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人工智能将在农业领域发挥优势，各位农友你准备好了吗
名词解释：人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。
早在上个世纪人工智能技术便开始了在农业领域内的探索，但由于当时技术水平有限，并未带来太多实质性的进展。进入21世纪后，AI技术在工业领域所发挥出的巨大效能，让农业看到了新的变革的机会。
在去年年底举办的第十九届中国国际高新技术成果交易会上，展现出了现今AI在行业内结出的硕果，如探测土壤、灾害预警、自动播种等。AI为农业赋能，已然成为了农业现代化的必然发展趋势。
AI在农业领域发挥出的效能
在农业领域内，始终流传着一句话——靠天吃饭。面临不同的地理条件、气候水土、环境气候等一系列因素，农业旱涝保收始终是个持续性话题。另一方面农业基础设的薄弱以及人力成本的提高，也对收成造成了很大程度的影响。
此前在自动化农业方面的探索，各国都垂直在效能机器人方面，如剪羊毛机器人、挤奶机器人、放牧机器人等产品，主要通过柔性自动化或半自动化设备解决劳动力成本这单一问题而已。现如今以机器学习技术为例，正在农业领域发挥着减少产量损失与劳动力成本的作用。可以说人工智能技术正扭转着以往靠天吃饭的局面。
以农业为例，美国加州的InterlinAir公司，通过卫星图片给出的数据，对农田自身情况（杂草、施肥、虫害）进行判断，并结合深度学习技术，给农场主最佳的营养建议、气候建议，并可对产量进行预测。
另一方面随着农业自动化进程的推进，人工智能技术通过对对物联网基础设施数据的收集，结合算法将其变为可视化的指导性数据，给出最佳的种植及市场方案。如结合市场、环境等多维度因素，分析出本年最适合种植的产品。
再在以畜牧业为例，以往由于牧畜疾病造成的损失无法做到有效的防控。据调研显示，每100头乳牛中会出现将近四分之一例的跛足，而乳牛跛足这一问题，有可能让全球乳品业每年出现超过110亿美元的损失。在养殖过程中即便经验丰富的饲养员也无法做到对每一头乳牛的情况了如指掌。人工智能技术的出现，解决了这一尴尬问题。
加拿大的Cainthus机器视觉公司近期就为一家农场引入了该项技术。通过机器视觉原理以及配套的IoT设备对数据进行收集处理，以直观的方式让饲养员了解每一头牛的健康状况，为每一头牛建立属于自己的健康档案。
国内近期在畜牧业方面也有了全新进展，近日阿里云与四川特驱集团、德康集团宣布达成合作，利用自家视频图像分析、面部识别、语音识别、物流算法等人工智能技术，为每一头畜牧都有自己可供记录、查询以及分析的档案。
据调查显示母猪在生产时很可能出现难产现象，即便顺产下来的猪崽，也很有可能在环境及其他事故中去死。而语音识别技术能够捕捉幼崽在被挤压时发出的叫声，让饲养员能够第一时间发现问题。引入人工智能技术后，每头母猪每年能够多产下3只幼崽，且死淘率降低3%。
不仅吃饱更要吃好
人工智能技术的应用不仅让产量得到了提升，更让整个产业链条发生了革命性的改变。以较为‘娇贵’的草莓为例，这类水果天生就对温度、湿度、磕碰有着严格的要求，每一项环节出了问题，均会对口感造成极大‘伤害’。
一颗草莓在流通到市面前，要历经种植→采摘→物流等诸多环节的考验。农户在种植前，先要对果实成熟期进行考量，判断种植时间，以免发生大规模上市引发的产能过剩问题。随后的种植过程中，还要考虑土壤、水分、光线、探测虫害等一系列问题。最后果实成熟后，冷链运输的好坏直接影响了用户购买的意愿。
而以往这些只能凭借经验来运作，随着人工智能应用的渗透，越来越复杂的应用场景需要更具针对性的产品和技术，有效地提升软硬件协同的数据洞察能力。英特尔曾提出过一个人工智能全栈解决方案，该解决方案利用图像分析、深度学习等AI技术，能够对市场需求、种植情况、虫害、采摘时间、运输温度等决策的判断，以保障草莓以最新鲜的状态呈献给消费者。
