黃靖然，譚夢琪，黨璟鈺，馬頌昌，鄒禮緒

（對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)，北京 100000）

將“互聯(lián)網(wǎng)+”與農(nóng)業(yè)相結(jié)合，不僅是更新農(nóng)產(chǎn)品的銷售模式，而是進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的改革，這將開辟電商發(fā)展的新領(lǐng)域，為我國農(nóng)業(yè)升級奠定基礎(chǔ)，為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。在我國鄉(xiāng)村振興政策、國家數(shù)字農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略的引導(dǎo)下，京東、百度、騰訊、阿里、中化等互聯(lián)網(wǎng)巨頭以及傳統(tǒng)企業(yè)紛紛布局智慧農(nóng)業(yè)，浮現(xiàn)出成功的互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)案例。

1.中國智慧農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀和問題

智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展主要經(jīng)過3個階段：智慧農(nóng)業(yè)概念的初步形成—研發(fā)并示范階段—推廣階段。我國智慧農(nóng)業(yè)起步較晚，仍處在研發(fā)示范階段，沒有成熟的經(jīng)驗和配套機(jī)制，仍未真正的推廣運用。目前我國智慧農(nóng)業(yè)主要涉及棉花、水稻、玉米等農(nóng)作物種植領(lǐng)域，采用大規(guī)模農(nóng)場種植的方式進(jìn)行，主要是在灌溉和收割方式上進(jìn)行改進(jìn)，智慧水平仍然處于較低層次，導(dǎo)致我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展相對滯后的原因是：缺乏“智慧農(nóng)業(yè)”所必須依托的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)和掌握專業(yè)的人才。全國范圍內(nèi)地域差異較大，地理、氣候等自然條件也不一致，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和科技發(fā)展水平參差不齊，智慧農(nóng)業(yè)設(shè)備無法廣泛覆蓋；農(nóng)村人口受教育程度普遍偏低，暫時無法適應(yīng)智慧農(nóng)業(yè)的要求。

2017年，我國先后出臺《“十三五”農(nóng)業(yè)科技發(fā)展規(guī)劃》《“十三五”全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化發(fā)展規(guī)劃》等等文件，強(qiáng)調(diào)著國家對農(nóng)業(yè)發(fā)展信息化的重視，使得智慧農(nóng)業(yè)逐漸走入大眾的視野并得到重視。2020年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)言人在國務(wù)院新聞發(fā)布會上表示，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部正在組織編制“十四五”農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃，重點圍繞數(shù)字農(nóng)業(yè)、動植物疫病防控、重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施等方面，強(qiáng)化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施裝備支撐。

2.項目背景

2016年，京東推出了“跑步雞”項目，提倡綠色養(yǎng)雞，要求“跑步雞”放養(yǎng)，并且每只雞的腳上都有計步器監(jiān)督，只有跑夠一百萬步以上的雞才能出欄銷售，每只的價格可高達(dá)188元，此次試驗引起了市場熱烈的響應(yīng)。2018年11月21日，京東在數(shù)字科技全球探索者大會上，重磅宣布正式進(jìn)軍養(yǎng)豬業(yè)。根據(jù)京東農(nóng)牧公布的數(shù)據(jù)，智能化養(yǎng)豬將幫助大中型養(yǎng)殖企業(yè)降低人工成本30%以上，節(jié)省飼料8%至10%，縮短出欄時間5天至8天。據(jù)不完全統(tǒng)計，如果國內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)應(yīng)用這一解決方案，每年至少可以降低行業(yè)成本500億元。

2018年，京東通過對“吉林精氣神有機(jī)農(nóng)業(yè)股份有限公司”進(jìn)行戰(zhàn)略投資，“智慧養(yǎng)豬”落地生產(chǎn)。

3.“京東農(nóng)牧-精氣神”智慧養(yǎng)豬項目

3.1 項目概況

2018年12月京東農(nóng)牧與“精氣神”正式簽署合作協(xié)議，“精氣神”位于吉林省長白山腹地的兩個養(yǎng)殖園區(qū)，共100多棟山黑豬豬舍，全面應(yīng)用京東農(nóng)牧智能養(yǎng)殖解決方案，這是中國首批AI養(yǎng)殖基地。在養(yǎng)殖園區(qū)內(nèi)運用神農(nóng)大腦（AI）、神農(nóng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（IoT）和神農(nóng)系統(tǒng)（SaaS）所獨創(chuàng)的養(yǎng)殖巡檢機(jī)器人、飼喂機(jī)器人、3D農(nóng)業(yè)級攝像頭等先進(jìn)設(shè)備與技術(shù)，為豬提供了“全生命的管理”。

