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科技创新70年 | AI养猪、遥感杀虫和卫星种粮,智慧农业在

2019-10-17 02:28:50

六十年前,我的祖母,她少女时代出生在河南农村,梦想着嫁给那个在村子里杀猪的屠夫。

“卖完猪肉后,水里总会剩下一些猪肉。那时,我一直想吃猪肉。”奶奶的逻辑很简单。

虽然我教了一辈子的祖父没能成为一名屠夫,但在他们胃口大开的岁月里,他们仍然意识到了肉的自由。

今天,在中国北方城市,不仅肉类产品随处可见,而且各种各样的蔬菜也可以在冬天食用。在奶奶遥远的记忆中,冬天一到,全家人都在囤积芜菁和卷心菜,这是“规定的行动”。

奶奶说她很满意。她感到的“微幸福”与中国粮食生产体制和技术的创新正相关。

农业技术创新的里程碑事件发生在1975年:经过十多年的艰苦研究,袁隆平院士领导并成功培育杂交水稻,推广了2.3亿多亩,使中国粮食产量从每亩300公斤增加到800公斤,粮食总产量增加200多亿公斤,养活了7500多万中国人民。

从那以后,从1976年到2005年,全国杂交水稻累计种植面积达到3.4亿公顷,水稻产量增加了4.5亿吨以上。

农业科技的力量就这样生动地展现在每个人面前。

到2018年,中国农业科技进步贡献率将达到58.3%,科技培训农业生产管理人员3467万人。(资料来源:科学技术部)

如今,越来越多的技术力量参与农业创新——卫星遥感、大数据、物联网和人工智能等。他们正在形成一支联合力量,在这个古老的领域共同努力,使它越来越“聪明”。

“母猪今天已经达到了食物摄入量的标准。停止进食!”现在,一些家庭养猪场的工人可以在手机上看到这样的提醒。

中国是世界上养猪和猪肉消费最多的国家,养猪和猪肉消费占世界总量的一半以上。但是对中国农民来说,养猪一直是一个劳动密集型产业,需要花费大量精力。

猪吃了多少饲料,长了多少肉,是否感冒,是否抑郁,是否怀孕...猪传达的每一个信号都需要饲养者的密切关注,稍有遗漏可能会导致严重后果。因此,农场里日夜巡逻的人并不少,农民们经常住在离猪圈不远的地方,和猪一起呼吸。

然而,事实上,猪的心脏与腹部是分开的。即使它和猪在一起很多年了,也没有人敢说他一眼就能看出一切正常与否。一些对繁殖效率至关重要的指标,如母猪是否怀孕,甚至母猪也不知道。

幸运的是,人工智能的参与悄悄地改变了几千年来人与猪共存的模式,在中国农村掀起了一场新的技术革命。

2017年,来自JD.com的数字工程师李嘉龙首次来到山东滨州调查小型养猪场。尽管他做了心理准备,但他仍然被养猪场的气味熏得热泪盈眶。

在以前的工作经历中,工程师大多接触到具有强烈科技意识的场景。无论是在仓库还是在广泛使用搬运机器人的银行,机械化程度都非常高。养猪场简单的基本条件很快让他们回到现实。“只有当我们到达养猪场时,我们才发现我们真的是象牙塔里的一个团队。”李嘉龙说,“现在是2017年。农民们仍然扛着饲料,手动混合原料,手动称重。所有的链接都需要完成。”

大量劳动力投入也是生猪养殖的最大特点。从生猪生产到屠宰,再到生猪的进食、饮水和散养,都离不开人类的监督。

例如,如果在母猪分娩时没有人照顾它,当它翻身时,很可能会压碎它。为了确保生产安全,农民们经常不得不在猪圈旁等到深夜。

此外,记录猪的日常数据是非常麻烦和必要的。例如,当给猪称重时,必须把一头猪放在秤上,直到它停止挣扎才能称重。称一个头平均需要3分钟。对于拥有数千头猪的农场来说,这是一项巨大的劳动力成本。