人工智能在农业领域的赋能，正让复杂的事情变得更简单，释放出无比巨大的产业能量，在解决吃饱的问题之上，更让我们吃的更好。
农业AI技术迅猛发展
在此前印发的《新一代人工智能发展规划》中曾提出，人工智能下一步发展将与各行业融合创新，在农业方面，未来将研制农业智能传感与控制系统、智能化农业装备、农机田间作业自主系统等。建立完善天空地一体化的智能农业信息遥感监测网络。大力发展智能农场、果园、加工车间等绿色智能供应链等集成应用示范
目前我国已进入加快推进农业现代化发展的新阶段，电商平台更是为其添了一把干柴。从研究报告数据来看，2016年农业领域人工智能市场金额为4.322亿美元，预计2025年将达到26.285亿美元，每年保持22.5%的复合年增长率。
即便在资本与政策的利好下，农行主、创业者依旧需要脚踏实地找到与技术结合的最佳点，创造能够为自身‘输血’的盈利模式来谋求更长远发展。
科技正改变农业种植过程：机器人将全程接盘
据Science News for Students报道，种植食物通常从种子开始。那颗种子（也许是番茄种子）被栽在地里，慢慢发芽成长，穿透泥土，接受阳光照耀。几个星期或几个月后，这颗种子就变成了高大的植物，上面长着几十个成熟的西红柿。有人摘下果实，并将它们装进箱子里。其他人则把这些箱子运进仓库，最终卖给餐馆或杂货店。之后，厨师会把它切成小块放在沙拉里。
▲图1：许多农民已经开始利用无人机（机器人飞机）精确地监控农田、作物和农作物威胁(如昆虫和旱情)。不久的将来，机器人也可以采摘农作物，并将它们送向市场
如今，这个过程使用的技术依然很低级。当然，已经有汽车和卡车参与其中，但有机器人技术吗？还不太多，每个步骤依然有人类发挥关键作用。然而，这种情况可能会改变，而且很快就会发生。加州门洛帕克市Abundant Robotics公司负责人丹·斯特里（Dan Steere）说:“未来10年将会有许多重要技术出现，它们将使农业各个部分变得更高效、更多产、更健康以及更便宜。”
换句话说，在我们种植和准备食物的过程中，机器人将越来越重要的角色。随着时间的推移，现在上中学的孩子长大成人时，整个食物种植周期可能全部由机器人完成。即使是现在，机器人也能帮助农民，让他们以更有效的方式种植水果、蔬菜和谷物。很快，它们就能帮助农民更快地收获食物。有些食品仓库已经配有自动驾驶卡车。机器人甚至能帮我们把食物放到我们的盘子里。事实上，名叫莎莉（Sally）的机器人已经在这么做了。我们的目标是让食物的生产和制作变得更快、更简单、更高效。
种下种子
每块田地里都有些不那么肥沃的土地，农田也可能不平整。它可能比周围地面更高，也可能更低，甚至可能有沟渠。如果有小溪穿过田野，那么在这条小溪附近的土地恐怕就无法种植作物。除此之外，同一块土地的土壤质量也有很大差异。所有这些因素都会影响土地的产量和食物的味道，而收获则会影响农民的收入。
数学帮助农民计算每块地应该播撒的植物种子数量，并确定种植地点。但是土地也会随着时间的推移而变化，所以这些计算必须每年不断重复地地进行。
科技正改变农业种植过程：机器人将全程接盘
▲图2：四轴飞行器在农场上空飞行，从空中拍摄照片。这可以帮助描绘土壤质量、作物甚至害虫情况
蒂奥·皮斯托瑞斯（Theo Pistorius）是DroneClouds公司的负责人，它位于南非开普敦。DroneClouds是众多使用无人机帮助农民了解种植土地的公司之一。该公司使用的无人机配有五个摄像头。皮斯托瑞斯表示，每个摄像头“本质上就像iPhone上的摄像头”。但不是普通的iPhone。他说，每个摄像头都可被想象成“一台非常专业的、被专门校准过的照相机”。
当无人机的摄像头从田地上空扫过时，它们会拍下这片土地的照片。不仅可以显示土地的大小和不同地形，还揭示了土壤的变化和灌溉问题。这些照片甚至还展示了昆虫和真菌可能在哪里造成问题。接下来，DroneClouds通过处理这些图像来创建地图，展示这块田地及其上面种植作物的增长情况。皮斯托瑞斯解释说:“然后我们做分析，并向农民解释。”例如，如果这些图像来自苹果园，他们可能会看到树木是如何生长的，甚至会注意到高大的杂草使小果树陷入困境。
