Concept of new quality productive forces driving the upgrading of cotton cultivation in Xinjiang

Jiao Hairui

2019—2024年，我國(guó)年平均棉花產(chǎn)量為610萬t左右，進(jìn)口量為202萬t，消費(fèi)量為780萬t[]?？梢?，我國(guó)棉花供需存在明顯缺口，不得不通過大量進(jìn)口彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)供給不足。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與居民生活水平提升，紡織服裝等行業(yè)對(duì)棉花原料的需求呈穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)，因此需持續(xù)重視棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展，通過提升國(guó)內(nèi)棉花產(chǎn)量和品質(zhì)保障市場(chǎng)穩(wěn)定供應(yīng)。

新疆是我國(guó)最大的棉花主產(chǎn)區(qū)。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2023年新疆棉花產(chǎn)量達(dá)511.2萬t，占全國(guó)總產(chǎn)量的 90% 以上2。新疆棉花產(chǎn)業(yè)不僅是我國(guó)棉花生產(chǎn)安全的重要保障，也是推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)。

在棉花栽培技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，新疆持續(xù)推進(jìn)種植機(jī)械化3，目前已構(gòu)建涵蓋深松整地、精量播種、水肥藥一體化、化學(xué)調(diào)控、病蟲害防治、化學(xué)脫葉、機(jī)械采收、秸稈還田及殘膜回收的全程機(jī)械化生產(chǎn)體系4，顯著提升了生產(chǎn)效率與原棉品質(zhì)，降低了生產(chǎn)成本，為農(nóng)業(yè)增效、棉農(nóng)增收及提升產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力奠定了基礎(chǔ)[5。然而，當(dāng)前新疆棉花生產(chǎn)仍面臨品種“多雜亂”生產(chǎn)環(huán)境退化、要素投入成本高、棉農(nóng)科技素養(yǎng)有待提升及機(jī)采棉品質(zhì)管控不足等問題。近年來，我國(guó)科技進(jìn)步與人才儲(chǔ)備為農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)支撐，人工智能（artificialintelligence，AI）已在精準(zhǔn)育種、土壤健康管理、農(nóng)業(yè)合作管理以及種植管理、收獲加工等產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后環(huán)節(jié)得到應(yīng)用，伴隨算力提升與技術(shù)迭代，其已具備在新疆農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，尤其是棉花栽培中全面應(yīng)用的條件。

基于當(dāng)前新疆棉花栽培中存在的問題和現(xiàn)有技術(shù)條件，筆者提出棉花“AI栽培體系”，旨在解決人工成本過高、棉農(nóng)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足、農(nóng)用機(jī)械作業(yè)效率低、水肥滴灌時(shí)間與用量精準(zhǔn)度不足、施肥配比不合理、化學(xué)調(diào)控時(shí)間與劑量控制精度不足、病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警滯后[等關(guān)鍵問題。通過新質(zhì)生產(chǎn)力技術(shù)賦能，該體系可實(shí)現(xiàn)減少人工介人、支持超大規(guī)模棉田管理、提升系統(tǒng)運(yùn)行效率的目標(biāo)，進(jìn)而推動(dòng)新疆棉花產(chǎn)量與品質(zhì)的系統(tǒng)性提升。

1棉花栽培中新質(zhì)生產(chǎn)力的主要內(nèi)容

新質(zhì)生產(chǎn)力是習(xí)近平總書記在新時(shí)代提出的一個(gè)重要概念，應(yīng)運(yùn)于新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)浪潮而生，是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)型的核心動(dòng)力。它是一種以科技創(chuàng)新為主導(dǎo)、實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性顛覆性技術(shù)突破而產(chǎn)生的先進(jìn)生產(chǎn)力質(zhì)態(tài)，具有高科技、高效能、高質(zhì)量的特征，符合新發(fā)展理念[1I-2]。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，新質(zhì)生產(chǎn)力是指以現(xiàn)代科技為支撐、以農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新為核心驅(qū)動(dòng)力、以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式變革為突破口、以促進(jìn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展為導(dǎo)向、以提高農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)率為核心目標(biāo)，形成的兼具新技術(shù)、新要素、新模式、新業(yè)態(tài)、新動(dòng)能等特征的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力體系[13]。