目前,家庭农场的工人平均每天花费1.5小时来记录养猪场的各种数据。平均每人饲养100头猪已经是很大的能力了。然而,在机械化程度高的国家,如荷兰和丹麦,一个人可以养猪180头或更多。

但是在工程师眼中,困扰农民多年的“艰苦工作”正是人工智能的应用领域:人们不能捕捉猪发出的每一个信号,但是机器人可以。

据李嘉龙介绍,JD.com研发的智能养殖检测机器人现在集成了3d深度摄像头和温湿度传感器,可以检测猪圈内的气体、温度和湿度,并将信息反馈给控制中心,方便工作人员及时调整。

同时,京东的农场机器人也有“猪脸识别”技术,这种技术不仅能识别每只猪,还能知道猪需要吃多少。每头猪的数据与智能喂料机同步,智能喂料机可以防止猪少吃一口或多吃一克,胖或瘦都是对的。

在传统的喂养方式下,猪只能用自己的力气抓饭。因此,当小强度的猪从市场上释放出来时,它们可能只有70公斤重,而大强度的猪可能有130公斤重。应用该猪脸识别智能饲养系统后,同一栏猪的体重差异可降低到5%以内。

另一方面,阿里工程师正与猪科学家合作开发算法来确定母猪是否怀孕,从而增加养猪场的小猪数量。

母猪怀孕与否是一件大事。对于养猪场来说,母猪产仔数是核心竞争力。通常需要一个多月的时间来确定何时繁殖、繁殖后是否怀孕以及是否应该重复繁殖。然而,如果一头母猪错过了它的怀孕并且没有怀孕,它将成为猪群中的“无效喂养”。

据介绍,“妊娠诊断算法”目前相对成熟。养猪场设置的多个巡逻机可以监测母猪繁殖24小时后的行为,通过睡眠姿势、站立姿势、进食量等数据判断母猪是否怀孕。例如,睡觉时双腿倒置、站立不动、饮食稳步增加的母猪很有可能“怀孕”。

人工智能在大型农场的应用正如火如荼,这也给国内传统养猪业的生产方式带来了变化。

尽管生猪价格一直在上涨,但占中国生猪养殖业90%的散户投资者正在逐渐退出。

国家统计局发布的统计数据显示,2018年中国生猪数量为4.2817亿头,同比下降3.0%,2019年上半年猪肉产量同比下降5.5%。然而,与此同时,国家统计局7月10日发布的数据显示,2019年上半年猪肉价格同比上涨21.1%。

这种“高猪价低库存”的现象意味着许多散户投资者不再因为高猪价而扩大生产规模。

在劳动力成本增加和强调生态环境保护的背景下,规模化、集约化和精细化是水产养殖未来的发展方向。资本和水产养殖管理系统对规模和自动化的高要求反过来也促进了水产养殖的资本化和智能化。

然而,在吉林长白山和四川宜宾的人工智能实验养猪场,使用集成摄像头观察围栏中生猪的检测机器人日夜宣誓。一个新时代即将到来。

中国不仅使用了不到9%的世界可耕地,养活了近20%的世界人口,同时,中国的农业化学品消费量也占世界总量的47%。杀虫剂使用得越多,就越难使用。这曾经是粮食生产增长背后的阴影。

在传统农业中,大多数农民根据经验习惯施用农药。为了避免病虫害的风险,整片田地经常被眉毛和胡子抓住,并且给药更多,浪费农药,造成污染。

利用人工智能技术为农民提供病虫害遥感监测和精准科学的农药施用服务是麦飞科技的初衷。麦飞科技联合创始人、麦飞农业首席执行官陈奇认为,要解决农药精确施用问题,发展现代农业,必须依靠科技赋权。

"遥感是一项普遍的技术,农业是遥感应用的一个重要垂直领域."陈奇说。

谈到遥感技术,许多人会感到困惑。与人工智能、虚拟现实和计算机图像处理相比,20世纪60年代出现的遥感技术并不那么“复杂”。事实上,低空遥感可能是农民了解农田状况最合适的技术。

