人工智能促进“双高”农业生产标准化
2025-01-05 来源:中国农业大学农业AI研究中心     作者:李想

习近平总书记提到“推动数字经济和实体经济融合发展。要把握数字化、网络化、智能化方向,推动制造业、服务业、农业等产业数字化,利用互联网新技术对传统产业进行全方位、全链条的改造,提高全要素生产率,发挥数字技术对经济发展的放大、叠加、倍增作用”。当前,中国的农业产业组织结构正在转型,新农业经营组织形式正在逐步形成。随着农业从业人口的减少以及互联网等新型营销模式的巨大冲击,小农经济正在逐步被公司+农户农超直连等新模式所取代。面对这种变革,蓬勃发展的智能化、数字化技术能做什么呢?

一、标准化,发展“双高”农业的关键

近些年农业行业正在发生深刻变革。居民的膳食结构和消费习惯正在发生重大的变革。通俗来说就是从用嘴吃饭变成了用头脑吃饭,城市中高收入消费者更加注重营养健康、安全放心。因此,越来越多的高品质、高附加值农产品(我们称之为“双高”农产品)出现,如中草药,精品水果、茶、特色畜牧,食药同源产品等。部分农产品也在加速形成品牌化,如褚橙、百瑞源枸杞等。

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“双高”农业概念


“双高”农产品对生产的标准化提出了严苛的要求。参差不齐的农产品是无法卖出更高的价格的。但现在的产业链是散对散的一种结构,供货也散,流通也散,市场也散。销售端的高价格很难让生产端得益,缺乏利益激励会导致生产端劣币驱逐良币,生产端管理松散粗放,缺乏标准化、规范化意识。因此,发展“双高”农业的痛点,是生产端能否向市场稳定供给高品质的农产品,这里面数字化又能做什么呢?

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质量参差不齐的农产品和质量标准的农产品,哪种价格会更高?


二、我们的思考

标准化的农产品,核心就是农业技术的标准化,它包括标准化的种子,标准化的肥、药,标准化的农艺操作等等。我们团队在走访全国100多个县的时候,发现其实很多农场并不清楚怎么更加科学的种田,只是凭多年的经验在劳作。同时,他们对市场也不敏感、农场的管理也非常粗放,这怎么能生产出质量和产量稳定的农产品呢?这就促使我们进行了四个核心关键问题的思考:

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-智服田间体系思维导图


一是科学的农技方案是什么?这就诞生了“耘智——农技大模型”;

二是科学的农技方案如何落实到田间地头?这就有了“耘服——农技数字移动服务微站”;

三是农技方案在农场如何得到有效执行?这就促使我们研发了“耘田——智能农场生产管理系统”;

四是农业生产谁能按照农技指导干好?农产品如何销售更好?怎样有效的构建和优化产业链?这就催生了“耘间——农业产业互联网平台”。

“耘”系列的“智服田间”四个产品,分别在促进农业标准化生产的四个方向进行探索,构成了面向“双高”农业产业链的智能化工具链,取得了良好的效果。



耘智

——农技大模型“智慧大脑”

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耘智——农技大模型


“靠谱”的、标准化的农业技术是保障农产品能够标准化的核心,比如在种植上有选种、土壤、肥、药、灌溉等多种技术。目前农技知识还主要依靠农技人员指导,但基层真正“靠谱”的农技人员十分缺乏,雇佣价格也非常高。根据我们调研,真正既有理论知识,又有实践经验,其指导能在田间地头“管用”的农技人员,年收入普遍在100万元以上。这显然不是一般农场能雇佣得起的。

我们研发耘智——农业技术的智能AI大模型产品,融合多源数据处理、专家知识库及大语言模型等先进AI技术,精准感知农业生态的动态变化,实时监测水土肥气等关键因素,并结合AI大模型进行数据分析与推理,让农民能够方便地获取科学精准的农技指导。

1. 核心能力

耘智融合了海量专家知识和人工智能大模型能力,构建了海量的农业智能体库,具备针对农田多种场景、多种需求的高效分析推理能力。精准分析农业生态系统的动态变化,包括土壤水分、空气温湿度、光照强度、降水量等关键环境变量,以及作物生长状态、病虫害发生情况和田间农事数据,提供精准调控灌溉、科学施肥、有效病虫害防治及土壤改良等优化作物管理策略建议,确保作物在最佳环境下生长。耘智给出的精准农技建议包括:

