生成式人工智能在数字乡村规划与设计中的应用研究

2024-01-08陈旭林

智慧农业导刊 2024年1期

基金项目：福建省教育科学“十四五”规划2022年度课题（FJJKGZ22-024）

作者简介：陈旭林（1985-），男，硕士，讲师。研究方向为艺术设计，数字媒体。

摘要：随着城市化进程的加速，数字乡村规划和设计成为促进农村发展的重要手段。然而，这一过程面临着许多复杂问题，如土地利用、基础设施规划和环境保护等。生成式人工智能（GAI）作为一种新兴技术，具备强大的数据分析和模拟能力，为数字乡村规划和设计提供创新的解决方案。该文旨在综述GAI在数字乡村规划和设计中的应用领域和方法，并探讨其对乡村发展的意义和潜力。通过深入了解GAI在数字乡村规划和设计中的实际应用，可以更好地推动农村发展，促进农村社区的可持续发展和提升居民生活质量。

关键词：生成式人工智能；AI；数字乡村规划；数据分析；乡村振兴

中图分类号：F323 文献标志码：A 文章编号：2096-9902（2024）01-0107-05

Abstract： With the acceleration of urbanization， digital rural planning and design has become an important means to promote rural development. However， this process is faced with many complex issues， such as land use， infrastructure planning and environmental protection. As an emerging technology， generative artificial intelligence （GAI） has powerful data analysis and simulation capabilities， and provides innovative solutions for digital rural planning and design. The purpose of this paper is to summarize the application fields and methods of GAI in digital rural planning and design， and to explore its significance and potential for rural development. Through in-depth understanding of the practical application of GAI in digital rural planning and design， we can better promote rural development， promote the sustainable development of rural communities and improve the quality of life of residents.

Keywords： generative artificial intelligence （GAI）; AI; digital rural planning; data analysis; rural revitalization

随着城市化进程的加快和农村人口的流失，乡村面临着诸多问题，如人口老龄化、农业生产效率低下、基础设施落后等。为了解决这些问题，国家提出了乡村振兴战略，旨在推动农村经济的发展和城乡一体化的进程。数字乡村建设作为乡村振兴战略的重要组成部分，具有潜力引领乡村发展迈向新的阶段，并为其注入新的动力和发展方向。为了促进乡村振兴和农业现代化，党和国家高度重视数字技术与数字经济的良性发展，并借此推动“三农”发展。2018年中央一号文件首次将数字乡村建设纳入官方话语。2019年，《数字乡村发展战略纲要》确立了数字乡村建设的“四步走”发展战略规划，对战略目标与重点任务进行了详细规划。2021年《“十四五”国家信息化规划》将数字乡村发展纳入了优先行动。2022年，《数字乡村发展行动计划（2022—2025年）》要求加快推进数字乡村建设，充分发挥信息化驱动引领乡村振兴的作用。2021年以来，中国数字乡村发展取得了显著成效，涵蓋乡村数字基础设施、智慧农业、乡村新业态新模式、乡村数字化治理、乡村网络文化、乡村数字惠民服务、智慧绿色乡村和数字乡村发展环境8个方面内容。2023年4月，中央网信办、农业农村部、国家发展改革委、工业和信息化部、国家乡村振兴局联合印发《2023年数字乡村发展工作要点》，部署了强化粮食安全数字化保障等10个方面重点任务。这些政策和文件的出台为数字乡村建设提供了重要的政策支持和指导。

2022年11月30日，OpenAI正式发布了ChatGPT，这一创新引起了广泛关注并取得了惊人的成绩。仅仅2个月的时间，ChatGPT的用户数量就超过了1亿。与此同时，人工智能全球竞赛（AIGC）和大模型等新概念也开始进入大众的视野，并且备受关注。国内也紧跟其后，以百度、阿里等为首的众多中国企业纷纷推出自己的大模型，据2023年5月在中关村论坛平行论坛“人工智能大模型发展论坛”上发布的《中国人工智能大模型地图研究报告》显示，200天时间，中国发布79个10亿参数规模以上的大模型，这一系列的突破引发了对人工智能在各个领域应用前景的探讨和期待。