在棉花栽培領(lǐng)域，新質(zhì)生產(chǎn)力的核心價(jià)值體現(xiàn)在通過技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)效能升級(jí)和優(yōu)化生產(chǎn)要素的配置，通過數(shù)字化技術(shù)、智能裝備的整合應(yīng)用，以及綠色生產(chǎn)模式的構(gòu)建，提高棉花的種植效率和資源利用效率。此外，棉花新質(zhì)生產(chǎn)力效能的充分發(fā)揮有賴于農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力培訓(xùn)以提升其技術(shù)應(yīng)用能力，使其既能適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，又能適應(yīng)棉花生產(chǎn)高質(zhì)量發(fā)展需求[14]。

當(dāng)前棉花栽培領(lǐng)域已開展新質(zhì)生產(chǎn)力技術(shù)的試驗(yàn)與應(yīng)用：無人機(jī)遙感技術(shù)通過部署低成本小型無人機(jī)獲取超高清數(shù)字影像，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)模棉田的快速覆蓋與產(chǎn)量估算，兼具成本、效益與精度優(yōu)勢(shì)[15；無人機(jī)植保作業(yè)在棉田病蟲害防治及化學(xué)脫葉環(huán)節(jié)的應(yīng)用，顯著提升作業(yè)效率并改善棉花產(chǎn)量和品質(zhì)；小型機(jī)器人車試驗(yàn)顯示，其單日可采集12140個(gè)棉鈴，每輪作業(yè)完成25次采摘，覆蓋約303500個(gè)新吐絮棉鈴，該小型機(jī)器人車以 4.83km h^-1 的速度行駛，每3s采摘1個(gè)棉鈴，若其每天工作 ^10h ，可以在50d內(nèi)完成 0.405hm² 的棉田收獲，且纖維品質(zhì)損傷率較低[；構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)與棉花功能結(jié)構(gòu)模型的智慧棉花生產(chǎn)數(shù)字化系統(tǒng)平臺(tái)，利用智能傳感器實(shí)時(shí)采集田間氣象、土壤溫濕度和作物長(zhǎng)勢(shì)等數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合模型模擬分析，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控管理、預(yù)測(cè)判別、智能處理和可視化模擬等功能[18]；創(chuàng)建棉花生產(chǎn)從播種到收獲的關(guān)鍵環(huán)節(jié)精準(zhǔn)監(jiān)控技術(shù)體系，包括播種質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)與調(diào)控技術(shù)、滴灌棉田全程養(yǎng)分和水分快速監(jiān)測(cè)與定量診斷技術(shù)、水肥一體化精準(zhǔn)管理技術(shù)、病蟲害精準(zhǔn)防控技術(shù)和采棉機(jī)服務(wù)云平臺(tái)技術(shù)等，可顯著提升作業(yè)質(zhì)量和管理效能[19]。

2在新疆棉花栽培上發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的必要性

新疆植棉區(qū)地形平坦開闊，單戶經(jīng)營(yíng)棉田規(guī)模達(dá)數(shù)公頃至數(shù)百公頃，適合開展大型機(jī)械化作業(yè)。在新疆棉花栽培領(lǐng)域發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，要求勞動(dòng)者轉(zhuǎn)化為兼具作物栽培知識(shí)與智能裝備操作能力的技術(shù)型人才，勞動(dòng)資料演變?yōu)橹悄懿僮飨到y(tǒng)和自動(dòng)化設(shè)備機(jī)械等。在人工智能技術(shù)深度應(yīng)用的時(shí)代背景下，新質(zhì)生產(chǎn)力通過驅(qū)動(dòng)智能化生產(chǎn)方式，不僅能引領(lǐng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)提檔升級(jí)，更能加速未來產(chǎn)業(yè)體系形成與落地[20]。新質(zhì)生產(chǎn)力賦能棉花栽培后，技術(shù)范式發(fā)生系統(tǒng)性轉(zhuǎn)變，田間監(jiān)測(cè)手段從傳統(tǒng)人眼判別升級(jí)為機(jī)器視覺識(shí)別[2和多源傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，決策模式從依賴經(jīng)驗(yàn)的人工決策轉(zhuǎn)向基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能22決策。通過智能化裝備與技術(shù)的深度應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)棉花栽培的精準(zhǔn)化、高效化與自動(dòng)化：其一，通過全程機(jī)械化與作業(yè)流程自動(dòng)化改造，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短農(nóng)事作業(yè)時(shí)間，提升耕地、整地、播種和植物保護(hù)等環(huán)節(jié)的作業(yè)精度；其二，依托智能灌溉施肥施藥系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)耦合土壤情、作物需水規(guī)律與氣象病蟲害數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)棉田養(yǎng)分、水分和藥劑的精準(zhǔn)投放，優(yōu)化整體資源配置，提高資源利用效率，充分發(fā)揮新疆光熱資源優(yōu)勢(shì)，不僅能生產(chǎn)符合高端市場(chǎng)需求的優(yōu)質(zhì)原棉，還能促進(jìn)棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

