新一代科學技術正深刻地影響智慧農業的發展，用人工智慧賦能農業已經成為一個重要命題。未來，智慧農業將使「農民」成為更體面的職業。
文｜哀佳 石丹
ID | BMR2004
農業系統包含諸多動態變量，例如氣候、土壤、種子、動物和養分等。在傳統農業生產中，這些因素很難實現精確監控，通常需要依靠農業專家憑藉數十年的經驗來做出正確判斷。然而，人工智慧(AI)不僅能夠基於現有信息進行學習，還可以利用機器學習技術對這些因素進行檢測與分析，從而實現對各個環節和生產過程的精細化管理、監測和優化。
近年來，傳感器、無人機和農業機器人等技術日益成熟，並已廣泛應用於眾多農業場景。面對這樣的技術變革，中國農業未來的發展顯示出了巨大的提質空間。毫無疑問，中國農業必須迅速實現轉型升級，而智慧農業將成為實現這一目標的關鍵突破口。
01
當科技遇上農業
園區內的管理員只需通過電腦或手機終端，根據傳送的數據進行澆水、施肥、採光、控溫等管理，以保證棚內環境適合農作物的生長。
在河北承德灤平縣安純溝門滿族鄉珍稀食用菌基地里，六十多歲的孫平（化名）正在一個電子儀器上鼓搗著什麼，雖然年紀大了，動作略微顯得有些笨拙，卻不失熟練。
孫平是內蒙古人，精通蟲草花養殖。幾年前，他接受灤平珍稀食用菌基地聘用，離開家鄉來到灤平縣，做基地里的「能人」。所謂「能人」，是指他可以同時管理幾十個蟲草花生產車間，並且做到井井有條。在食用菌基地里，和孫平類似的「能人」大概有十個左右。
孫平操作的機器名叫「數字化雲控農業裝備」，這套數字裝備同時掌控了幾十個車間的空氣溫度濕度、土壤乾燥程度、風速大小、二氧化碳濃度等多個環境指標。例如，當蟲草花缺水時，土壤傳感器會迅速捕捉到土壤的變化，進而觸發灌溉裝置，給蟲草花補水等等。
有經驗的人都知道，蟲草花種植的難點在於技術，即選菌種、接種培養基、滅菌、培育、採收。培養基上的營養成分和配比不同就會影響蟲草素含量。對於工廠來說，蟲草花的粗細、硬度、一致性、耐儲性很難達到統一標準。
通過這套設備，孫平只需用自己多年的種植經驗，將設備上的數據調到作物生長的最佳狀態。在以前，同樣的工作量大致需要30名左右的工人才能完成，如今整個車間蟲草花的管理，只需要他一人足矣。
孫平工作效率的大幅度提升，主要得益於承德潤邦農業科技有限公司（以下稱「承德潤邦」）和北京科百宏業科技有限公司（以下稱「科百宏業」）在灤平縣聯手打造的工廠化食用菌基地。這也是河北省以「5G+數字化精準種植」為主題的食用菌示範園區，主要從事珍稀食用菌（黑雞樅、金耳、豬肚菌、蟲草花）的種植、加工、銷售和運營。
「通過物聯網設備，將傳感器檢測到的數據通過園區內的微基站傳輸至5G網絡基站，最終形成大數據。園區內的管理員只需通過電腦或手機終端，根據傳送的數據進行澆水、施肥、採光、控溫等管理，以保證棚內環境適合農作物的生長。」承德潤邦總經理張久年向《商學院》記者表示。
據張久年介紹，有了這套設備，43座大型生產車間僅需10個左右類似孫平的「能人」便可進行有效管理。此外，在菌菇收成時，再由另外的采菇、削菇、裝箱打包等工作人員進行一些簡單的輔助工作，灤平縣的項目便可有效運營，極大降低了人員成本。該縣每年年產各類珍稀菌鮮菇1000噸，產值高達5000萬元。
不僅如此，該項目屬於灤平縣安純溝門滿族鎮易地扶貧搬遷安置區配套建設項目，惠及貧困戶達596戶1871人，是當地著名的鄉村振興標杆案例。
02
解決農業的難題
科百宏業創始人劉宗波將傳統農業問題大致歸納為幾個方面：種什麼、怎麼種、誰來種，並一一解決這幾個難題。