截至2021年底，全国行政村通宽带比例达到100%，5G网络更是覆盖了所有地级市城区、县城城区和96%的乡镇镇区，实现“县县通5G”。这为数字乡村规划和设计提供了良好的基础设施支持。截至2021年6月，我国手机网民规模达10.07亿，我国农村网民规模达2.97亿，占网民整体的29.4%。中国智能手机的普及率已经达到了全球领先水平。生成式人工智能能够很好地理解图片内容，具有良好的语言处理能力，且可以通过手机APP的上传和下载来与用户进行交互，这本身就非常符合农民使用手机的习惯。低引进门槛和便捷的操作方式使得生成式人工智能能够快速地应用于各类场景中，生成式人工智能对于乡村现有的技术条件和受众状况具备良好的融入性，因此可以更好地满足农民和农村地区的需求，这可以极大减轻地方基层在硬件基础设施方面的负担。

数字乡村规划和设计在当今时代具有重要的意义和价值，而生成式人工智能的嵌入将为数字乡村规划和设计带来新的机遇。通过数字技术的赋能和社会价值的充分发挥，数字乡村规划和设计可以更好地服务于农民和农村地区的需求，提高农业生产效率和质量。同时，生成式人工智能与数字乡村规划和设计的关联也为完善我国數字乡村建设的理论知识体系提供了新的思路和方向，有助于引导生成式人工智能积极融入数字乡村规划和设计的实践，推动乡村振兴的发展。因此，将生成式人工智能嵌入数字乡村规划和设计是值得深入研究和探讨的重要课题，其实现具有现实可行性，可以促进数字乡村建设的不断发展和完善。

1 数字乡村规划和设计基本内涵及其价值意蕴

随着信息技术的不断发展，数字乡村建设已经成为了当前中国乡村振兴的重要战略之一。数字乡村规划和设计作为数字乡村建设的核心内容，具有重要的意义和价值。

1.1 数字乡村规划和设计的基本内涵

数字乡村规划和设计是指利用数字技术手段，对农村地区进行信息化、智能化、网络化的规划设计。具体来说，数字乡村规划和设计包括以下几个方面的基本内涵。

1.1.1 信息化

通过互联网、物联网等技术手段，实现农村地区的信息资源共享和交流，提高信息的透明度和效率。

1.1.2 智能化

利用人工智能、大数据等技术手段，对农村地区的生产、生活、管理等方面进行智能化改造，提高农村地区的生产力和生活质量。

1.1.3 网络化

通过建设农村宽带网络、智慧村庄等设施，实现农村地区的数字化、网络化、智能化，为农村地区的发展提供有力支撑。

1.2 数字乡村规划和设计的价值意蕴

数字乡村规划和设计具有重要的价值意蕴，主要体现在以下几个方面。

1.2.1 推动乡村振兴

数字乡村规划和设计可以促进农村地区的经济发展和社会进步，推动乡村振兴战略的实施。例如，通过建设智慧农业示范区、推广农业电商等方式，可以提高农业生产效率和产品质量，增加农民收入。同时，数字乡村规划和设计还可以促进农村地区的文化传承和创新，推动城乡融合发展。

1.2.2 促进农村经济发展

规划和设计数字乡村可以为农村地区创造更多的经济机会和发展空间，从而推动农村经济的发展。例如，通过建设数字产业园区、推广数字金融等方式，可以吸引更多的投资和人才进入农村地区，推动农村经济的转型升级。

1.2.3 改善农民生活

数字乡村规划和设计可以为农民提供更好的生活条件和服务，改善农民的生活质量。例如，通过建设智慧医疗中心、推广智慧教育等方式，可以提高农民的健康水平和文化素质。同时，数字乡村规划与设计还可以为农民提供更多的就业机会和创业机会，帮助他们实现自我价值和发展梦想。

2 生成式人工智能的优势

创造性生成：生成式人工智能通过学习大量的语料库和多模态数据，能够理解并总结数据中的模式、主题和特征。当没有明确指导时，其可以生成全新的内容，这些内容不仅符合已知规律，还具有创造力和独特性。例如，在艺术创作领域，生成式人工智能可以生成独特风格的绘画作品、写作故事，甚至创作音乐等。其还能够以一种创意的方式产生新的想法和作品，为人类创作者提供灵感和创作支持。