在新疆棉花栽培上發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力具有重大戰(zhàn)略意義。區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，可提升棉花單產(chǎn)水平與原棉品質(zhì)，增加農(nóng)民收入，并帶動(dòng)紡織、物流、機(jī)械制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，直接推動(dòng)新疆植棉區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。國(guó)家棉花安全保障方面，可通過優(yōu)化生產(chǎn)要素配置、提升資源利用效率，系統(tǒng)性增強(qiáng)棉花綜合生產(chǎn)能力，有效提升棉花自給能力，降低對(duì)外依存度，筑牢國(guó)家棉花安全的產(chǎn)業(yè)根基。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化推進(jìn)方面，新質(zhì)生產(chǎn)力作為農(nóng)業(yè)科技革命的核心驅(qū)動(dòng)力之一，其應(yīng)用不僅能顯著提高棉花生產(chǎn)科技含量和數(shù)字化管理水平，更能通過生產(chǎn)方式變革培育適應(yīng)智能農(nóng)業(yè)的新型職業(yè)農(nóng)民，從技術(shù)應(yīng)用與人才儲(chǔ)備兩方面夯實(shí)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展基礎(chǔ)。生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面，新質(zhì)生產(chǎn)力賦能下的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系（如精量施肥、靶向施藥、智能灌溉等），可減少化肥農(nóng)藥施用量，實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量的持續(xù)性保護(hù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益協(xié)同提升，為干旱區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供路徑示范。

3建立棉花“AI栽培體系”的構(gòu)想

筆者提出棉花“AI栽培體系\"的構(gòu)想，該體系由“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”和“設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)\"構(gòu)成，三大系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接交互。其中，“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)\"向“設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)”發(fā)送控制指令，“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)“設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)”的運(yùn)行狀態(tài)（含棉花生長(zhǎng)參數(shù)及棉田環(huán)境數(shù)據(jù)），并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”，“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析決策后，再次向“設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)\"發(fā)送指令，形成閉環(huán)控制。

3.1 “數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”介紹

3.1.1“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)\"的平臺(tái)構(gòu)架。它主要由異構(gòu)處理器[包括用于基本任務(wù)計(jì)算的中央處理器（cen-tralprocessingunit，CPU）、用于圖像處理和視頻編碼等圖形密集型任務(wù)的圖形處理單元（graphicsprocessingunit，GPU）[23]、處理大規(guī)模機(jī)器學(xué)習(xí)模型的張量處理單元（tensor processingunit，TPU）[24]、高效率處理視頻和圖像類海量多媒體數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元（neural network processing unit， NPU）[25]、專注于深度學(xué)習(xí)計(jì)算加速的深度學(xué)習(xí)處理單元（deep learning processingunit，DPU）[2等]、內(nèi)存、硬盤（用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與提?。?、可交互顯示器、電源、音箱、數(shù)據(jù)接收與發(fā)射器等硬件組成，搭載Linux操作系統(tǒng)[27]，并在該系統(tǒng)上搭建Hadoop高性能服務(wù)器集群[28]等功能應(yīng)用軟件。

