人工智能如何帶“火”農(nóng)業(yè)
日期： 2020-07-29 來源： 農(nóng)民日報 記者 黃 慧 韓 嘯
在底肥里添加油渣，是紀榮喜（前）種植草莓的秘方。 穆功 攝
7月20日清晨，全國勞動模范紀榮喜起了個大早，收拾行囊從江蘇鎮(zhèn)江趕往云南昆明。同他一起上飛機的，除了鎮(zhèn)江市的幾位草莓種植“高手”外，還有一大包農(nóng)家肥和鏟子等農(nóng)具——這是他為參加第一屆“多多農(nóng)研科技大賽”決賽準備的“裝備”。
7月22日，由中國農(nóng)業(yè)大學和拼多多共同發(fā)起的第一屆“多多農(nóng)研科技大賽”決賽在昆明正式啟動。自大賽啟動招募開始，吸引了來自全球超過17支AI（人工智能）隊伍，超過108人報名。經(jīng)過激烈的初賽答辯及評審，最終，4支“AI隊伍”進入決賽。與他們一起較量的，是紀榮喜勞模工作隊、圣野漿果富民隊、艷九天巾幗隊、神農(nóng)小隊等4支由國內(nèi)頂尖草莓農(nóng)人組成的隊伍。
在接下來4個月，54位選手將在位于昆明市富民縣的國家高原云果產(chǎn)業(yè)園內(nèi)開展高原草莓“人機”種植競賽，探索“傳統(tǒng)經(jīng)驗”與“人工智能”的結合之道，最終得到可復制的本土化數(shù)字農(nóng)業(yè)解決方案。
資深農(nóng)人帶著“秘方”來參賽
記者在23日的比賽現(xiàn)場看到，8個全透明的獨立溫室內(nèi)各有6條10米的基質(zhì)槽用于種植草莓，目前草莓苗已全部定植完畢。
主辦方介紹，為保持比賽的公平性，選手所使用的草莓均是由云南農(nóng)業(yè)科學院統(tǒng)一提供的“章姬”品種。大賽提供標準版的基質(zhì)、水肥，參賽團隊也可根據(jù)自身需求調(diào)配，最終進行成本核算。
“農(nóng)人隊”的溫室為傳統(tǒng)鋼架地栽溫棚，配備定比施肥器、水泵、滴灌軟管等基本設備。這些裝備雖然平淡無奇，但頂尖農(nóng)人們卻各有“秘方”。
“我的秘訣很簡單，就是在底肥里添加油渣，這樣種出來的草莓更香甜。”紀榮喜說，江蘇鎮(zhèn)江有著三十多年的草莓種植歷史，他本人從1984年起就開始種草莓。這次希望通過精細化管理和豐富農(nóng)事經(jīng)驗，能夠和“人工智能”一決高下。
由遼寧省第十三屆人大代表馬廷東牽頭的“圣野漿果富民”隊對比賽信心滿滿，隊中有鉆研草莓三十年的高級農(nóng)藝師史功成。“在傳統(tǒng)草莓種植過程中，農(nóng)人的經(jīng)驗十分重要，需要對草莓進行長期、精細的照料，根據(jù)草莓所處的不同時期隨時做調(diào)整。”史功成向記者解釋，“比如現(xiàn)在，草莓植株定植成活后會長出較多的匍匐莖，要及時摘去，否則會消耗母株營養(yǎng)；有些剛長出來，藏在葉片下面很不起眼，用機器不一定能立刻發(fā)現(xiàn)。”史功成一邊說著，一邊從葉柄基部小心翼翼地摘掉一個很小的匍匐莖。
90后孫郁晴是一名“莓二代”，她是“艷九天巾幗”隊的成員，在剛剛拿到美國東北大學研究生獎學金后，孫郁晴選擇回到家鄉(xiāng)，和母親一起從事草莓種植行業(yè)。
“來之前，我們不知道現(xiàn)在技術已經(jīng)這么先進了。以前我們也用過物聯(lián)網(wǎng)技術，但傳感器數(shù)據(jù)處理不準確，覺得還不如人工方便，就放棄了。希望借這次比賽，把草莓種植在經(jīng)驗的基礎上再往前推一步，尤其看AI怎么把種植決策建立在精準的數(shù)據(jù)基礎上，為我們公司日后的發(fā)展，提高工人的工作效率等做鋪墊。”
構建人和AI協(xié)同發(fā)展的共生關系
和“傳統(tǒng)組”相對是AI組的四個高大溫室，里面設施相對比較復雜，配備了內(nèi)遮陽、頂開窗、側開窗、內(nèi)循環(huán)通風、灌溉、施肥、水肥智能控制等系統(tǒng)。記者注意到，棚內(nèi)完全看不到工作人員的身影，只有溫度、濕度、光照等數(shù)值在電子顯示屏上閃爍。
“我們的AI系統(tǒng)能讀取溫度、風速、輻射強度、相對濕度等38個生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)。即便不在溫室，也能遠程調(diào)控通風窗、水肥等。”AI戰(zhàn)隊“智多莓”的隊長程飚介紹，相比傳統(tǒng)種植，人工智能種草莓在節(jié)省人力、精準調(diào)控上有顯著優(yōu)勢。