数据增强：生成式人工智能在许多任务中需要大量的标记数据进行训练。然而，获得足够的标记数据是一项耗时且昂贵的任务。生成式人工智能可以通过生成额外的样本来扩充有限的训练数据集。通过学习已有数据的分布规律和特征，其可以生成与原始数据类似但又略有不同的样本。这样做有助于提高模型的泛化能力，使其能够更好地处理新的输入和场景。

缺失数据补充：在某些情况下，可能会遇到数据缺失或损坏的情况。生成式人工智能可以学习到数据的分布规律，并根据已有信息生成缺失的部分。例如，在图像恢复中，如果一张图像的一部分被损坏或缺失，生成式人工智能可以通过学习已有图像的特征和结构，预测并生成缺失的图像部分。这种能力对于数据修复、恢复和完整性保护非常有用，可以帮助人们恢复丢失的信息。

多模态生成：生成式人工智能不仅限于处理文字输入，还可以处理图像、音频等多种类型的输入数据。其能够将不同模态的数据进行融合和生成，从而实现跨模态的内容生成和转换。例如，在图像描述任务中，其可以将一张图像转换成相应的文字描述；反过来，在图像生成任务中，其可以根据文字描述生成对应的图像。这种多模态生成的能力使得生成式人工智能在图像识别、自动图像字幕生成、语音合成等领域发挥重要作用。

风格迁移和转换：生成式人工智能能够学习不同样式或风格的数据分布，并将其应用于新样本的生成过程中。例如，在艺术创作领域，其可以学习到不同艺术家绘画作品的风格，并将这些风格应用于生成新的图像。这种能力使得生成式人工智能具备了艺术创作、图像编辑等方面的潜力。其可以帮助人们以独特的方式表达自己、转换不同的艺术风格或进行个性化的内容生成。

创意辅助：生成式人工智能可以作为创作者的合作伙伴，为创意提供灵感和辅助决策。通过学习已有的数据，其可以生成多样化的创意输出并提供给创作者予以参考。例如，在设计领域，其可以生成多个创意的图案，帮助设计师探索不同的设计方向；在音乐创作中，其可以生成创新的旋律或和弦序列，为音乐家提供新的音乐片段。生成式人工智能能够扩展创作者的想象力，并促进他们在创作过程中作出更有创意的决策。

3 生成式人工智能在数字乡村规划和设计中的应用价值

生成式人工智能在数字乡村规划和设计中的应用，包括地理数据分析与预测、空间布局优化、智能建筑设计、社区参与和决策支持，以及环境保护与可持续发展。这些应用价值将为规划者和设计者提供科学依据和决策支持，促进乡村地区的繁荣和可持续发展。

地理数据分析与预测：生成式人工智能可以通过深度学习和模式识别技术，对大量的地理数据进行分析和预测。这些数据包括地貌、气候、土壤等信息。通过对这些数据的学习和分析，AI可以提供有关乡村地区特点的重要参考，如地形起伏情况、气候变化趋势、土地利用状况等。这有助于规划者了解乡村地区的潜力和限制，为规划和设计提供科学依据。

空间布局优化：生成式人工智能可以利用多种算法和模型，对乡村规划中的空间布局进行优化。AI可以综合考虑不同因素的权衡，如居民分布、基础设施布局、生态环境保护等。通过分析和模拟不同配置方案，生成式人工智能可以为规划和设计者提供最佳的空间布局方案。这将有助于提高乡村地区的整体效益和可持续发展。

智能建筑设计：生成式人工智能可以应用于乡村建筑设计中。其可以通过学习和分析大量的建筑数据和设计方案，生成多种乡村建筑设计方案。AI可以考虑到不同要求和约束条件，如土地可利用面积、建筑材料、功能需求等，并生成符合条件的设计方案供设计者选择。这将大大提高设计效率，减少设计周期，并且可以满足不同用户的需求。

社区参与和决策支持：生成式人工智能可以用于模拟和预测乡村规划方案对社区的影响。其可以模拟人口流动、交通状况、噪声分布等因素，以帮助规划者更好地了解规划方案对居民的影响。同时，AI可以为参与决策的居民提供更多参考信息，包括不同方案的优缺点、可能的风险和利益等，使决策更加科学和公正。