3.1.2“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)\"的運(yùn)行機(jī)制。作為棉花“AI栽培體系”的核心控制中樞，“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”負(fù)責(zé)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析并生成執(zhí)行指令。如圖1，該內(nèi)部包含“機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)”“分析診斷系統(tǒng)\"和“人機(jī)交互系統(tǒng)\"3個(gè)功能模塊?！皺C(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)\"通過多源數(shù)據(jù)訓(xùn)練構(gòu)建模型，輸入數(shù)據(jù)包括：棉花全生育期多維度生長(zhǎng)數(shù)據(jù)（圖像信息、生理指標(biāo)等）生長(zhǎng)環(huán)境因子數(shù)據(jù)（水肥投人時(shí)間及劑量、土壤溫濕度、養(yǎng)分含量、光照強(qiáng)度、氣象參數(shù)、病蟲害發(fā)生記錄等）和設(shè)備機(jī)械運(yùn)行數(shù)據(jù)（作業(yè)圖像、性能參數(shù)、棉田高精度電子地圖等）。經(jīng)訓(xùn)練后，系統(tǒng)可明確不同品種棉花的生長(zhǎng)特性、各生育期正常生長(zhǎng)閾值、病蟲害特征識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)[2水肥投入的合理區(qū)間、環(huán)境因子適宜范圍及設(shè)備與機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)等，并基于歷史大數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)耦合分析實(shí)現(xiàn)棉花生長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)與產(chǎn)量預(yù)估[30。此外，該模塊通過互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)抓取技術(shù)自動(dòng)獲取權(quán)威棉花栽培知識(shí)庫(kù)（文獻(xiàn)、專著等），結(jié)合專業(yè)技術(shù)人員人工輸入的領(lǐng)域知識(shí)，持續(xù)更新優(yōu)化模型參數(shù)?！胺治鲈\斷系統(tǒng)”作為核心功能單元，實(shí)時(shí)接收“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”傳輸?shù)拿尢锃h(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過預(yù)設(shè)算法模型進(jìn)行分析處理，即時(shí)生成灌溉施肥、病蟲害防治、機(jī)械作業(yè)等控制指令并發(fā)送至“設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)”。“人機(jī)交互系統(tǒng)”搭建工作人員與“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)\"的雙向溝通通道，當(dāng)系統(tǒng)遭遇未知場(chǎng)景或出現(xiàn)決策歧義時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)人工干預(yù)機(jī)制，將異常信息反饋至操作終端，經(jīng)人工研判后，形成修正指令回傳至系統(tǒng)，完成決策閉環(huán)，同時(shí)，同步記錄人工決策過程并更新知識(shí)庫(kù)。工作人員可通過該模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控棉花栽培全流程運(yùn)行狀態(tài)，獲取系統(tǒng)生成的分析報(bào)告與預(yù)警信息。

3.2 “監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”介紹

3.2.1“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)\"的構(gòu)成。該系統(tǒng)主要由太陽能供電裝置、攝像機(jī)、測(cè)量?jī)x、傳感器（含光傳感器、聲傳感器、溫濕度傳感器等）及探測(cè)設(shè)備（土壤質(zhì)地探測(cè)器、土壤養(yǎng)分探測(cè)器、土壤pH探測(cè)器等）組成，各組件分別部署于棉田監(jiān)測(cè)區(qū)域及設(shè)備庫(kù)房，可實(shí)現(xiàn)全天候連續(xù)測(cè)量作物生長(zhǎng)參數(shù)、監(jiān)測(cè)農(nóng)田環(huán)境及設(shè)備機(jī)械運(yùn)行參數(shù)。

3.2.2“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)\"的運(yùn)行機(jī)制。如圖2，該系統(tǒng)通過多類型終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)棉田環(huán)境與生產(chǎn)過程的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)對(duì)象涵蓋棉花生長(zhǎng)參數(shù)、病蟲害發(fā)生狀況、王壤與空氣環(huán)境參數(shù)、設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)等，在硬件部署上，每 15hm² 棉田配置1臺(tái)高分辨率攝像機(jī)（具備 500m 內(nèi)高清成像能力），可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)備與機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)、棉花生長(zhǎng)表型及病蟲害癥狀的全覆蓋監(jiān)測(cè)[3，攝像機(jī)采用巡航模式作業(yè)，每分鐘采集1次圖像數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)傳輸至“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”，測(cè)量?jī)x每日完成1次周期性數(shù)據(jù)采集，傳感器與探測(cè)儀設(shè)置每小時(shí)自動(dòng)獲取1次環(huán)境與土壤參數(shù)。作為數(shù)據(jù)采集終端，“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)\"持續(xù)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以數(shù)字信號(hào)、圖像或視頻形式傳輸至“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”，構(gòu)建棉田生產(chǎn)全要素實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.3“設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)\"介紹