傳統農業的特點是靠天吃飯，講究順應天時、順乎自然。萬一遇到收成不好的年份，天災蟲害不斷，農民一年的辛苦就容易付諸東流。
科百宏業創始人劉宗波將傳統農業問題大致歸納為幾個方面：種什麼？怎麼種？誰來種？
顯而易見，科百宏業與承德潤邦合作的珍稀菌基地解決了「種什麼」的問題。河北承德灤平縣是有名的產菇大縣，但主要以平菇、香菇等常見菌菇類型為主，雖然產量高，但價格普遍較低，農民賣不上價錢。反觀，科百宏業和承德潤邦合作生產出來的蟲草花、金耳等珍稀菌，迅速提升了農產品質量，幫助農民創收。
在「種什麼」的問題上，科百宏業數字農業應用的另一個成功案例，就是南果北種。科百宏業可以讓熱帶水果——蓮霧、荔枝、檸檬、木瓜等在北方安家落戶，還可以讓海南大部分種不出蔬菜的地區生產出高質量的蔬菜瓜果，大大提高了土地資源的利用率。
對於傳統農業而言，自然環境對農業生產的影響很大。傳統農業在生產過程中，無論是農作物的種植、水產或是畜禽的養殖，多憑農牧漁民的經驗和感覺進行生產。這不僅會造成作業效率低下、肥水藥的嚴重浪費，還使得農產品品質與安全難以保證，很難做到精準化和利益最大化。
對此，科百宏業成功解決了「怎麼種」的問題。基於物聯網採集的實時環境數據，科百宏業建立了農業作業模型，快速高效地調控作物生長環境。為農業規模化種植企業提供包括水肥一體化、精準灌溉、氣象監控、溫室自動控制等功能在內的物聯網軟硬體系統及綜合託管運營服務，徹底改變了傳統的「面朝黃土背朝天」的農業生產模式，重塑了生產關係。
在城鎮化和農村人口老齡化的背景下，農業勞動人口逐步萎縮，很多農村地區已經開始出現空心化的問題。農村老齡化嚴重，勞動力緊缺，未來中國農業該如何發展？解決「誰來種」的問題同樣迫在眉睫。
科百宏業通過物聯網的遠程控制和精準種植技術，為設施農業和大田經濟作物的精準化、標準化栽培管理提供了低成本全過程數字化解決方案，真正實現了農民可以足不出戶管理大棚，不僅節省人力物力，還大大提高了生產效益。
「農業問題很複雜，每個問題單獨拿出來都很難解決。但是，當很多問題無法解決時，我們可以考慮通過升維的方式解決。結合科技和人工智慧，農業生產中的很多問題就會迎刃而解。農民和產業工人有自己擅長的事情，很多農民做不到的、又苦又累的活，完全可以由人工智慧進行替代。」劉宗波說。
03
數據的重要性
未來智慧農業需要解決三個核心問題：數據來源、數據處理和數據應用。
那麼，在農業生產活動中，科百宏業具體運用了哪些科學技術？
科百宏業成立之初定位於物聯網，「當時，物聯網環境在國內還不成熟，但我們看到物聯網農業是個大趨勢大方向，我們第一個研發中心成立於奧地利，那裡有成熟的傳感器產業鏈和技術優勢，便於研發。」劉宗波向《商學院》記者表示。
立足於物聯網技術，科百宏業還結合了大數據、雲計算、AI、數據分析等技術，形成綜合的數據平台，通過對設施、裝備、機械等遠程控制、全程自動控制或機器人自主控制，完成所有農場生產作業的全天候、全過程、全空間的無人化生產作業模式。
中國農業大學信息與電氣工程學院教授李道亮認為，當一個農場要實現無人化管理時，就需要對農業生產資源、環境、種養對象、裝備等各要素進行在線化、數據化，實現對種植養殖對象的精準化管理、生產過程的智能化決策和無人化作業。其中，物聯網、大數據與雲計算、人工智慧與機器人三大技術起關鍵性作用。
首先，物聯網技術可以確保動植物生長在最佳的環境下，可以動態感知動植物的生長狀態，為生長調控提供關鍵參數。