其中“豬臉識別”技術(shù)最引人注目，通過“豬臉識別”可以觀測和記錄豬的體重、生長和健康狀況，根據(jù)每頭豬的狀態(tài)調(diào)配不同的飼料成分，發(fā)放相應(yīng)的豬飼料，保證每頭豬單獨進(jìn)食，減少體重差異，同時避免出現(xiàn)成本過高的情況；“豬臉識別”和智慧獸醫(yī)結(jié)合，自動測量豬的體溫，監(jiān)控進(jìn)食量，并創(chuàng)造性地引入“聲紋”（觀測豬的叫聲和咳嗽），第一時間發(fā)生豬是否生病和懷孕，有效地檢測出檢測豬的身體狀況，解決瘟疫等問題；系統(tǒng)還針對每頭豬生成唯一代碼，記錄豬的父母和后代；并且通過智能感知技術(shù)可以24小時對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，監(jiān)控溫度，濕度，二氧化碳，氨氣，PM10，自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、水簾和暖氣設(shè)備，控制豬舍的溫度、濕度，有效地保證豬群生活在最佳狀態(tài)中；最后，采取將豬糞經(jīng)過發(fā)酵后噴灑到玉米地，最終種植出來的玉米再供給豬吃，既節(jié)約了成本，又解決了污染問題，打造了一個閉合回路。

3.2 初步成果

精氣神方面發(fā)布具體的數(shù)據(jù)：投入AI養(yǎng)殖系統(tǒng)后，平均每頭豬增加了92.5元成本，但是在飼料方面每頭能節(jié)省30-60元 ；人工成本投入可節(jié)省每頭8元；提高成活率方面平均每頭可節(jié)約15元；在精準(zhǔn)控制出欄體重方面能節(jié)省5-8元；合計節(jié)約91元。從直接的投入產(chǎn)出來看成本和收益基本相等。

按照京東前期的數(shù)據(jù)測算，該方案可以將養(yǎng)殖的人工成本減少30%-50%左右，降低飼料使用量8%-10%左右，并且平均可以縮短出欄時間5-8天，成本顯著降低。而根據(jù)京東農(nóng)牧公布對照組的測試數(shù)據(jù)，通過精準(zhǔn)飼喂管理和粥料供給方案，初步統(tǒng)計和計算可幫助每頭豬節(jié)約60元左右的飼料成本，如果全部應(yīng)用智能化養(yǎng)殖技術(shù)，按照每年20萬頭山黑豬的產(chǎn)量，全部應(yīng)用智能養(yǎng)殖系統(tǒng)后，可以每年為企業(yè)節(jié)約1200萬元的生產(chǎn)費用。

2019年11月，京東農(nóng)牧和精氣神進(jìn)一步開展智慧合作，建立“AI智能有機(jī)田園綜合體”該項目位于江西省鷹潭市?！癆I綜合體”將通過智能現(xiàn)代化的養(yǎng)殖技術(shù)，打造集生豬養(yǎng)殖、屠宰、加工、研發(fā)、銷售、冷鏈物流為一體的全產(chǎn)業(yè)鏈，該項目總投資20億元，計劃建設(shè)18000頭核心群及擴(kuò)繁群種豬場、30萬頭智能化山黑豬農(nóng)場、年產(chǎn)15萬噸飼料加工廠、年屠宰60萬頭屠宰場，還涉及熟食加工廠、中央廚房、技術(shù)研究院及院士工作站等。

4.豬臉識別技術(shù)

4.1 理論意義

未引入面部識別技術(shù)時，識別主要以RFID耳標(biāo)識別為主，這是一種非常成熟的牲畜識別方式。但是在使用過程中依然存在難以克服的問題，在場景應(yīng)用上也存在一些限制。

實際上，RFID耳標(biāo)僅僅勝任區(qū)分和記錄的功能，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在“智慧農(nóng)業(yè)”大數(shù)據(jù)的需求，養(yǎng)殖人員需要關(guān)于生豬的實時數(shù)據(jù)，每時每刻對所有生豬的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，提高數(shù)據(jù)收集的及時性和準(zhǔn)確性迫在眉睫。面部識別技術(shù)的重要意義在于能與多種識別技術(shù)及數(shù)據(jù)分析技術(shù)結(jié)合，形成完整的AI養(yǎng)殖管理，將信息從生產(chǎn)端一直傳輸至銷售端，結(jié)合育種管理、生產(chǎn)管理、健康管理、食品安全、環(huán)境控制等技術(shù)，打通這些環(huán)節(jié)，通過高效精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，解讀連接這些環(huán)節(jié)，提升養(yǎng)豬水平。