這支來自云南本土的技術強隊計劃將近紅外光譜分析技術應用在草莓生長上。這項技術此前被公安、化工領域成熟應用，常見于毒品、化工品的無損檢測。
程飚介紹，原理在于將光譜變化同植株生長、病蟲害對應，并通過15項環(huán)境參數(shù)、7項作物參數(shù)，建立起一套草莓PCSE生長模型，并由AI自動做出種植策略判斷。
“用算法訓練機器的同時，也希望可以訓練農(nóng)人，讓其靈活掌握應用這套技術，讓農(nóng)民變成技術工人。”程飚說。
如何讓人工智能、機器人學習到頂尖農(nóng)人們的種植經(jīng)驗，進而優(yōu)化生產(chǎn)管理過程，這始終是科學家們在此次比賽中關心的問題。
來自荷蘭瓦赫寧根大學博士生閔錢曦是云南人，作為一支AI戰(zhàn)隊的成員，她希望探索將最前沿的技術在家鄉(xiāng)落地。“下一代溫室智能控制的模式將會是基于‘感知—傳輸—思考’的決策模式，通過雙層算法單元讓AI提供更優(yōu)的解決辦法。”她認為，人類的知識和經(jīng)驗，可以和AI共存，并且用更簡單、更可持續(xù)方法為每個人提供優(yōu)質(zhì)美味的蔬果。
Cyberfarmer（網(wǎng)絡莓農(nóng)）隊的代表林森有類似觀點。他們在決賽中，將采用基于知識圖譜的溫室智慧管控決策方法。簡單來說，就是輸出一套草莓種植決策模型，并根據(jù)草莓生長參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的反饋，訓練AI進行自動控制。
“當前的人工智能，是大數(shù)據(jù)和深度學習為代表的弱人工智能，更高級形式則是碳智能和人機混合智能。”林森說，未來人和AI一定是協(xié)同發(fā)展、人機共生的關系。
探索可復制的數(shù)字科技應用范本
中國農(nóng)業(yè)大學副校長龔元石表示，這次比賽的初衷，在于探索將國際最前沿的數(shù)字農(nóng)業(yè)科技做本地化應用，形成一套可復制、可推廣的模式與經(jīng)驗，并在中國各大農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)落地。
在決賽中，各支隊伍種出的草莓將經(jīng)歷嚴格評估：產(chǎn)量及品質(zhì)、投入產(chǎn)出比、算法及種植策略的先進性等。
“多多農(nóng)研科技大賽”組委會負責人蘭克介紹，關鍵在于利用能源及農(nóng)資最少，種出草莓品質(zhì)最佳，效益最高。
南京農(nóng)業(yè)大學教授倪軍是一支本土AI隊伍的隊長，他認為利用多樣性傳感器及作物生長感知技術，可以有效減少化肥、農(nóng)藥用量，提升產(chǎn)量和品質(zhì)。此前其團隊已在大田糧食作物生產(chǎn)中的氮肥管理領域有成功經(jīng)驗。
“采用新技術的種植策略，肥料利用率可達到50％以上。”倪軍表示，經(jīng)過實地測算，畝省水70％、省肥50％左右，相當于每畝地節(jié)約了350元，而且還能省下400元的勞動成本。
“前端技術進步的一小步，可能會解決小農(nóng)經(jīng)營主體的眾多難題，并帶來更加穩(wěn)定的農(nóng)產(chǎn)品供應鏈。”拼多多副總裁陳秋說，希望通過這次比賽將新一代人工智能技術與農(nóng)事生產(chǎn)結合，為中國眾多的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)帶和小農(nóng)戶提供一種更低成本、易于操作的數(shù)字農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理方法，并幫助他們獲益。
今年55歲的紀榮喜也認為，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的人工智能應用是必然趨勢。他在鎮(zhèn)江的實驗大棚里已用上了補光、補溫、溫濕度傳感器以及水肥一體化設備。“我60歲可能就不種草莓了，將來誰來種？怎么種？這是個亟待解決的問題，如果人工智能能學習到幾十年的種植經(jīng)驗，那是最好不過。”