其次，大數據技術可以處理農場多源異構數據，通過去粗存精、去偽存真、分類等方法，實現數據挖掘分析和知識發現，形成有規律性的農場管理知識庫。同時，大數據技術能有效存儲各類數據，形成歷史數據，為農場管控提供學習與調用的依據。
最後，人工智慧技術既賦予裝備端識別、學習、導航和作業的能力，又為農場雲管控平台提供基於大數據的搜索、學習、挖掘、推理與決策技術。複雜的計算與推理任務都由雲平台解決，使裝備具備智能大腦。
而在多年的智慧農業實踐生產過程中，劉宗波總結認為，智慧農業的基礎其實是數據。
「農業是一個非常複雜的系統，要獲得符合預期的結果，就需要掌握導致結果的早期數據。科百宏業最初為大家提供低成本的數據採集設備，隨著數據量的增加，我們開始思考如何分析數據、制定決策並執行，逐漸引入了更多的技術。」劉宗波說。
劉宗波認為，未來智慧農業需要解決三個核心問題：數據來源、數據處理和數據應用。因此，在科百宏業的具體應用過程中，關鍵設施設備包括分布在農田裡採集各種數據的傳感器、無線數據節點、物聯網微基站、5G智慧雲平台等，涵蓋了衛星、雲平台、地面傳感器等多種不同的數據來源。這使農戶能充分了解農作物各個方面的情況，從而更好地進行應對和管理，確保農作物管理達到滿意效果，實現無線傳感器網絡的實際應用價值。
劉宗波強調，原本適用於小農經營的耕種經驗已經不適合農業商業化經營。當前的農業生產大數據可以記錄分析農業種植培育過程、農產品流通過程中的動態變化，通過數據分析並結合經驗，制定一系列調控和管理措施，實現農業高效有序發展。
04
農業生產中的多機器人協同
人工智慧解決方案的物聯網則是將所有工業機器解構，讓最簡單的工業設備協同在一起，實現不同要素之間的動態適配和任意組合，達到一種完全自我運行的狀態。
在位於中國農業科學院的科百宏業辦公大廳里，劉宗波向《商學院》記者詳細展示了科百宏業機器設備的運作方式。當植物葉面乾燥時，灌溉噴頭會自動降水；當水位測量器里水位過高時，水閘閥門會自動開啟；當溫度升高時，給風機器會立即自動運作……每個單獨的機器雖然不起眼，但它們卻像人的四肢一樣，互相配合得非常默契。
劉宗波表示，人工智慧解決方案的物聯網與工業物聯網完全不同。工業物聯網是讓各個工業機器像遙控器一樣方便操作，而人工智慧解決方案的物聯網則是將所有工業機器解構，讓最簡單的工業設備協同在一起，實現不同要素之間的動態適配和任意組合，達到一種完全自我運行的狀態。
在劉宗波看來，多機器人相較於單機器人的優勢非常明顯。多機器人能夠通過資源互補來提升單個機器人的能力，將其有限的能力擴展到多個任務，並分布在不同的機器人作業中。同時，多機器人還可以增強機器人的靈活性，特別是在資源分配、調度優化方面，能發揮更廣泛的作用。未來成熟的智能工廠需要多機器人來適應複雜的人工智慧調度。
此外，劉宗波強調，未來理想的智能化設備必須具備簡易性、便攜性、魯棒性（Robut的音譯，是指在異常和危險情況下系統生存的能力）等特點。當你走進一片智慧農田時，你不會立刻注意到那些龐大且礙眼的機器設備。
目前，科百宏業主要面向的客戶包括各地政府農業部門、農業企業以及農業大數據產業企業。業務一般分為兩種情況：一是交付性，設備安裝好後，科百宏業會為業主提供培訓，然後交付給他們使用；二是託管類，科百科技不僅負責項目建設，還提供三年的託管運營期，派技術人員駐場進行指導。此外，根據不同客戶需求，科百宏業還可以針對用戶需求，定製化提供專項方案。
可以看出，新一代科學技術正深刻地影響智慧農業的發展，用人工智慧賦能農業已經成為一個重要命題。未來，智慧農業將使「農民」成為更體面的職業。
來源 | 《商學院》雜誌2023年9月刊