通過(guò)圖像識(shí)別將病變植物的特征值提取出來(lái)，與自身龐大的植物病變圖庫(kù)匹配，可以更快且更精準(zhǔn)的判斷農(nóng)作物發(fā)生病變的原因，從而可以避免農(nóng)作物出現(xiàn)病害時(shí)，農(nóng)民采取錯(cuò)誤的手段導(dǎo)致浪費(fèi)金錢與時(shí)間，甚至出現(xiàn)收成受損。人工智能技術(shù)將幫助農(nóng)民迅速并精準(zhǔn)地找出問(wèn)題的根源。

4.3 人工智能除了能在陸地上進(jìn)行協(xié)助外，在天上同樣可以更好的幫助農(nóng)業(yè)。眾所周知，我們的地球周圍圍繞著眾多的近地人造衛(wèi)星，它們時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)控著地球的氣候以及利用可見光譜之外的電磁波給人們提供地球表面的勘探數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對(duì)于農(nóng)業(yè)資源的分配至關(guān)重要。由于受全球范圍氣候變化的影響，過(guò)去很多的農(nóng)耕經(jīng)驗(yàn)早已不能適用于如今的氣候。而通過(guò)多顆衛(wèi)星收集大氣與地表的信息，再通過(guò)機(jī)器來(lái)對(duì)這些數(shù)目眾多的變量進(jìn)行分析處理，并對(duì)原有的氣候與地表環(huán)境進(jìn)行對(duì)比，最終智能的判斷不同地區(qū)應(yīng)該種植何種農(nóng)作物，以更加智能的方法來(lái)完成對(duì)農(nóng)業(yè)的引導(dǎo)。