环境保护与可持续发展：生成式人工智能结合环境数据和模型，可以为乡村规划和设计提供环境保护和可持续发展方面的建议。通过分析生态系统的运行状态、资源利用情况等，AI可以帮助规划者在保护自然环境的前提下进行规划与设计。其可以评估不同方案对生态环境的影响，提供保护措施和可持续发展策略，从而实现乡村的可持续发展。

4 生成式人工智能在数字乡村规划和设计中存在的问题与应对策略

在数字乡村规划和设计中，虽然生成式人工智能（GAI）有许多潜在的应用和优势，但也面临数据质量和可靠性、缺乏人类创造力和主观性、可解释性和透明度、社会和文化因素考虑不足等问题，面对这些问题可以采取以下应对策略。

4.1 数据质量和可靠性

对输入数据进行清洗和预处理，去除错误和不可靠的数据，确保数据的质量和准确性，综合利用来自多个可靠数据源的信息，以提高数据的可靠性和全面性。

4.2 缺乏人類创造力和主观性

将GAI作为设计工具与人类设计师进行协同设计，结合人类的创造力和主观性，生成更富有创意和独特性的方案，在GAI的模型中引入设计约束和规范，以确保生成的方案符合特定的设计标准和要求。

4.3 可解释性和透明度

尽可能采用可解释性强的AI技术，如决策树、规则推理等，使生成的结果更易于理解和解释，将GAI生成结果的过程记录下来，并通过可视化手段展示，以便规划者和决策者能够了解生成结果的生成过程和依据。

4.4 社会和文化因素考虑不足

在GAI生成方案的过程中，邀请社会科学专家参与，提供对社会和文化因素的专业意见和建议，确保输入数据具有多样性和代表性，涵盖不同社会和文化背景，以减少生成结果的偏见。

举例来说，假设一个乡村规划项目中使用GAI生成空间布局方案。问题可能在于输入数据的完整性和准确性，比如土地利用数据和基础设施分布数据。为解决这个问题，策略可以是对数据进行清洗和预处理，去除错误和不可靠的数据，并综合多个可靠数据源的信息。此外，由于GAI缺乏人类设计师的创造力，可以引入人机协同设计的方式，将GAI作为设计工具与人类设计师协同工作，结合人类主观性和创造力，生成更富有创意和独特性的方案。

5 生成式人工智能在数字乡村规划和设计中的路径支持

5.1 提高数据信息的价值实现能力

为提高数据信息价值实现能力，政府要推进农村数据信息基础设施建设，形成全天候、多领域的数据收集网络。通过选聘专职人员与村干部兼职相结合，加强数据收集队伍建设，与收集技术设施相辅相成。同时，需要制定数据采集标准规范，加强标准化业务流程的推广和培训，提高数据信息质量，消除数据壁垒。另外，要整合不同部门的工作数据，建立高标准的大型数据库，并做好数据保护工作，健全数据更新确认机制，及时发现和纠正错误和漏报。

为了促进数据信息的多领域应用，村干部应以村民需求为导向，利用数据信息进一步加强乡村公共服务水平，更好地关注并满足村民的个性化需求。在乡村经济产业发展方面，可以广泛应用数据信息到农业经营管理的全流程中，帮助经营主体实时监控农作物生长，并结合数据信息进行水肥料和农药的精准配比与投放，以保证农作物的稳定生长并增加产出。此外，数据信息还有助于农业经营主体对农业市场价格趋向、产销情况和物料成本等信息做出预测，帮助其进行决策。透明、真实、准确的数据信息公开是村民进行民主监督的重要前提。在村庄公共事务和公共财政方面，村干部应利用便捷的数字媒介转变工作方式，及时公开公共事务并接受群众监督。及时而充分的数据公开有助于减少干群之间的信息不对称，吸引村民参与并重塑村庄的公共性。