目前，“人機大戰(zhàn)”的序幕已經(jīng)開啟，120天后，草莓種植到底哪家強？讓我們拭目以待。
在底肥里添加油渣，是紀榮喜（前）種植草莓的秘方。 穆功 攝
7月20日清晨，全國勞動模范紀榮喜起了個大早，收拾行囊從江蘇鎮(zhèn)江趕往云南昆明。同他一起上飛機的，除了鎮(zhèn)江市的幾位草莓種植“高手”外，還有一大包農(nóng)家肥和鏟子等農(nóng)具——這是他為參加第一屆“多多農(nóng)研科技大賽”決賽準備的“裝備”。
7月22日，由中國農(nóng)業(yè)大學和拼多多共同發(fā)起的第一屆“多多農(nóng)研科技大賽”決賽在昆明正式啟動。自大賽啟動招募開始，吸引了來自全球超過17支AI（人工智能）隊伍，超過108人報名。經(jīng)過激烈的初賽答辯及評審，最終，4支“AI隊伍”進入決賽。與他們一起較量的，是紀榮喜勞模工作隊、圣野漿果富民隊、艷九天巾幗隊、神農(nóng)小隊等4支由國內(nèi)頂尖草莓農(nóng)人組成的隊伍。
在接下來4個月，54位選手將在位于昆明市富民縣的國家高原云果產(chǎn)業(yè)園內(nèi)開展高原草莓“人機”種植競賽，探索“傳統(tǒng)經(jīng)驗”與“人工智能”的結合之道，最終得到可復制的本土化數(shù)字農(nóng)業(yè)解決方案。
資深農(nóng)人帶著“秘方”來參賽
記者在23日的比賽現(xiàn)場看到，8個全透明的獨立溫室內(nèi)各有6條10米的基質(zhì)槽用于種植草莓，目前草莓苗已全部定植完畢。
主辦方介紹，為保持比賽的公平性，選手所使用的草莓均是由云南農(nóng)業(yè)科學院統(tǒng)一提供的“章姬”品種。大賽提供標準版的基質(zhì)、水肥，參賽團隊也可根據(jù)自身需求調(diào)配，最終進行成本核算。
“農(nóng)人隊”的溫室為傳統(tǒng)鋼架地栽溫棚，配備定比施肥器、水泵、滴灌軟管等基本設備。這些裝備雖然平淡無奇，但頂尖農(nóng)人們卻各有“秘方”。
“我的秘訣很簡單，就是在底肥里添加油渣，這樣種出來的草莓更香甜。”紀榮喜說，江蘇鎮(zhèn)江有著三十多年的草莓種植歷史，他本人從1984年起就開始種草莓。這次希望通過精細化管理和豐富農(nóng)事經(jīng)驗，能夠和“人工智能”一決高下。
由遼寧省第十三屆人大代表馬廷東牽頭的“圣野漿果富民”隊對比賽信心滿滿，隊中有鉆研草莓三十年的高級農(nóng)藝師史功成。“在傳統(tǒng)草莓種植過程中，農(nóng)人的經(jīng)驗十分重要，需要對草莓進行長期、精細的照料，根據(jù)草莓所處的不同時期隨時做調(diào)整。”史功成向記者解釋，“比如現(xiàn)在，草莓植株定植成活后會長出較多的匍匐莖，要及時摘去，否則會消耗母株營養(yǎng)；有些剛長出來，藏在葉片下面很不起眼，用機器不一定能立刻發(fā)現(xiàn)。”史功成一邊說著，一邊從葉柄基部小心翼翼地摘掉一個很小的匍匐莖。
90后孫郁晴是一名“莓二代”，她是“艷九天巾幗”隊的成員，在剛剛拿到美國東北大學研究生獎學金后，孫郁晴選擇回到家鄉(xiāng)，和母親一起從事草莓種植行業(yè)。
“來之前，我們不知道現(xiàn)在技術已經(jīng)這么先進了。以前我們也用過物聯(lián)網(wǎng)技術，但傳感器數(shù)據(jù)處理不準確，覺得還不如人工方便，就放棄了。希望借這次比賽，把草莓種植在經(jīng)驗的基礎上再往前推一步，尤其看AI怎么把種植決策建立在精準的數(shù)據(jù)基礎上，為我們公司日后的發(fā)展，提高工人的工作效率等做鋪墊。”
構建人和AI協(xié)同發(fā)展的共生關系
和“傳統(tǒng)組”相對是AI組的四個高大溫室，里面設施相對比較復雜，配備了內(nèi)遮陽、頂開窗、側開窗、內(nèi)循環(huán)通風、灌溉、施肥、水肥智能控制等系統(tǒng)。記者注意到，棚內(nèi)完全看不到工作人員的身影，只有溫度、濕度、光照等數(shù)值在電子顯示屏上閃爍。
“我們的AI系統(tǒng)能讀取溫度、風速、輻射強度、相對濕度等38個生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)。即便不在溫室，也能遠程調(diào)控通風窗、水肥等。”AI戰(zhàn)隊“智多莓”的隊長程飚介紹，相比傳統(tǒng)種植，人工智能種草莓在節(jié)省人力、精準調(diào)控上有顯著優(yōu)勢。
