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AI农业

2020-08-09 08:47:49 《商界》 2020年8期

新维舟黑作坊

联合国估计,到2050年,全球人口将增加到97亿人以上,全球粮食短缺的情况可能会更加严重,那时很多饥饿的人口需要养活。相比于人口的大量增长,耕地面积只会增加4%。因此,人类亟待发动下一次“农业绿色革命”,在现有农业生产模式之外,找到粮食生产的下一个增长点。

农业的内外困局

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)在最新的指导各国政府报告中明确表示,世界上土地管理、农业生产方式必须做出改变,以遏制全球变暖。2007-2016年期间,农业、林业和其他土地利用活动占人造温室气体净排放总量的23%。当把食品生产前和生产后活动也算入时,这一比例上升到37%。

气候变暖将导致了更多的热浪,干旱和強降水,以及土地退化和荒漠化。极端天气事件变得更加频繁,全球粮食供应链将受到更多的破坏,从而导致粮食价格上涨,并增加粮食不安全和饥饿的风险。

此外,农业是一个充满变量的动态系统,无论是气候、土壤、种子、还是养分,在传统农业生产中都难以精准监控,通常依赖农业专家数十年的经验积累,才能正确判断。而AI不仅能够基于已有信息进行学习,还能基于机器学习对其进行检测分析,推动对每一个变量,每一个生产过程的精细化管理、检测、优化。

随着AI技术被引入到农业,农场主可以用传感器监测信息以提取特征规律,用集成专家经验的仿真器进行模拟、探索和优化,从而形成一套实时、精准的决策方案,可以说AI是提升土地利用效率的关键。

5G+物联网+农业新业态将迎来爆发

而随着5G的落地,AIoT设备数量的爆发,土地的利用效率很可能在新技术的协助下达到新的高度。通过科技与农业的各要素的深度整合,提高制造效率、改善产品质量、降低产品成本和资源消耗,将传统农业提升到智能农业的新阶段。技术与农业的结合点至少有以下这些方面有很大的潜力可以挖掘。

1.AI选种提升产量

现在阿里云农业大脑已经实现了AI图像采集,乃至及DNA测序的选种技术。相比于传统农业,AI帮助我们选出成活率更高,而且质量更好的种子。

这是由物理农场到数字农场的转变。利用大数据、AI和预测分析为农民提供日常农场问题的解决方案,比如精确农艺、作物管理、风险管理等。通过将农业服务和技术提供连接在一个平台上,AI提供关于农地现场的深刻见解,为农民和农学顾问提供有关农场运营的“深层”信息。

可协助农民调整耕作计划,甚至更换作物;重新考虑施肥计划以达到提升耕地土壤肥沃度的目标;随时掌握天候的变化与预报,并据以审视种子的选择;根据土壤样本分析的水分与氮含量调整春耕的时程;监控作物的长势和病虫情况,优化土地利用,做出产量预测。

此场景一般需要AI对农田的物联网数据和遥感成像或是农田高光谱成像进行分析和预测,农民可据以建立更正确而有效的作物栽种模式,支持当季决策与提升获利潜力,而不受数据复杂度或气候模式造成的变异性所影响。

2.天气跟踪和预报

天气跟踪和预报是AI在农业中的重要应用,因为它有助于收集流行天气条件的最新信息,如温度、雨水、风速和风向以及太阳辐射。根据一项研究,90%的农作物损失是由于天气事件造成的,其中25%的损失可以通过使用预测天气模型来预防。

使用手持仪器、传感器、GPS和野外气象站等各种设备进行天气跟踪应用,获取实时信息。实时信息有助于农民做出各种决策,如及时播种作物和作物收获前分析。天气跟踪和预报应用市场预计将在5年内以25%的最高复合年均增长率增长。

3.建立动物档案、提升养殖效率

目前基于动物脸识别技术,可以为每一只家禽有建立专属ID,将通过物联网技术动物的体重、体温、进食量等指标进行采集,并在云端进行分析,甚至还可以通过猪的叫声来判断其有无疾病,甚至有没有吃饱。这可以为我们提供肉质更好、营养更为均衡的肉类。

不同于农作物,家畜和家禽的个体经济价值更高,一旦受到疾病影响,损失更大影响更远。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动物的情况了如指掌。AI技术的出现,则能解决这一问题。

通过机器视觉原理以及配套的物联网设备对数据进行收集处理,以直观的方式了解每一头动物的健康状况,或机器学习可以通过音频数据分析来正确识别用其他方法不可检测的疾病,或利用AI检测牛奶质量监控牛群的健康状况,提高牛奶质量。正确诊断牲畜所患疾病并尽早在损失发生之前进行治疗可以消除由疾病导致的损失,挽回的损失可达20亿美元。