在種豬的購銷過程中，買家無法確認(rèn)自己購入的種豬是否真的是自己看中的那頭有良好測定成績的那頭種豬，因為RFID電子耳牌可以重寫，耳缺號可以重打，而豬本身特有的特征無法作假，因此，豬臉識別技術(shù)可以為解決該問題提供方案。

4.2 技術(shù)介紹

技術(shù)方面，“豬臉識別”無疑是這新興項目中最核心，最亮眼的技術(shù)。豬的面部識別與人的面部識別類似，主要分為四個步驟：檢測、對齊、編碼、匹配。

首先是檢測，想要識別豬臉，首先要找到環(huán)境中，也就是圖片中存在的豬臉，檢測的目的便是尋找圖片中存在的豬臉的位置，當(dāng)在攝像頭拍攝到的范圍出現(xiàn)豬臉時，檢測系統(tǒng)會根據(jù)算法自動標(biāo)記出豬臉?biāo)嬖诘奈恢米鴺?biāo)，將豬臉切割出來。

然后是對齊，檢測到了豬臉之后，得到了正臉、側(cè)臉等可能從多個角度存在的豬臉圖像，因此需要將不同角度的豬臉圖像進(jìn)行“標(biāo)準(zhǔn)化”，以方便獲取較為準(zhǔn)確的信息來進(jìn)行后續(xù)的識別。這里便需要對這些圖像進(jìn)行“對齊”的操作，對齊是將不同角度的面部圖像對齊成同一種標(biāo)準(zhǔn)的形狀。先定位豬臉上的特征點，然后通過幾何變換（仿射、旋轉(zhuǎn)、縮放），使各個特征點對齊（將眼睛、嘴等部位移到相同位置），得到標(biāo)準(zhǔn)化后的面部圖像數(shù)據(jù)。

對齊之后，便需要開始從圖像中提取被識別面部的具體特征數(shù)據(jù)，就像人臉識別中的特征提取一樣，左眉，右眉，下巴輪廓，鼻子形狀，嘴唇等特征皆會被量化為一定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，從而由圖像得到一個反映面部特征的特征向量，這一特征向量也稱為模板，如上圖右圖所示。同時，與人臉識別不同的是，豬是多胎生物，個體之間的差異性不大，反映到面部更是如此，我們可以較為輕松地通過面相在一群人中認(rèn)出不同的人，卻較難在一群豬中認(rèn)出不同的豬。因此，豬臉識別相對于人臉識別，在面部特征的選取上要更為有難度，同時，豬在日常生活中也容易出現(xiàn)把臉弄臟等情況，需要確保在類似不同情況下豬臉識別的可靠性，也是這項技術(shù)應(yīng)用于實踐與未來發(fā)展所要面臨的莫大的挑戰(zhàn)。

圖1 人臉識別中由圖像數(shù)據(jù)提取面部特征

最后便是匹配，在獲取到了反映圖片里豬臉特征的特征向量后，系統(tǒng)便可以將這一特征向量與先前為豬群建立的面部特征庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，從而得到一個相似度分?jǐn)?shù)，該分?jǐn)?shù)給出了兩者屬于同一個主體的可能性，便可以得到與該特征向量最為匹配的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，進(jìn)而識別出圖片中的豬臉?biāo)鶎?yīng)的身份。

豬臉還正在不斷發(fā)展完善之中。早期在陳瑤生教授的豬臉識別技術(shù)的實驗場中，母豬識別率為98%，肉豬識別率則為85%。這個識別率并不算高，特對是對大規(guī)模的養(yǎng)殖場而言。而如今的技術(shù)已經(jīng)可以達(dá)到在豬群中實現(xiàn)98%的識別準(zhǔn)確率，技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以應(yīng)用于實際的養(yǎng)豬智能化管理中，“精氣神智慧養(yǎng)豬項目”便是一個很好的實踐案例。

5.未來展望

電商野蠻發(fā)展搶占市場份額的熱戰(zhàn)已經(jīng)非常焦灼，農(nóng)村市場已經(jīng)成為電商下沉的目的地。

除了在農(nóng)村銷售商品，如何最大程度開發(fā)農(nóng)村市場的效用，以適應(yīng)城市高收入人群對健康食品的消費升級需求，已經(jīng)吸引了各大電商企業(yè)的眼球，2018年被稱為“智慧農(nóng)業(yè)”元年。這一系列行為很可能成為未來農(nóng)村和城市的連接和創(chuàng)造平衡點。電商企業(yè)具互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的特點，掌握著高新信息技術(shù)，還有完善的物流、儲藏、銷售渠道，商品和高水平人力資源將通過電商業(yè)務(wù)和智慧農(nóng)業(yè)，在農(nóng)村和城市之間流動，有助于解決就業(yè)問題、食品安全問題和電商企業(yè)持續(xù)發(fā)展問題。