人工智能賦能農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用研究

杜玉華

（臨朐縣山旺鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，山東臨朐 262617）

0 引言

人工智能是一門計算機(jī)學(xué)科的重要分支，它可以被歸納為一種具有與人類一樣感知、認(rèn)知和決策的智能處理能力；一種可以執(zhí)行的程序或系統(tǒng)。隨著科技的進(jìn)步，人工智能在醫(yī)療、教育、金融等各個方面得到了廣泛的應(yīng)用，并在一定程度上促進(jìn)了各個行業(yè)的快速發(fā)展。農(nóng)業(yè)是人們的衣食住行之源，是人們賴以生存的根本，是國民經(jīng)濟(jì)的支柱，是國家穩(wěn)定發(fā)展的“壓艙石”。在智能農(nóng)機(jī)、智能農(nóng)業(yè)中，人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，主要包括感知檢測、機(jī)器視覺；通過大數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控、自動修正、智能調(diào)整。其中，感應(yīng)探測技術(shù)是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，通過對外部環(huán)境的感知和反饋，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀的實(shí)時感知；機(jī)器視覺在農(nóng)作物識別、雜草識別、病蟲害識別等方面的應(yīng)用；障礙物的探測和路徑規(guī)劃；而大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化、施肥、智能收獲等方面的應(yīng)用，促使農(nóng)業(yè)機(jī)械和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合，確保了各作業(yè)環(huán)節(jié)的高效、高質(zhì)量。重點(diǎn)闡述人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個方面的應(yīng)用，并結(jié)合目前面臨的問題，指出了人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

1 人工智能賦能農(nóng)機(jī)概述及意義

人工智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)耕種管收的各個環(huán)節(jié)，解決了農(nóng)作物生產(chǎn)全程機(jī)械化耕作、病蟲害精準(zhǔn)識別與防治、智能收獲等與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的問題。

人工智能將會改變?nèi)藗兊纳罘绞健⑸a(chǎn)方式，并將其運(yùn)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，首先要做的就是最方便、最節(jié)約成本的事情。隨著人工智能技術(shù)的不斷完善，芯片的運(yùn)算能力已經(jīng)不再局限于服務(wù)器，而是將其應(yīng)用到最終的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

基于各種傳感器的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)收集、分析和應(yīng)用，為精確農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了廣闊的空間。以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程中的自主決策，從而使其在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)智能控制。以人工智能為動力的農(nóng)業(yè)，將會讓農(nóng)業(yè)機(jī)械變得更智能化，可以節(jié)省人力，降低勞動強(qiáng)度，節(jié)約農(nóng)資；確保環(huán)境效益，其功能和特點(diǎn)能夠?yàn)槭褂谜邉?chuàng)造實(shí)實(shí)在在的收益。隨著營銷的深入，機(jī)器銷售的增長，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的快速積累，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用將是一個新的社會價值。

2 人工智能對農(nóng)業(yè)機(jī)械化的影響

2.1 降低勞動成本，促進(jìn)生產(chǎn)效率提級增效

智能機(jī)器取代了人工操作，真正取代了傳統(tǒng)的人工勞動，使農(nóng)民的勞動得到了徹底的解放，并使他們的勞動條件得到了改善。通過自動化操作，減少了人工、時間、費(fèi)用，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率。比如，自動駕駛技術(shù)可以有效地解決農(nóng)業(yè)勞動力短缺的問題，從而使勞動力的相對價格下降。將智能農(nóng)機(jī)應(yīng)用于大數(shù)據(jù)、電腦網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)全過程機(jī)械化，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；母?、播種和管理。由于溫度、降水量、管理效率等不確定性因素對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響較大，在使用了智能農(nóng)業(yè)機(jī)械后，這些因素將會由不確定性變?yōu)榇_定性，勢必會增加收入，減小勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，增加生產(chǎn)力。

2.2 優(yōu)化資源利用、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平

我國是一個以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)大國，其勞動力技術(shù)水平與世界先進(jìn)國家存在著較大的差距。二元結(jié)構(gòu)的變化、加速的城市化、粗放的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土地資源的匱乏、生態(tài)環(huán)境惡化的危險與矛盾仍然存在。面對糧食安全等問題，智能化農(nóng)機(jī)在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。智能化的大田灌溉、水肥一體化等功能，充分發(fā)揮了節(jié)水的作用。智能化農(nóng)機(jī)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、全產(chǎn)業(yè)鏈的云計算平臺，利用工業(yè)部門信息化平臺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了種、管、收的全過程自動化，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平得到了極大的提升。合理耕作，加強(qiáng)后續(xù)施肥，通過防治土地退化等有效手段，有效地解決了制約我國耕地資源短缺的“瓶頸”，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生態(tài)化和質(zhì)量提升。