5.2 促进数字农村建设共同体的形成

数字农村建设需要政府和农村主体力量共同参与，其中关键是提高农村居民的数字素养。政府可以与企业、大学合作，定期举办村干部数字技能培训班，设定合格标准和结业考核，将数字素养与职位资格及业绩联系起来，推动村干部不断提高数字技能。此外，还可以开设农民训练班，为村民提供通用的数字技术能力培训，并引导和帮助村民安装和应用数字技术。同时，重点培养高素质职业农民和电子商务人才，增强农业数字化经营能力。

在推进数字农村建设的过程中，要注重数据保护和网络信息安全，加强法律宣传和普法教育，引导村民形成数据安全，个人信息保护和防诈骗意识。此外，政府要制定完善的政策支持体系，优化创新创业环境，吸引外来数字化人才到农村。探索数字技术特派员或指导员制度，建立数字农村专家工作室和实习培训基地，促进人才下乡工作。此外，还可以结合数字农村建设的需要，定期选派人才到农村，并通过定向选聘大学生村干部等方式，吸引对口人才到农村工作。这些措施将有助于促进数字农村建设的发展。

5.3 加大对农村科技创新的投入

加强农村科技创新，优化农业科技布局。建立政府、科研机构、企业、金融资本和社会力量等各方面参与、共享利益、协同高效的农业科技体系。加强核心技术创新整合，持续加强现代农业产业技术体系，推广体系，产业科技创新中心和联盟建设，推进绿色投入品试制，资源高效利用，智能农机装备等领域整合创新。夯实基础性和长期性科学技术工作，建设种质资源收集保存仓库和农业科技研究工作站，更好地开展基础性和长期性研究工作。

搞好农村信息基础建设。政府要尽快制定出台5G等尖端科技农业应用的补贴和优惠政策，鼓励运营企

业和互联网企业等各方共同参与智慧农业示范区建设。将物联网（Internet）、大数据（Big data）、区块链（Block chain）、人工智能（AI）和5G等现代信息技术应用到整个农业产业链上，实现农业生产的智能化。

6 结束语

我们需要超越技术决定论和技术至上主义的框架，更加重视技术与社会的互动和关系的构建。科技毕竟是人类创造出来的工具，根据人类使用的方式不同，其作用也会不同。数字鄉村的建设是人类的实践，我们需要在结构上嵌入技术，创造更多的可能性空间来发挥功能。任何技术都无法单独解决数字村的问题。高估某项技术的功能是错误的。虽然人们担心人工智能对社会产生的影响，但人工智能毕竟是人类赋予的，有其范围和界限。人类有选择和创造符号的能力，面对新技术的出现，我们应该保持审慎和包容的态度，始终把技术引导到健康、有序的发展轨道上来。

参考文献：

[1] 中共中央办公厅国务院办公厅印发《数字乡村发展战略纲要》[J].新疆农垦科技，2019，42（7）：55-57.

[2] 《中国数字乡村发展报告（2020年）》发布[J].农业工程技术，2020，40（33）：12-13.

[3] 蒋洪杰，欧阳曦.《中国数字乡村发展报告（2022年）》发布[J].乡村科技，2023，14（4）：2.

[4] “十四五”国家信息化规划发布[J].现代教育技术，2022（1）：15.

[5] 十部门印发《数字乡村发展行动计划（2022—2025年）》[J].乡村振兴，2022（2）：20-21.

[6] 张凌寒.深度合成治理的逻辑更新与体系迭代——ChatGPT等生成型人工智能治理的中国路径[J].法律科学（西北政法大学学报），2023（3）：38-51.

[7] 崔海洋.生成式人工智能在园林中的应用[J].现代园艺，2023，46（16）：126-128.

[8] 王茂福，严雪雁.生成式人工智能赋能数字乡村建设：应用价值、现实梗阻与路径支持[J].深圳大学学报（人文社会科学版），2023，40（4）：87-96.

[9] 李丽莉，曾亿武，郭红东.数字乡村建设：底层逻辑、实践误区与优化路径[J].中国农村经济，2023（1）：77-92.

[10] 王亚华，李星光.数字技术赋能乡村治理的制度分析与理论启示[J].中国农村经济，2022（8）：132-144.

[11] 黄博.数字赋能：大数据赋能乡村治理现代化的三维审视[J].河海大学学报（哲学社会科学版），2021，23（6）：28-36，43，110.