3.3.1“設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)\"的構(gòu)成。該系統(tǒng)由肥料攪拌裝置、滴水施肥設(shè)備、充電式智能機(jī)器人及農(nóng)用機(jī)械集群（包括耙地機(jī)、播種機(jī)、智能搬運(yùn)車、智能點(diǎn)播機(jī)、中耕機(jī)、植保無人機(jī)、采棉機(jī)等）組成，所有設(shè)備均配備遠(yuǎn)程智能控制模塊。其中，農(nóng)用機(jī)械集成激光雷達(dá)導(dǎo)航系統(tǒng)與多類型傳感器，支持自動(dòng)駕駛功能及農(nóng)用物資（種子、農(nóng)藥、滴灌帶和地膜等）的實(shí)時(shí)存量感知，確保作業(yè)過程中物資的及時(shí)補(bǔ)給；充電式智能機(jī)器人搭載異構(gòu)計(jì)算處理器（CPU + GPU）、機(jī)器視覺模塊、多參數(shù)環(huán)境傳感器（聲光溫濕）、人機(jī)交互終端及基于LinuxCNC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[32，通過預(yù)設(shè)算法模型學(xué)習(xí)棉田管理全流程知識(shí)，可精確識(shí)別肥料種類、機(jī)械類型、作業(yè)狀態(tài)及滴灌施肥設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。

圖1“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)\"運(yùn)行

3.3.2“設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)\"的運(yùn)行機(jī)制。如圖3，當(dāng)接收到“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”下達(dá)的指令后，相應(yīng)設(shè)備及機(jī)械會(huì)在攝像機(jī)監(jiān)控下啟動(dòng)運(yùn)行。農(nóng)用機(jī)械會(huì)從棉田大庫(kù)房出庫(kù)開展作業(yè)，智能機(jī)器人和智能機(jī)器車負(fù)責(zé)物資搬運(yùn)等工作，配合并協(xié)助各類設(shè)備和機(jī)械運(yùn)行，作業(yè)完成或無指令時(shí)，智能機(jī)器人和農(nóng)用機(jī)械等返回大庫(kù)房待命。同時(shí)，“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)\"實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備和機(jī)械運(yùn)行過程，將數(shù)據(jù)傳至“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”，分析診斷作業(yè)效果，若不達(dá)標(biāo)，再次向“設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)”下達(dá)指令。

在棉花全生育周期內(nèi)，三大系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)交互與指令協(xié)同形成閉環(huán)管控體系，可精準(zhǔn)實(shí)施滴灌、施肥、植保及化學(xué)調(diào)控作業(yè)，保障棉花全生育期處于最優(yōu)生長(zhǎng)環(huán)境，系統(tǒng)性提升棉花產(chǎn)量與品質(zhì)。

4“AI栽培體系”運(yùn)行中可能存在的問題及解決方法

4.1 網(wǎng)絡(luò)延遲問題

當(dāng)前新疆植棉區(qū)4G網(wǎng)絡(luò)已基本實(shí)現(xiàn)全域覆蓋，但偏遠(yuǎn)地區(qū)存在信號(hào)衰減的問題，可能導(dǎo)致“AI栽培體系\"內(nèi)三大系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸延遲。對(duì)此，可通過部署邊緣計(jì)算基站或增強(qiáng)型通信基站，提升區(qū)域網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度與穩(wěn)定性[33]，確保系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互的實(shí)時(shí)性與可靠性。

4.2 機(jī)械故障問題

當(dāng)農(nóng)業(yè)機(jī)械在播種、中耕、植保、收獲等作業(yè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障時(shí)，部署于機(jī)械本體及田間的攝像頭、傳感器（含機(jī)械內(nèi)置故障傳感器）將實(shí)時(shí)采集故障特征數(shù)據(jù)并傳輸至“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”，若判定為需人工介入的復(fù)雜故障，其檢修過程可能導(dǎo)致棉田作業(yè)延遲，因此，應(yīng)建立機(jī)械設(shè)備定期檢修機(jī)制，通過預(yù)防性維護(hù)避免作業(yè)期間突發(fā)故障。