1)精准状态判断和预警能力:耘智能够判断“怎么了”,让大模型根据农场的全要素数据,智能判断现在作物或者动物生长过程的健康状态,好或者不好,程度如何等,类似医院的各种检查手段,辅助医生判断人的健康状态。耘智能够分析“为什么”,是因为天气原因,还是因为前期操作缺失或者失误。同时,耘智能够识别潜在的农业风险并提供早期预警,帮助种植者做出科学决策,从而最大化地优化农业生产流程,提升资源利用效率。

2)精准的农技分析和建议能力耘智能够给出精准的水肥建议,包括水肥配比、氮磷钾配比、施用量和施用时间。耘智能够给出农艺建议,指导农民精准进行农艺操作。耘智能够给出针对各类胁迫的建议,包括精细调控剂种类、配比、施用时间和施用方法。耘智能够给出病虫害的防治建议,包括各类农药的施用量和施用时间。耘智还能够给出土壤改良的建议等。耘智将显著提升农业生产的效率和农产品品质和质量。

3精准的科学规划能力通过对历史数据的深入挖掘和区域气候的精准预测,耘智能够为未来的农事活动提供科学规划。无论是适应性品种选择还是长期种植计划,耘智都能根据区域特性与气候变化趋势提出针对性建议,帮助种植者合理分配资源、规避风险,并提升应对市场波动的能力。

4强大的个性适应能力耘智具有在不同地区、不同作物类型及生产条件下的灵活适配能力,能够根据用户需求进行个性化配置,充分满足不同生产场景的需求。

2. 应用场景

一是智慧农场的大脑:耘智能够为农场提供更准确、更科学的田间管理、水肥管理、病虫害管理方案,提升农田生产效率,还能帮助农户优化资源利用,降低生产成本,从而实现高产、高质、可持续的农业发展目标。

二是农技服务的大脑:耘智依托其强大的数据处理与决策能力,让农技人员能够结合数据更科学的为种植者提供个性化、实时的技术指导,覆盖从田间管理到市场规划的全链条知识服务。

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耘服——农技数字移动微服站


专家和人工智能的精准、科学的农技知识指导,要落实到田间地头才能发挥强大作用,能够显著提高农业生产效率,有效减少因经验种植带来的质量不稳定问题,让农产品品质、质量得到显著提升,精细的水肥药管理,也将显著降低农业成本。

“耘智”解决了精准农技是什么的问题,但如何将这些农业技术带到田间呢?目前基层的农业技术服务面临服务范围的问题。经过测算,纯靠人力,一个高级农技人员只能服务10-20家农场,农技人员的缺乏,非常难以扩大服务范围。

我们研发“耘服”——农技数字移动微服站,作为农技服务的数字化工具和服务平台,通过精准检测与智能分析,为农户和农业机构提供便捷、高效、优质的农技指导服务。

1.核心能力

1)全面农田数据:微服站配备了一台车,搭载先进的农业工具、仪器及专业技术人员,包括理化检测箱、气象传感器、土壤传感器和高精度智能无人机。通过这些设备,微服站可对土壤和气候进行多达30多项指标的检测和监测,并借助AI算法识别作物的10余项指标。基于这些数据,微服站为每块农田建立了精准的数字档案,从而为农户提供全程、全方位的精准种植指导,促进了节水、节肥和增产,有效促进了提质增效。

2)精准农技指导:移动微服站兼顾了便利性与个性化需求。微服站提供专业的“保姆式”上门服务,通过深入分析和解读数据,为每块农田量身定制精准的解决方案,有效提高了生产质量和效率。传统的数字化技术通常需要固定的农田基础设施,而微服站仅凭一台车和各种设备就能为50户以上的农户提供数据驱动的定制化服务。过去,农业技术人员多是被动等待农民寻求技术支持,而通过移动微服站,这一局面得到了根本改变。精准调控技术被主动送到农户家门口,不仅让更多农民受益,还兼顾了方案的个性化定制与普惠性。精准的农业技术不光是在示范田里发挥作用,而是让更多农民得以享受智慧化技术带来的红利,真正成为广大农民单产提升的有力武器。

2. 应用效果

目前,“耘服”微服站在内蒙古鄂托克前旗试点,为60户农户提供数据驱动的定制化服务,服务面积达3万余亩,提供差异化的玉米密植精准调控技术解决方案60余套,实现节水10%、省肥10%、提质增产5%的显著成效。相关成果被农业农村部种植业管理司以“种植业快报”向全国推广。