▲图3：津巴布韦农民手里拿着无人机，用于空中作物制图。这只是机器人参与食品生产的一种方式。
为了查明问题，分析师将这些照片与其他同类照片进行比较。这叫做比较分析。皮斯托瑞斯说，这就像跑一场比赛，然后将你的成绩与赛季初的标准进行比较，这可以让你衡量自己的进步程度。但是跑步者也会与其他跑步者进行对比，所以农民把他们的农田照片和其他农民的照片进行比较，这被称为基于签名的分析。
皮斯托瑞斯说：“理想的照片来自世界各地的实验室。每隔四年，来自南非农业研究委员会的科学家就会在美国实验室中的专家会面，并收集大量的签名分析数据。”在这方面，这两个国家的农民可以互相帮助。
采摘水果
持续监测植物的生长状况。日复一日，太阳升起又落下。有时有明媚的阳光照射，有时天会下雨。最后，收获季节的到来。随之而来的就是农业机器人领域的前沿工作。两年来，Abundant Robotics公司始终在研发能摘苹果的机器人。两年？摘苹果不是很容易吗?如果你是机器人的话，摘苹果并不容易。
要理解为什么机器人摘苹果如此困难，首先让我们分解这个过程。当你看到苹果挂在树上时，你的眼睛会向大脑发出信号。大脑会处理这个信号中包含的数据，比如苹果的颜色以及它在树上的位置。本能地，你会知道何时适合采摘苹果。然后大脑会指挥你伸出手臂，手部用力把水果从树枝上拉出来。你握着苹果，就像轻轻握着小鸟以免碰上它，但会坚定地将它摘下来。
▲图4：对人类来说，摘苹果的动作很容易，即使是小孩子也能做到。但对于机器人来说，这种简单的动作并不容易复制。
当你选择摘取苹果时，你需要很快做出所有这些决定。但如果你需要摘完整个果园中的苹果，那将需要很长很长的时间。你摘了一个苹果后，就得把它放进篮子里。然后不断重复这个过程，直到你的篮子满了。然后顺着梯子爬下去，你必须先把篮子清空，然后再爬上来重新开始。
从数百棵果树上采摘果子是非常耗时的，而这就是人们寻求机器人帮助的原因。当Abundant Robotics的技术成功后，农民将能够种植更多的果树。他们不会担心自己的部分作物因为无法及时采摘而腐烂。Abundant Robotics需要解决的第一个问题是机器人获得正确的信号。斯特里解释称：“如果你没有一双好眼睛，在现实世界中很难完成很多任务。”
因此，Abundant Robotics公司不得不给他们的机器人“更好的眼睛”。这套系统以及它连接到机器人大脑的方式被称为计算机视觉。斯特里说，计算机视觉帮助机器人看到“苹果的每个表面”，除了判断苹果的大小、颜色和重量外，甚至可以探测水果上的任何缺陷。这样的系统正在迅速改进机器人能做的事情。
然而，即使拥有“超级眼睛”，苹果机器人仍然需要学习如何在不伤害它的情况下亲自摘取水果。斯特里说:“在机器人技术中，动作太大会破坏果实。如果它挫伤或刺穿了苹果的外皮，那看起来会很糟糕，平贵哦很可能不会卖出去。粗暴的处理也会损坏树木。”所以机器人必须协调它的视觉和运动技能。
回想一下摘苹果的过程：你必须知道选哪个苹果，你必须迅速而温柔地选择它。还有什么?你不能打扰树上的其他苹果，因为它们还需要更多时间来生长。斯特里表示：“我们的愿景是机器人能够识别水果，包括确定苹果成熟与否。它必须在很短的时间内完成所有的事情。几十年来，人们始终希望实现农业自动化，这并非是不可能的。”但即使成立两年后，他的团队仍然没有完成技术开发!Abundant Robotics的机器人将在今年晚些时候上市，开发伟大的农业科技需要更多耐心。
筛检收获
▲图5：咖啡浆果有多种颜色，新的机器人可以很快区分开它们。