這支來自云南本土的技術強隊計劃將近紅外光譜分析技術應用在草莓生長上。這項技術此前被公安、化工領域成熟應用，常見于毒品、化工品的無損檢測。
程飚介紹，原理在于將光譜變化同植株生長、病蟲害對應，并通過15項環(huán)境參數(shù)、7項作物參數(shù)，建立起一套草莓PCSE生長模型，并由AI自動做出種植策略判斷。
“用算法訓練機器的同時，也希望可以訓練農(nóng)人，讓其靈活掌握應用這套技術，讓農(nóng)民變成技術工人。”程飚說。
如何讓人工智能、機器人學習到頂尖農(nóng)人們的種植經(jīng)驗，進而優(yōu)化生產(chǎn)管理過程，這始終是科學家們在此次比賽中關心的問題。
來自荷蘭瓦赫寧根大學博士生閔錢曦是云南人，作為一支AI戰(zhàn)隊的成員，她希望探索將最前沿的技術在家鄉(xiāng)落地。“下一代溫室智能控制的模式將會是基于‘感知—傳輸—思考’的決策模式，通過雙層算法單元讓AI提供更優(yōu)的解決辦法。”她認為，人類的知識和經(jīng)驗，可以和AI共存，并且用更簡單、更可持續(xù)方法為每個人提供優(yōu)質(zhì)美味的蔬果。
Cyberfarmer（網(wǎng)絡莓農(nóng)）隊的代表林森有類似觀點。他們在決賽中，將采用基于知識圖譜的溫室智慧管控決策方法。簡單來說，就是輸出一套草莓種植決策模型，并根據(jù)草莓生長參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的反饋，訓練AI進行自動控制。
“當前的人工智能，是大數(shù)據(jù)和深度學習為代表的弱人工智能，更高級形式則是碳智能和人機混合智能。”林森說，未來人和AI一定是協(xié)同發(fā)展、人機共生的關系。
探索可復制的數(shù)字科技應用范本
中國農(nóng)業(yè)大學副校長龔元石表示，這次比賽的初衷，在于探索將國際最前沿的數(shù)字農(nóng)業(yè)科技做本地化應用，形成一套可復制、可推廣的模式與經(jīng)驗，并在中國各大農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)落地。
在決賽中，各支隊伍種出的草莓將經(jīng)歷嚴格評估：產(chǎn)量及品質(zhì)、投入產(chǎn)出比、算法及種植策略的先進性等。
“多多農(nóng)研科技大賽”組委會負責人蘭克介紹，關鍵在于利用能源及農(nóng)資最少，種出草莓品質(zhì)最佳，效益最高。
南京農(nóng)業(yè)大學教授倪軍是一支本土AI隊伍的隊長，他認為利用多樣性傳感器及作物生長感知技術，可以有效減少化肥、農(nóng)藥用量，提升產(chǎn)量和品質(zhì)。此前其團隊已在大田糧食作物生產(chǎn)中的氮肥管理領域有成功經(jīng)驗。
“采用新技術的種植策略，肥料利用率可達到50％以上。”倪軍表示，經(jīng)過實地測算，畝省水70％、省肥50％左右，相當于每畝地節(jié)約了350元，而且還能省下400元的勞動成本。
“前端技術進步的一小步，可能會解決小農(nóng)經(jīng)營主體的眾多難題，并帶來更加穩(wěn)定的農(nóng)產(chǎn)品供應鏈。”拼多多副總裁陳秋說，希望通過這次比賽將新一代人工智能技術與農(nóng)事生產(chǎn)結合，為中國眾多的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)帶和小農(nóng)戶提供一種更低成本、易于操作的數(shù)字農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理方法，并幫助他們獲益。
今年55歲的紀榮喜也認為，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的人工智能應用是必然趨勢。他在鎮(zhèn)江的實驗大棚里已用上了補光、補溫、溫濕度傳感器以及水肥一體化設備。“我60歲可能就不種草莓了，將來誰來種？怎么種？這是個亟待解決的問題，如果人工智能能學習到幾十年的種植經(jīng)驗，那是最好不過。”
目前，“人機大戰(zhàn)”的序幕已經(jīng)開啟，120天后，草莓種植到底哪家強？讓我們拭目以待。