2.3 促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益雙提升

機(jī)械化、無人化的農(nóng)機(jī)裝備，有效地緩解了人地矛盾和水土流失等在我國的發(fā)展中所面臨的問題，也緩解了由于人口老齡化導(dǎo)致農(nóng)業(yè)勞動力短缺，成本增加所造成的影響。將人工智能、生物防治、綠色植保等先進(jìn)科技結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了由量增加向量與質(zhì)的轉(zhuǎn)變，降低了國內(nèi)主要農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本增長的壓力。優(yōu)化了以高技術(shù)支持、以高質(zhì)量勞動力為基礎(chǔ)的發(fā)展模式，取代了以資源、物力為主導(dǎo)的發(fā)展模式，這對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益都有很大的推動作用。

3 人工智能在農(nóng)業(yè)機(jī)械化中的應(yīng)用

3.1 自動控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化中的應(yīng)用

目前，自動控制技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)中，但其在農(nóng)業(yè)機(jī)械化方面的應(yīng)用還處在起步階段。在農(nóng)用機(jī)械設(shè)備上設(shè)置了電子顯示、監(jiān)控系統(tǒng)，使操作人員能夠?qū)崟r掌握農(nóng)用機(jī)械的運(yùn)行狀況。由于作物種類的不同，對作物的生長要求也各不相同，采用自動控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對自然環(huán)境溫度、濕度、光照的實(shí)時監(jiān)測；通過對土壤狀況的要求，將數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸至監(jiān)測系統(tǒng)，通過一系列的分析和研究，實(shí)現(xiàn)溫度控制、澆水、施肥，為作物創(chuàng)造一個更為適宜的生長環(huán)境。通過自動控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)收割機(jī)等機(jī)械設(shè)備的控制，最大限度地減少谷物的損耗，提高作業(yè)的可控性和技術(shù)性。利用自動化技術(shù)，使農(nóng)機(jī)擺脫了以往的限制，擺脫了單純依靠農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)，使農(nóng)民投入更少的勞動，提高了作物的產(chǎn)量。

3.2 圖像識別技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化中的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展中，利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、攝像機(jī)、儀器設(shè)備等對自然環(huán)境的感知是實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。比如，在插秧機(jī)、翻土機(jī)、收割機(jī)等機(jī)器的應(yīng)用中，隨著機(jī)器的運(yùn)動，由人工智能來監(jiān)控周圍的情況，從而更加準(zhǔn)確可靠地完成作業(yè)，從根本上解決了傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)在機(jī)械化操作中，由于沒有及時避開障礙物，導(dǎo)致農(nóng)用機(jī)械的損傷。作業(yè)時也會注意到任何一個細(xì)節(jié)，不會造成重復(fù)或疏漏的情況發(fā)生。在人工智能的幫助下，圖像識別技術(shù)就像是人類的眼睛一樣，可以隨時收集周圍的一切，然后將這些信息傳輸?shù)诫娔X上，通過電腦進(jìn)行精確的計算，下達(dá)相應(yīng)的命令。另外，利用圖像識別技術(shù)，可以實(shí)時監(jiān)測和掌握作物的生長狀況，為指導(dǎo)施肥、溫控、灌溉提供科學(xué)依據(jù)。

3.3 虛擬技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化中的應(yīng)用

人工智能最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行精確的計算和仿真，以達(dá)到預(yù)測的需要，從而避免實(shí)際操作中的錯誤。技術(shù)人員可以將以前采集到的作物的生長情況輸入到智能系統(tǒng)中，從而掌握作物生長的各種需要，從而為作物的生長提供更為可靠的土壤、溫度、濕度和光照條件。雖然虛擬技術(shù)看上去只是一個虛擬的作物成長過程，但它可以為農(nóng)民準(zhǔn)確地把握作物的生長規(guī)律，使其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用更加科學(xué)合理。另外，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，也可以利用虛擬技術(shù)，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動強(qiáng)度，這樣既能充分滿足作物的生長需要，又能有效地利用已有的資源，從根本上減少人為因素造成的錯誤，從而全面地提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。