圖3“設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)\"運(yùn)行

4.3認(rèn)知不足

“AI栽培體系\"運(yùn)行過程中可能面臨復(fù)雜場(chǎng)景下的決策不確定性，需通過人工干預(yù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)異常情況的研判與指令修正。因此，系統(tǒng)需構(gòu)建持續(xù)學(xué)習(xí)模塊，以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展知識(shí)庫(kù)，提升復(fù)雜環(huán)境下的自主決策能力。

4.4 成本問題

“AI栽培體系\"適宜管理規(guī)模為 300hm² 以上，小于該面積可能導(dǎo)致農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)效益不明顯。其軟硬件成本較高（須向技術(shù)供應(yīng)商采購(gòu)，或與國(guó)內(nèi)人工智能科研機(jī)構(gòu)、科技企業(yè)聯(lián)合研發(fā)），且田間測(cè)試與迭代升級(jí)需持續(xù)投入較高成本。因此，須通過技術(shù)創(chuàng)新與規(guī)模效應(yīng)降低系統(tǒng)成本，推動(dòng)“AI栽培系統(tǒng)\"的完善與推廣應(yīng)用。

5展望

“AI栽培系統(tǒng)\"不僅限于棉花栽培管理，其技術(shù)架構(gòu)可通過導(dǎo)入其他農(nóng)作物的生長(zhǎng)模型與栽培技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其他農(nóng)作物全生育期的自動(dòng)化精準(zhǔn)管理。該體系通過實(shí)時(shí)調(diào)控設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行時(shí)序、水肥藥投入量，顯著降低人工成本與資源消耗，提升農(nóng)作物生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。在自主學(xué)習(xí)過程中，系統(tǒng)能夠解析農(nóng)作物生長(zhǎng)與環(huán)境因子（土壤溫濕度、透氣性、養(yǎng)分含量及空氣的溫濕度、光照時(shí)長(zhǎng)與強(qiáng)度等）的耦合關(guān)系，并基于氣候數(shù)據(jù)與作物表型信息預(yù)測(cè)產(chǎn)量與品質(zhì)，持續(xù)優(yōu)化栽培管理策略

“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)\"可部署于云端構(gòu)建“智能分析指揮中心”，為一定區(qū)域甚至新疆全疆范圍內(nèi)搭載“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”與“設(shè)備及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)\"的棉田提供統(tǒng)一服務(wù)。通過農(nóng)用機(jī)械的物聯(lián)網(wǎng)接入，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控農(nóng)場(chǎng)內(nèi)所有機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)，基于地理信息與作業(yè)需求進(jìn)行跨區(qū)域調(diào)度，最大化提升機(jī)械利用率，縮短整體農(nóng)事作業(yè)周期。

新疆棉花栽培領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力的規(guī)?；瘧?yīng)用，應(yīng)依托政府政策引導(dǎo)與支持，通過建立專項(xiàng)補(bǔ)貼與扶持政策，建設(shè)新質(zhì)生產(chǎn)力應(yīng)用示范基地，結(jié)合資金投入與職業(yè)技能培訓(xùn)基地建設(shè)[34，系統(tǒng)性提升棉農(nóng)數(shù)字素養(yǎng)與技術(shù)應(yīng)用能力，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展奠定制度與人才基礎(chǔ)[35]。

展望未來，隨著新質(zhì)生產(chǎn)力在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的深化應(yīng)用，棉花等作物栽培將逐步實(shí)現(xiàn)工廠化、無人化與全流程自動(dòng)化，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式變革與人民生活質(zhì)量的顯著提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)棉花協(xié)會(huì).中國(guó)棉花供需平衡表[Z/OL].[2024-12-19].https：//www.china-cotton.org/warning/demandData.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.國(guó)家統(tǒng)計(jì)局關(guān)于2023年棉花產(chǎn)量的公告[Z/OL].（2023-12-25）[2024-12-19].https：//www.stats.gov.cn/sj/zxfb/202312/t20231225_1945745.html.