在农田里,每个地面物体都会发出独特的电子辐射信息。农作物辐射和反射的电磁波信息由无人机上安装的各种传感仪器采集,并进行分析、处理和成像。通过遥感图像,在农田中难以观察到的细节可以一目了然地暴露在人眼中。

"可见光谱只是其中的一部分."陈奇说。农田病虫害会影响作物叶片的细胞结构和色素,从而引起反射光谱的变化。利用遥感渗透检测技术,可以检测农田中的各种病虫害。

针对低空农业遥感的需求,麦飞科技于2017年自主研发了无人机遥感有效载荷——“麦氏探针”(Maishi Probe),它收集作物生长、气象、土壤等数据,并集成人工智能算法建立光谱与作物健康之间的关系,即作物“体检文件”。

在查明相关“细节”后,进行农田作业的载体是无人驾驶飞行器。据陈奇介绍,每次监测后,没有人有机会将每种农田作物的视觉光谱数据返回麦飞的ai cloud进行分析和计算,并迅速为每一个患病的农田开出“药方”,然后将其传送到植保无人机上指导农药喷洒。施用农药后,麦飞科技的监测机可持续进行采样监测,跟踪病虫害防治效果。

数据表明,麦飞技术的遥感技术可以检测数十种常见病虫害的分布,准确率达90%以上。由于麦飞技术对农田病虫害的实时准确检测,农药用量平均减少50%以上。

不仅有遥感咨询,麦飞还为每一片农田建立了体检档案。当越来越多“无法追踪”的农田成为清晰的数据时,精准农业的基石已经奠定。

Maifei Technology的创始人兼首席执行官宫泽说,“这种数据收集不仅是遥感数据,也是气象信息。更重要的是,它是农田的基础数据,包括农田位置、边界、土壤质量信息、水稻品种、播种方法等。这些数据将被追踪到最终产量,这相当于麦飞为每块耕地建立了一个量化文件。”

通过与农民直接签订服务合同,麦飞正帮助以最低的种植成本将更多的农民结合起来,以达到最佳的种植效果。每份合同的服务周期是一个生长季节,以水稻种植为例,大约4个月。

麦飞表示,这种解决方案可以帮助农民降低种植成本20%~50%。

贾葛蒂蒂的创始人兼首席执行官张红在“重返农场”之前,在美国宇航局艾姆斯研究中心研究了八年的空间数据。

在这个过程中,张红接触到了大气数据、卫星图像和地面观测数据整合而成的数据集。他发现原来的美国农民真的“看着天空吃饭”。

"通过卫星,我们可以看到植物是否到处生长良好."张红告诉平西玩,“这个精度很高。它可以达到大米的水平。我们都知道每个情节的情况。”

然而,在中国,农民“看空吃饭”,但他们看不清楚。

如果你想增产和避免灾难,你需要根据外部情况做出更合理的判断。通过气象模型和卫星数据的结合,可以得出整个中国的风场情况。如果准确到北京地区,每个地方的天气都可以通过新的技术手段搞清楚。未来几天会下雨吗?明天什么时候会下雨?可以做出高精度的判断。

有了这些“仰望天空”的工具,我可以发出相应的灾害和相应的天气变化,从而指导农民的行动。例如,一场暴雨即将越过边境。我们已经知道将来会下雨,所以我们现在不需要灌溉。

同样,卫星预测也能帮助农民避免寒潮灾害。

寒潮与我们的生活密切相关。苹果价格今年上涨很快,因为中国主要苹果产区去年被冻结。然而,今年,通过与国家农业信息中心的合作和与气象模型的协调,我们可以找到冻害的高风险地区,并提前灌溉田地,以防止土地温度突然下降。

在不久的将来,中国农民可能不再需要看着上帝的脸吃饭,只需要看着他们的手机。

从面朝黄土颠倒到今天的数字智能农业,科技企业和农民探索了一条精准农业的道路,引领我们看到中国农业的未来。

(本文是平西产品系列“技术创新70周年——庆祝中华人民共和国成立70周年”)

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