劉忠穎

摘 ? ?要：隨著社會不斷發(fā)展和國民要求的不斷提升，食品安全問題、改善環(huán)境以及減少農(nóng)業(yè)污染源成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向。近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷成熟及農(nóng)業(yè)智能化迅猛發(fā)展，很大程度上改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，進而大大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量及生態(tài)環(huán)境安全問題。介紹了發(fā)展智能化綠色種植技術的原因、綠色種植技術帶來的好處和未來綠色種植技術需要突破的難關及發(fā)展方向。

關鍵詞：人工智能;綠色種植技術;物聯(lián)網(wǎng)

文章編號：1005-2690（2021）19-0087-02 ? ? ? 中國圖書分類號：F323.3 ? ? ? 文獻標志碼：B

隨著我國國民經(jīng)濟水平的提升，人們的環(huán)境保護意識也隨之提高，國民在滿足基本生活需求的同時更加注重提高生活品質(zhì)，關注食品安全問題，以及對綠色無公害農(nóng)產(chǎn)品日益增長的需求，探索在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中綠色環(huán)保的種植技術勢在必行[1]，農(nóng)業(yè)智能化的開發(fā)及應用是至關重要的。

1 ? 智能化綠色種植技術在農(nóng)業(yè)領域的應用

為了促進我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，我國出臺了化肥農(nóng)藥雙減政策，提倡遵守生態(tài)安全、資源安全和農(nóng)產(chǎn)品安全的準則。綠色農(nóng)業(yè)種植技術的發(fā)展和應用，能更好地輔助國家政策的執(zhí)行，推動綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，滿足人民的需求。綠色農(nóng)業(yè)種植技術是以生物的循環(huán)再生為基礎、展現(xiàn)自然生物的發(fā)展規(guī)律、使生態(tài)環(huán)境保持原貌的技術[2]。隨著人工智能的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)發(fā)展中開始廣泛應用人工智能理論開發(fā)不同性能的智能化農(nóng)業(yè)技術，更好地實現(xiàn)了高效、精準、快速、節(jié)能、綠色的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程。例如，在農(nóng)業(yè)種植過程中的智能選種、種植，對農(nóng)作物進行實時監(jiān)控及分析等智能化農(nóng)業(yè)技術，符合人們對于綠色環(huán)保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的要求且農(nóng)戶的經(jīng)濟效益也得到了保障。

1.1 ? 農(nóng)業(yè)智能化監(jiān)控

20世紀80年代末，一些發(fā)達國家提出了“精準農(nóng)業(yè)”的概念。由信息技術支持的根據(jù)空間變異，定時、定位、定量地實施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術與管理的系統(tǒng)。在監(jiān)控和分析農(nóng)作物生長方面，精準農(nóng)業(yè)基于地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、遙感技術（RS）技術（簡稱”3S”技術）和傳感器技術，采集田間的各種數(shù)據(jù)，例如，鑒于量、濕度、農(nóng)作物的需水量、水壓、微氣候數(shù)據(jù)、樹冠生物量以及葉綠素等，對農(nóng)作物進行監(jiān)控，并利用機器學習與計算機視覺算法對收集到的數(shù)據(jù)進行分析以及作出合理的決策。與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，更加及時地了解并且報告農(nóng)作物的生長狀況。農(nóng)民通過這些數(shù)據(jù)能實時關注農(nóng)作物的生長情況，不再依靠主觀經(jīng)驗與猜測，而是通過實際的測量值或擁有大量高層次、多方面農(nóng)業(yè)專業(yè)知識的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)作出更加準確的預測，進而有針對性地采取一些自動化措施，比如遠程灌溉技術、自動施肥技術、精準噴灑農(nóng)藥等。智能化的終端系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術獲取的數(shù)據(jù)對農(nóng)作物作出準確的分析，使得農(nóng)作物更好地生長，為農(nóng)戶帶來更大的經(jīng)濟收益。

1.2 ? 病蟲害防治

病蟲害是影響農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的主要因素。經(jīng)過調(diào)查研究，我國每年因病蟲害的發(fā)生和危害導致直接的糧食損失約占總產(chǎn)量的30%。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中病蟲害防治的主要手段是施用農(nóng)藥、利用害蟲趨光的生物特性以及實用的電擊式物理方法進行防治。但長期大量地使用農(nóng)藥，會降低農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，嚴重污染自然環(huán)境，對人體健康造成巨大的傷害。單一地利用生物特性和電擊式驅(qū)蟲方法費時費力且無法大規(guī)模使用，如電蚊拍、粘蟲板、捕蟲籠等。

