人工智能时代山东智慧农业发展的现状分析

刘 君，王学伟

(潍坊科技学院 山东省高校设施园艺实验室，山东 潍坊 262700)

在人工智能时代，人工智能、物联网、云计算、大数据、5G等各种新兴技术层出不穷，人工智能技术可贯穿于农业生产的全过程，能够提升农业生产技术水平，实现智能化的动态管理，减轻农业劳动强度，人工智能助推智慧农业发展是大势所趋。山东作为农业大省，有必要利用人工智能助推智慧农业发展，实现农业强省。

人工智能助推智慧农业发展在西方发达国家很受重视。从文献统计情况来看，国外该领域的理论研究尚没有引起系统化的关注，但在实践中已经建立非常完善的模式，欧美多个国家探索了智慧农业发展的有效路径[1]。迄今为止，侧重于应用方面的探究已在农业生长环境检测、农业质量安全监管以及农业相关资源的使用等领域获得了非常可观的探究经验。Amina等人从农业生产中的环境污染问题出发，探究了纳米结构生物传感器在农业生产中的应用[2]。Ciruela等人分析了物联网、机器人、人工智能、大数据和区块链等主要数字技术在农业生产中的应用[3]。

国内人工智能助推智慧农业发展起步较晚，通过文献检索发现，相关研究从2009年开始出现。作为一个较为新兴的概念，随着国家关于“互联网+”行动计划、“人工智能战略”、“农业绿色发展五大行动”的有效实施，对于人工智能助推智慧农业发展的研究于2017年开始大量涌现，包括概念内涵研究、技术应用研究、实践案例研究等。研究人员以全国和各省的农业厅(局)、农业技术推广中心(站)的农业工作人员为主，解释了智慧农业的概念内涵[4-6]，分析了物联网、大数据、云计算等技术的发展以及在智慧农业全产业链中的应用[7-8]，总结了近年来科技进展引领智慧农业发展取得的成效、存在的问题和不足，对今后科技引领智慧农业发展提出了思路和对策[9-12]。

1 人工智能时代山东智慧农业发展的总体概况

山东是农业大省，近年来人工智能、物联网、云计算、大数据等新兴技术在农业领域得到越来越多的应用，取得了良好的成果。为了大力推动智慧农业的发展，山东省先后出台了《山东省农业现代化规划(2016-2020年)》《关于加快全省智慧农业发展的意见》《山东省打好农业农村污染治理攻坚战作战方案(2018-2020年)》《关于做好2022年全面推进乡村振兴重点工作的实施意见》《山东省“十四五”乡村产业发展规划》等政策文件，号召各地采用先进的新一代信息技术和智能化农机装备实施智慧农业，实现农业生产经营的少人化和无人化。目前山东智慧农业基础设施逐步健全，农业大数据平台建设日趋完善，农业全产业链机械化智能化成效显著，智慧农业的经济价值和社会价值日益凸显。

2 人工智能时代山东智慧农业发展的现状分析

2.1 农业生产智能化水平

农业生产领域是先进技术在智慧农业中应用最多的领域。为了改善农业生产条件，利用物联网采集农业生产过程数据，山东省农机局高度重视智能化农业机械装备的研发及应用，积极推动各地广泛应用智能化农机装备，在农业育种、种植、生长、喷药、灌溉等环节实现了智能化。济南、潍坊、威海、济宁、德州等多个地市积极探索，先行示范，实施了大批智慧农业项目，将先进的人工智能技术与农业领域融合，达到农业生产全过程的远程监控、可视化分析、智能预警和科学施策等。

2.2 农民的技术采纳现状

在智慧农业中，鼓励农民在农业实践中采用数字技术和移动设备已成为全世界的政策重点。调查发现，山东各县市区农民已经开始利用数字技术创建智慧农业解决方案，农民目前使用最多的包括自动环境控制系统、喷洒技术、航空摄影无人机、农场管理应用程序和大数据分析服务，这些技术已经成为山东智慧农业示范区受访者最熟悉的技术，被认为是最重要的智能技术。另外，物联网、无人机、机器人、大数据、云计算和人工智能都有望更多的应用于新型农业实践。