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基于精准农技指导的田间管理的效果


同时,微服站也极大幅度的降低了农业数字化的成本。以前,一个农场数字化需要50-300万元,这是中小农场无法负担的。一台微服站才不到10万元,就能服务60户以上的农户,也同样可以为所有农户建立数字化的农田档案并实施精准指导,大幅降低了数字化实施成本,使其仅为传统模式的1%。这一方式极大提高了数字农业设备的利用率,降低了获取精准数据的门槛,为农民提供了获取个性化、定制化高产调控方案的可行路径。



耘田

——智能农场生产管理系统

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耘田——智能农场生产管理系统


农技指导得再好,也得农场能够有效落实。一个农场企业是否规范,借鉴工业企业评判标准,其中的奥秘就在一个“管”字。随着日本的丰田模式和美国的通用模式等现代企业管理制度建立,“向管理要效益”的理念深入人心,成为企业发展的生命。一个规范管理的企业就是“好企业”,同样的,一个规范管理的农场就是“好农场”。那农场企业应该如何有效的管起来呢?

与工业管理不同,农业生产管理是一个动态、高维、复杂问题。由于工业的工艺规程相对固定,所以工业的生产排产和实际生产过程较为简单。而农业环境、病虫害等时时刻刻在变化,导致农技指导经常需要变化,进一步导致生产排产、生产执行也会随之变化。同时,田间生产执行质量不像工业那样稳定,这种不稳定性也会回到指导、排产和执行环节。因此,农业生产管理依赖人力非常困难。

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工业生产管理 vs. 农业生产管理


我们研发“耘田”——智慧农场生产管理系统,引入工业信息化管理理念,在耘智大模型的指导下,将人工智能AI技术全面引入生产管理各个环节,包括AI生产排产、AI农机设施作业、AI数据监控、AI质量监督评价全环节,与耘智生产指导一起,构成一个不断循环的智能农业管理体系,能够兼顾管理的规范性和环境变化适应的灵活性,让种植更加科学、作业更加高效、管理更加规范。

1. 核心能力

1AI生产排产:依托于耘智大模型所包含的标准化农技规程,考虑农场全要素数据,依托AI模型,可以自动智能对每一个地块制定生产计划,能够对每天的作业进行智能安排,下发工单。同时,AI算法还将更加科学的安排投入品等物资物料的使用。这将大大减轻企业管理人员,提高排产的科学性,减少物资物料浪费。

2AI农机设施作业:引入智能农机、智能无人机等,能够部分实现无人化耕作,有效减少人的劳作量。但大量的农机还是传统农机,需要接入到系统中,通过加装北斗/GPS导航盒,能够一秒一次准确记录农机的轨迹,从而计算作业面积,评估作业质量。安装了智能水肥一体化设施,那够根据土壤站数据实现自动精准灌溉,也支持手机远程操作。

3AI数据监控:通过各类智能设备全面监控了一个种植农场的所有要素数据。首先是土地数据,通过遥感卫星智能识别了每个地块的边界、面积、种植情况等数据。在农场部署了多套设备,通过气象站、土壤站、摄像头分别获取了天气、土壤、作物数据。包括全球最小的气象站监测了温、湿、光、风、压、雨等数据,并能够做到24小时内短期精准预报,精度高于国家气象台30%,有利于减灾防灾。也包括全球最小的一体化土壤站,通过监测土壤水分、温度、EC值等,构建时空土壤含水率模型,支持科学灌溉和种植。通过摄像头、无人机实时抓取作物图像,通过AI算法可以准确识别病虫害信息。研发的算法目前可以准确识别30多种作物,数百种病虫害。

4AI作业监督评价能力:农场雇佣的一线人员有没有认真按照农技规程干活,干活的质量怎么样,农场管理者很难获知这类信息。我们团队研发了世界上领先的多种算法和产品,针对大田场景研发农事监督无人机,在果林和温室场景研发农事监督智能眼镜,通过人工智能算法模型对农事操作行为的质量进行智能评价,实现了农场工人身份的区分、农场工人的追踪以及农业劳作行为的识别。农场工人是否在干活,干的质量好不好,农场管理者马上知道。

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通过无人机和智能眼镜对农事劳作进行记录监督评价


2. 应用效果

在耘智大模型的指导下,“耘田”通过AI生产排产、AI农机设施作业、AI数据监控、AI质量监督评价,实现了一个种植农场完善的智能生产管理体系。这套体系让种植更加科学、作业更加高效、管理更加规范,有效降低了50%的人力成本,提高了30%的农产品产量和产品标准化程度,有效支持了农产品品牌化建设,提高了20%的综合收益,助推农业企业田地种的好,产品卖的好,农场管的好。


产业观察

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