除了在上述场景中集中了主要的AI融资计划外,AI也应用于农业机械的自动驾驶、作物识别和学术科研等场景。

4.IoT(物联网)科学灌溉、施肥

在农业中土壤、温湿度等环境因素的作用很大,而通过物联网乃至技术的分析,可以帮助农民快速准确地监测农场土壤、环境等因素的变化,并通过反馈技术对环境参数进行修正。当然也有利用无人机扫描整个农场,并且评估土壤中灌溉和氮含量水平的方案,并以此来科学用水、施肥,使肥料使用最小化,达到经济效益与环保的双赢。

此外,室内农业已成近年农业发展的趋势,室内农业方面的融投资越来越多。其主要优势大致可归纳为三大项:用水量、土地面积、化学安全性。然而,发展室内农业依然面临许多挑战,所以室内农业在自动化的同时也更具智能化。

与通过AI提高田间管理效率类似,室内农业管理也需要传感器采集大量物理数据,AI不断地学习和预测如何生产出最优质的产品,控制光线,调节水分养分,并拍摄每株植物的相机图像,以监控其健康状况。最终达到,只需按下某个作物“按钮",室内农场就会为其自动配置最适宜的气候条件。

5.AI解决杂草和害虫问题

AI能够区分健康和患病的叶子,然后通过Iot机器人集成来去除病虫及杂草,这项技术最多可以减少80%的化学物质的使用,而花在除草剂上的钱会减少90%。杂草控制对农民来说非常重要,因为目前约有250个品种对现代除草剂具有抗药性,仅大豆和玉米作物上的杂草生长每年就造成400多亿美元的损失。可以说解决杂草与害虫的AI未来发展潜力还非常巨大。

在此类场景中,AI与机器人的结合最多。杂草是农田管理中的重头戏,而现代农业严重依赖化学除草剂,造成的后果是大量农药残留,额外的成本投入与抗除草剂的杂草。利用AI图像辨识技术,开发出能辨识杂草的智慧型农药喷雾器或除草机器人,可以准确地判断杂草和作物,再进行除草剂的喷洒。比过去传统喷洒农药的方式,不但减少了90% 药剂的用量,降低成本也提高效率,对于环境和作物也相对有较多适当的保护。

6.AI教你正确的收获姿势

决定最佳收割时间一直是一项技术含量很高的工作,只有最有经验的农民才能给出较为合适的时间点,而随着科技的进步,目前通过白炽光灯及UVA灯照射水果,通过图像分析来确定成熟度的技术也已经诞生,这意味着农民可以选择只采摘最成熟的水果或蔬菜,而把其他未成熟的水果留一段时间。

收获季可以说是农业中的“超级碗”,它往往构成了最高的成本,需要最多的劳动力,而农场则有可能赚取或失去全年的利润。特种农作物采摘,尤其是浆果,大多是依靠人力来完成的,而种植者们正受到劳动力短缺的困扰。采摘机器人可以帮助提高生产力、减少作物损失,同时也提供了劳动力短缺问题的解决方案。现阶段的自动采摘机和机器人,已能够辨识和挑选成熟的苹果、草莓和番茄。

2017年至2018年期间,机器人设备技术在83笔融投资交易中的资金增长了53%,其中包括除草机器人和专注于食品安全的机器人,甚至制作章鱼丸子的机器人,所以预估到2024年,农业机器人产业规模将可达57亿美金。

可以说,通过“技术+农业”的解决方案,将促进农业全面的数字化升级转型,实行规模化、产业化、集约化的发展,将农业的亩产量提升到前所未有的高度。这将大幅提升农业生产效率及企业的盈利能力。对产值数十万亿元农业产业而言,提高5%~10%的效率,就会产生数万亿元人民币的价值。

到2025年,北美預计将在农业市场中占据AI的主要份额,而亚太地区的市场预计将在预测期内以最高的复合年均增长率增长。IBM、Microsoft、John Deere等多家农业技术提供商在该地区的存在正在推动北美农业AI市场的增长。

5G甚至6G时代的来临,直接导致了土地利用率以肉眼可见的速度在提升,AI在农业项目各个环节也起着革命性作用。这些突破对于更多发展中国家甚至落后国家而言,都是解放人力和释放技术的重要标示——“越是艰难的环境,越需要来自土地的突破”,也许新农业就如一剂全球化进程的催化剂,将人类进步的进程至少缩减数十年。

我们,拭目以待。