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)計算機技術被廣泛應用于解決病蟲害問題，主要包括3方面即識別病蟲害、檢測病蟲害和防治病蟲害。比較常見的識別病蟲害的手段有圖像處理技術、深度學習等，尤其是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）結合遷移學習識別病蟲害，利用充分網(wǎng)絡資源來克服大樣本難以獲取的問題，提高農(nóng)作物病害識別效率。

在病蟲害檢測方面，主要是使用基于高光譜、多光譜遙感技術的無人機進行高效、無損的病蟲害檢測。正確、實時地識別和檢測病蟲害是病蟲害防治的前提，也是達到理想防治效果的關鍵所在，利用這些實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)以及相應的機器學習算法，才能對遭受病蟲害的農(nóng)作物及時地進行精準的農(nóng)藥噴灑，而不是大范圍地按照常規(guī)、不加分析地執(zhí)行完全相同的操作。

為推動新型農(nóng)業(yè)、新型主體的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)計算機技術實現(xiàn)了提前防治害蟲、降低損耗、科學使用農(nóng)業(yè)化學品的綠色農(nóng)業(yè)環(huán)保防治的目的，且能為農(nóng)戶降低勞動力的成本、減少農(nóng)業(yè)成本的支出。智能化病蟲害防治能廣泛地應用，為綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展奠基。

2 ? 太陽能殺蟲燈在綠色農(nóng)業(yè)種植中的應用

在防治蟲害方面，智能化設備只能減少農(nóng)藥的使用量，卻不能杜絕施用農(nóng)藥，無法滿足人們對于零農(nóng)藥、健康綠色食品的要求。達爾文的進化論提醒人們，隨著農(nóng)業(yè)化學品的不斷升級，害蟲亦在不斷地進化且產(chǎn)生更強的抗藥性，噴灑農(nóng)藥防治害蟲似乎成為一個無盡的循環(huán)，農(nóng)業(yè)化學品對生態(tài)環(huán)境以及對人體健康的傷害不斷加劇，不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展。與施用農(nóng)藥相比，利用害蟲的生物特征及物理方法防治害蟲更佳，從根本上解決農(nóng)藥帶來的危害且滿足人們對于無農(nóng)藥綠色健康食品的追求，如利用害蟲趨光性進行誘殺、黑光燈、頻振式殺蟲燈、電擊式殺蟲燈、扇（風）吸式殺蟲燈等物理方法，殺蟲燈的出現(xiàn)“照亮”農(nóng)業(yè)綠色防控，促進農(nóng)業(yè)污染控制，使得農(nóng)田生態(tài)環(huán)境更好。

自2005年以來，我國開始廣泛地應用太陽能殺蟲燈，根據(jù)不同種類農(nóng)作物的蟲害特點，選擇適用性更強的太陽能殺蟲燈，以便提升殺蟲率，充分發(fā)揮太陽能殺蟲燈的作用。例如，作為我國主要的糧食玉米和水稻，關乎我國的國民經(jīng)濟和人民的生活，卻一直遭受到蟲害的破壞。對于水稻田間害蟲的防治，從殺蟲燈的穩(wěn)定性、誘捕效果、實際的田間情況和不同種類害蟲的損害程度作比較，電擊式太陽能殺蟲燈能夠更好地降低稻縱卷葉螟和稻飛虱的田間蟲量及危害程度，生產(chǎn)實踐過程中電擊式太陽能殺蟲燈防治效果更好。在玉米田中防治害蟲比較常見的太陽能殺蟲燈是扇式太陽能殺蟲燈，采用風吸式、進蟲口向下的設計，具有較大的誘捕范圍，誘捕效率比較高。不同類型的太陽能殺蟲燈，既解決了糧食的害蟲問題以及保障糧食的產(chǎn)量，又有效地避免農(nóng)殘超標帶來的風險以及農(nóng)業(yè)污染問題，且不會給生態(tài)環(huán)境安全帶來負面影響。但在實際應用中，僅依靠物理方法處理農(nóng)業(yè)蟲害問題，具有一定的制約性，并未達到比較理想的效果且不能滿足農(nóng)戶對于蟲害防治的要求。