2.3 农业信息资源服务程度

政府层面高度重视农业云平台的建设，实现了农业领域各种信息的高度集成。加强农业信息资源服务程度，促进先进的信息技术和信息服务与农业生产全过程的无缝衔接，有利于切实创新农村生产管理模式，提高农业生产经营效率。山东省各地市农业农村局高度重视智慧农村云平台项目的建设，从满足农民的信息需求着手，不断做好农业信息资源服务工作。将农业信息资源服务延伸到乡村和农户，打通农业农村信息最后一公里。在各乡镇、各站点都设立了农村信息员的岗位，让农民可以通过农村信息员来及时了解到相关农业信息，农民在体验各种信息服务和网络培训时可以就地进行，真正让农民体验到人工智能时代的快捷高效。

3 人工智能时代山东智慧农业的发展特点

3.1 大田农业智能化

大田农业在山东省各地市广泛存在。在农作物肥料和农药的施用方面，山东省通过人工智能、物联网、大数据、遥感数据分析等技术，对农作物的生长状况、土壤温湿度、病虫害发生情况等进行监测，实现农作物远程诊断管理，以做到精准施药和施肥，同时还能进行农作物种植面积的遥感监测和产量估测。

在农业用水灌溉应用方面，山东省各地市区利用先进的科学技术将灌溉技术与灌溉装备有机融合，根据农作物的种类、土壤温湿度、气候条件等有针对性地进行精准灌溉。山东省逐步实现了土壤墒情信息采集、监测与预测的信息化，不断研发应用节水灌溉的一体化系统，同时实现用水过程可视化、水量实时动态设置、农田水分智能监测等多种功能。

3.2 温室农业智能化

现阶段，随着温室大棚技术的不断创新，在山东省部分县市区已经使用温室大棚实现蔬菜、瓜果、花卉等各种农作物的反季节种植，有效解决了季节性农作物市场供需不平衡的问题。与此同时，在当今的人工智能时代，山东省各地区温室农业的智能化程度也不断提高，温室大棚不再是传统的覆盖薄膜，而是安装了智能化的通风、卷帘、加湿等设备，有一些温室大棚还购置了先进的物联网数据采集、分析、远程监控系统。

山东省最有代表性的温室农业智能化的地区当属寿光市，寿光市近年来建成了上百座智能化温室大棚。利用农业物联网、大数据、人工智能等先进技术以及智能化农机装备，对于温室光照、土壤、温湿度等环境进行科学控制，一旦发生异常，立即给予预警或报警，保证温室作物生长全过程无公害、科学化，推动了智慧农业的发展。笔者在寿光市洛城镇高效农业日光温室基地进行实地调研发现，该基地占地9.14 hm2，已经真正实现智慧农业。

3.3 植保作业智能化

植保作业智能化是依托现代信息技术通过对农业生产环境的智能感知和数据分析，实现植保作业的可视化诊断和精准化管理，是植保作业的最高形态。目前山东省农业植保部门的作物病害预警模型已经能够整合“面”上的遥感信息、“点”上的气象信息、大田调查数据以及病害早期症状监测信息，实现了植保作业智能化，从而精准指导病害防治。在农业病害识别中，安装部署无人机，获取自然环境中监控区域的彩色图像，然后在计算机上使用深度卷积神经网络识别图像中的病害。在实际应用中，无人机植保作业对不同地形、地块大小和作物高度具备极强的适应性，能够实现均匀喷施，提高喷药效率。利用无人机进行植保作业能够有效应对因作物生长后期植株高大、分枝众多等因素导致的传统植保机械工作困难的问题。另外，随着计算机视觉以及深度学习算法的不断发展，图像识别的准确率不断提高，农民已经逐渐开始用智能手机来检测农作物病害。综上，当前植保作业智能化为作物病虫害监测提供了新型更为智能的方式，与传统方式相比，大幅提升了监测准确率和覆盖范围，并且减少了人力物力开销。

4 总结

尽管山东在智慧农业领域砥砺奋进，传统农业正在向智慧农业转变，已经取得了显著成绩，但依然面临新一代信息技术革新的严酷竞争。因此，要真正实现山东智慧农业可持续发展，依然需要攻克一系列技术瓶颈，以实现农业物联网、农用灌溉装置、农业采摘设备、农业收割机装备等基础设施与新一代信息技术的深入融合。未来可能存在的技术问题包括数据资源共享整合水平的提升、农业全产业链信息服务综合平台的建设、农业领域复杂自然环境下人工智能算法的鲁棒性的提高等。这些问题必须得到有效解决，才能提升农业生产的规模化、科技化水平，促进智慧农业快速发展。