3.4 機(jī)器人技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)是將圖像識別、語言識別、數(shù)據(jù)信息處理等技術(shù)相結(jié)合的人工智能技術(shù)，可以在一定程度上取代農(nóng)民的勞動。比如，智能播種機(jī)通過前端的檢測設(shè)備，能夠?qū)崟r地采集到土壤的信息，并通過人工智能的優(yōu)化算法，得到最佳的播種密度和路徑，從而實(shí)現(xiàn)自動播種。農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人還可以在種植的時候，對周圍的植物進(jìn)行拍照，然后輸入到電腦網(wǎng)絡(luò)中，確定雜草對農(nóng)作物的生長有沒有影響？農(nóng)作物的生長情況如何？種植的距離是否合適？農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有更好的數(shù)據(jù)處理能力，可以通過采集到的作物相關(guān)數(shù)據(jù)，來判斷作物的生長情況。而農(nóng)業(yè)機(jī)器人的掃描功能，則可以讓農(nóng)民更早地察覺到可能存在的疾病，從而制定出相應(yīng)的防治措施，來減少農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)損失。

4 面臨的困難和建議

4.1 制造工業(yè)基礎(chǔ)薄弱制約人工智能技術(shù)升級

農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化產(chǎn)業(yè)具有很強(qiáng)的相關(guān)性和覆蓋面，其發(fā)展的力度與其基本技術(shù)的發(fā)展程度息息相關(guān)。當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)發(fā)展還處于初級階段，農(nóng)業(yè)機(jī)械與農(nóng)業(yè)技術(shù)的有機(jī)銜接不夠緊密，缺少關(guān)鍵技術(shù)，農(nóng)業(yè)裝備的可靠性和耐用性不夠是農(nóng)業(yè)裝備信息化和智能化發(fā)展的主要問題，再加上我國的技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)、技術(shù)研發(fā)系統(tǒng)與國際先進(jìn)水平存在一定的距離，從而制約了人工智能技術(shù)的全面升級。

4.2 智能農(nóng)機(jī)裝備交互性有待提升

智能農(nóng)業(yè)設(shè)備與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的最大差異是交互作用。人與機(jī)智能系統(tǒng)相互耦合，共同進(jìn)行復(fù)雜的工作，從而實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)以及對智能算法的仿真、深度學(xué)習(xí)，這4個方面的提升，將會成為一個強(qiáng)有力的力量，共同推進(jìn)和支持人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。

4.3 人工智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究規(guī)劃方面有待優(yōu)化

當(dāng)前，國內(nèi)的智能化農(nóng)機(jī)還處于初級發(fā)展時期，高智能化的農(nóng)機(jī)成本高，不適合農(nóng)業(yè)的實(shí)際應(yīng)用。因此，農(nóng)業(yè)裝備智能化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營管理，必須將人工智能作為國家頂層設(shè)計的重點(diǎn)。世界上一些國家已經(jīng)對智能農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了分類，為農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展做了預(yù)先的規(guī)劃。混合智能、跨業(yè)智能技術(shù)將會在提高智能水平上扮演越來越重要的角色，尤其是跨業(yè)智能將會在農(nóng)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

4.4 突破關(guān)鍵核心技術(shù)

加快“信息感知、量化決策、智能控制”的建設(shè)，做優(yōu)“精準(zhǔn)投入”的農(nóng)業(yè)智能化技術(shù)系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)智能化的核心技術(shù)主要有：基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)感知技術(shù)、基于大數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)分析技術(shù)、云計算技術(shù)以及信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)的深度融合，建設(shè)好這些關(guān)鍵共性核心技術(shù)裝置和做優(yōu)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)智能分析決策系統(tǒng)，才能在核心技術(shù)上有所突破！

5 結(jié)語

在農(nóng)業(yè)機(jī)械化方面，人工智能技術(shù)的運(yùn)用，已有一定的成效。在今后的發(fā)展中，必須不斷提高農(nóng)機(jī)的智能化標(biāo)準(zhǔn)，以解決農(nóng)機(jī)智能化的人機(jī)界面標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不能滿足集中管理的需要。提出要積極推動區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建一個更為完善的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系，同時，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化轉(zhuǎn)型的研究，完善學(xué)習(xí)算法，探索智能化技術(shù)的創(chuàng)新之處，構(gòu)建完整的實(shí)時數(shù)據(jù)處理模型。在有條件的前提下，要加大對農(nóng)機(jī)裝備的研發(fā)力度，推動農(nóng)機(jī)智能化的發(fā)展。從實(shí)際情況來看，智能技術(shù)、農(nóng)機(jī)裝備對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的促進(jìn)作用比較明顯，但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、收獲完成程度方面還比較粗糙，智能化程度還不高。科技工作者要積極借鑒先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，樹立綠色發(fā)展的理念，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供持續(xù)的動力。在農(nóng)業(yè)機(jī)械化方面，要適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需要，要充分考慮到廣大農(nóng)民的需要，使農(nóng)機(jī)智能化管理成為可能，真正實(shí)現(xiàn)用智能化的技術(shù)來推動農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)水平，開辟更大的發(fā)展空間！