殺蟲燈與物聯(lián)網(wǎng)結合，很好地克服了物理方法防治害蟲過程中存在的困難。將適用于大規(guī)模部署和區(qū)域監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Networks，WSN）技術與太陽能殺蟲燈（Solar Insecticidal Lamps，SILs）結合，形成一種新型的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)——太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)（Solar Insecticidal Lamps Internet of Things，SIL-IoTs）。白天，通過太陽能板收集能量，再將太陽能轉化為電能，存儲蓄電池中;晚上，利用害蟲的趨光性引誘害蟲，當害蟲接觸金屬網(wǎng)時釋放高壓脈沖電流殺死害蟲。除了滅蟲功能，還具有殺蟲計數(shù)、蟲害區(qū)域定位、輔助濃情檢測等功能。與太陽能殺蟲燈相比，在農(nóng)田中太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)具有更好的應用性、殺蟲效果更加理想。由于太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)的硬件設備成本較高，在實際應用中會遭到不同程度的破壞和被盜的情況，為了解決這一問題，設計出無人機殺蟲燈輔助設備，由具有通信功能的無人機與智能化的殺蟲燈組成，既具備追蹤功能，又能夠及時彌補太陽能殺蟲燈被破壞或被盜帶來的損失，這已經(jīng)成為太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)的研究熱點。

太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)是“精準農(nóng)業(yè)”和“智慧農(nóng)業(yè)”的典型應用，是結合無線傳感器網(wǎng)絡技術的一種新型農(nóng)業(yè)蟲害防治模式。目前，這項技術還不是非常成熟，依然存在很多問題和挑戰(zhàn)。比如，由于其部署于野外，受外界環(huán)境影響較大，容易出現(xiàn)故障，無法長期發(fā)揮殺蟲作用，需要不斷優(yōu)化太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點部署方案的算法，研究實用性更強的硬件設備，充分利用人工智能理論以及相關的技術對太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)進行更加智能化的控制，解決已出現(xiàn)的和潛在的問題，以達到更好的防治效果，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全，促進綠色農(nóng)業(yè)種植的發(fā)展。

3 ? 智能化綠色種植技術的發(fā)展方向

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，智能化的綠色種植技術發(fā)揮著巨大的作用，既能省時省力地保障糧食的產(chǎn)量和品質(zhì)，又能減少農(nóng)業(yè)化學品帶來的危害，還能夠克服農(nóng)業(yè)AI技術、物聯(lián)網(wǎng)技術在實際應用中的限制性。在計算機硬件不斷更新、優(yōu)化的過程中，借鑒已有的工業(yè)上的智能化控制的技術，構建出更加完善、更具有實用性的計算機算法，克服現(xiàn)存的種種困難。①解決農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)源問題。②發(fā)展農(nóng)業(yè)人工智能。例如通過深度學習建立農(nóng)業(yè)知識圖譜，實現(xiàn)作物病蟲害和動物個體智能識別與診斷，研究智能語音精準信息服務系統(tǒng)等。③開展繼承應用示范。將物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)以及人工智能與其他物理方法相結合，開發(fā)出更多的綠色防治害蟲的技術等，以便更好地輔助綠色農(nóng)業(yè)種植政策。目前，物理方法及生物防治特性與各種計算機技術相結合是克服農(nóng)業(yè)現(xiàn)存缺陷的最好途徑之一，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)化學品減量控害的目標。在病害蟲防治上充分利用物理方法、害蟲的生物特性與計算機技術結合的方法，開發(fā)出更多的智能化綠色農(nóng)業(yè)防護技術，保護自然環(huán)境、節(jié)約自然資源，這是農(nóng)業(yè)發(fā)展中重要的研究方向。為了推動綠色農(nóng)業(yè)種植技術的發(fā)展及應用，充分利用深度學習處理農(nóng)業(yè)種植過程中出現(xiàn)的問題，以便收集數(shù)據(jù)信息。

參考文獻：

[ 1 ] 李凱亮，舒磊，黃凱，等.太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀與展望[J].智慧農(nóng)業(yè)，2019，1（3）：13-28.

[ 2 ] 龐小芳.推廣綠色農(nóng)業(yè)種植技術的有效途徑分析[J].農(nóng)業(yè)與技術，2019，39（2）：177-178.