将果实采摘下来后，必须将好的水果与坏的水果分开。这就是bext360公司正在做的。它的机器人不是用来处理苹果，而是可可、坚果、小豆蔻以及咖啡浆果等。这家公司总部位于美国科罗拉多州丹佛市，创始人是丹尼尔·琼斯(Daniel Jones)。以这些咖啡浆果为例，琼斯解释说:“农民们会把咖啡收起来，放在我们的机器里。然后，机器通过视觉系统把浆果筛选出来，并绘制浆果瀑布。”
这就是机器所盯着的东西，所有的东西都被拍照。然后，机器人用这些图片把好的咖啡浆果从坏的东西中分类。机器视觉和计算机视觉本质上是一样的，只是Abundant Robotics公司和best360公司的机器人执行不同的任务。不过，同样的核心技术也能帮助他们做到这一点。
▲图6：在制造机器人之前，工程师们先画出它的样子，这就是bext360咖啡机器人的设计图
这两款机器人也需要更强大的计算机视觉技术。视觉可以告诉bext360的机器人如何筛选，然后机器人需要具体实施操作。农民需要从地里采摘咖啡浆果，每次最多30公斤。然后，他们在机器人的顶部装载了大约1.8万颗浆果。在大约3分钟内，机器人将独自完成对每个浆果的分类。要做到这一点，机器人必须给每颗浆果拍照，然后在仅仅22毫秒左右的时间里分析它们。
琼斯说:“在那一瞬间，我们就会知道浆果的一切。”浆果会被放进不同的箱子里，包括好的水果，以及残次品。咖啡浆果落地后，机器人会与农夫分享分析结果。琼斯表示:“机器人测量的主要因素是尺寸、颜色和密度。”它还检查浆果内部和外部是否有腐烂或疾病迹象。这就是为什么农民们只把地里的部分浆果放进去的原因。这些信息可以帮助他们知道，他们在某块地里尝试的东西是否比其他地块更有效。bext360的机器人刚刚上市，大约6个月前才开始销售。
上桌
采摘、分析以及分类后，这些水果会被送入仓库。将来，很可能会出现自动驾驶半挂卡车负责运输，而自动驾驶叉车则可以将托盘从卡车上移开，送到另一辆开往餐馆或商店的卡车上。亚马逊已经开放了首家没有店员或收银员的无人便利店，机器人充当所有角色。
▲图7：无人驾驶叉车不需要司机，它可以自动驾驶。
最终将这些原料变成食物的可能是机器人莎莉。莎莉会制作沙拉。从外表看，她就像个盒子，有触摸屏和可以放置碗的洞。但在内部，这个机器人十分复杂。开发莎莉机器人的Chowbotics公司负责人迪帕克·塞卡尔（Deepak Sekar）指出：“莎莉是个盒子，但里面是机器人部件。”
塞卡尔解释说:“机器人内部有些圆柱体，里面装满了预先准备好的材料。”人们用触摸屏来激活莎莉，用餐者可以根据卡路里和配料来定制沙拉。每台机器人的售价为3万美元，而莎莉的设计初衷并不是要在家里使用。Chowbotics希望把机器人卖给学校和办公室，在自助餐厅和休息室里使用莎莉。
塞卡尔还称:“我们经常听到学校里的学生不喜欢吃沙拉。为什么？因为它们看起来有点儿恶心。而莎莉的所有食材都在其体内，所以你不必怀疑一个小时前有人在西红柿上打了喷嚏!而且你的沙拉总是新鲜健康的。”
目前，从种植到上餐桌这个过程，机器人并未参与每个部分，但很快它们就会出现。这将使我们的食品生产过程更加凉爽。更重要的是，机器人将来甚至可以供应整个世界粮食。想想看：今天，DroneClouds帮助农民们知道如何种植更多作物，bext360帮助他们知道如何更高效地种植，Abundant Robotics帮助种植者更快地收割，这意味着农民可以种植更多。然后，Chowbotics商店以更健康的方式制作食物。
斯特里说：“如果年轻人想要进入农业领域发展，现在将是历史上最令人惊叹的时刻之一。自动化所能做的事情将会继续改变农业，并促使其迅速发展。”
科技发展日新月异，未来农业必是高科技农业，对从业者的要求将会更高，各位农友要做好思想以及相关知识的准备，否则，未来有一天你将无法立足这个行业。 | 
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发表于 2018-2-25 05:17
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发表于 2018-2-25 08:30