[3]劉北樺，雷鈞，詹玲，等.全程機(jī)械化：新疆棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇——以新疆博樂市達(dá)勒特鎮(zhèn)呼熱布呼村為例[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2014，35（1）：8-11，43.

[4]王剛，陳兵，王旭文，等.新疆棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化機(jī)藝融合技術(shù)[J].中國(guó)棉花，2022，49（3）：24-26.

[5]喻樹迅，周亞立，何磊.新疆兵團(tuán)棉花生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].中國(guó)棉花，2015，42（8）：1-4，7.

[6]劉嘉嘉，黃福江.新疆棉花生產(chǎn)現(xiàn)狀和存在問題及對(duì)策[J].棉花科學(xué)，2022，44（5）：15-19.

[7]熊征，孟祥寶，汪洋，等.國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)人工智能典型應(yīng)用案例及啟示[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2021，42（5）：8-16.

[8]唐文，李曉曉，呂寧.新疆棉花生產(chǎn)成本與收益分析及植棉對(duì)策研究——基于 2002—2016年度數(shù)據(jù)實(shí)證分析[J].中國(guó)棉花，2018，45（10）：9-15.

[9]陳署晃，張炎，劉俊，等.新疆棉花施肥現(xiàn)狀、問題與對(duì)策[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（1）：147-150.

[10]趙雙印，董潔.新疆棉花優(yōu)質(zhì)栽培及病蟲害防治技術(shù)要點(diǎn)[J].農(nóng)村實(shí)用技術(shù)，2020（6）：59-60.

[11]周文，許凌云.論新質(zhì)生產(chǎn)力：內(nèi)涵特征與重要著力點(diǎn)[J].改革，2023（10）：1-13.

[12]蔣永穆，喬張媛.新質(zhì)生產(chǎn)力：符合新發(fā)展理念的先進(jìn)生產(chǎn)力質(zhì)態(tài)[J].東南學(xué)術(shù)，2024（2）：52-63，246.

[13]樊勝根.發(fā)展農(nóng)業(yè)領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力助力農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化[J].人民論壇·學(xué)術(shù)前沿，2024（13）：87-94.

[14]米巧，杜逍穎，賈娟娟.新質(zhì)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力培育對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)的影響——以棉花生產(chǎn)為例[J].財(cái)經(jīng)科學(xué)，2024（8）：135-148.

[15] Huang Y B，Brand HJ，Sui R X，et al. Cotton yield esti-mation using very high-resolution digital images acquiredwith a low-cost small unmanned aerial vehicle[J]. Trans-actions of the American Society of Agricultural and Bio-logical Engineer，2016，59（6）：1563-1574.

[16]曹眾，王國(guó)賓.無人機(jī)在棉花田間管理方面的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].南方農(nóng)機(jī)，2021，52（11）：83-84.

[17]FueKG，PorterWM，BarnesEM，etal.An extensivereview of mobile agricultural robotics for field operations：focus on coton harvesting[J].AgriEngineering，2020，2（1）：150-174.

[18]萬璐，杜明偉，王雪姣，等.物聯(lián)網(wǎng)與作物模型在智慧棉花系統(tǒng)中的應(yīng)用與展望[J].中國(guó)棉花，2020，47（8）：1-6，15.

[19]呂新，苑嚴(yán)偉，馬富裕，等.棉花生產(chǎn)智慧精準(zhǔn)管理技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國(guó)棉花，2023，50（5）：29-34，封4.

[20]肖峰，赫軍營(yíng).新質(zhì)生產(chǎn)力：智能時(shí)代生產(chǎn)力發(fā)展的新向度[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)（人文社會(huì)科學(xué)版），2023，54（6）：37-44.

[21]朱云，凌志剛，張雨強(qiáng).機(jī)器視覺技術(shù)研究進(jìn)展及展望[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2020，41（6）：871-890.

[22]周濟(jì)，陳佳瑋，沈利言，等.人工智能——推動(dòng)植物研究發(fā)展的新動(dòng)力[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，45（5）：1060-1071.

[23]苗旭鵬，王馭捷，沈佳，等.面向多GPU的圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練加速[J].軟件學(xué)報(bào)，2023，34（9）：4407-4420.

[24]欒奕，劉昌華.基于 TPU和FPGA的深度學(xué)習(xí)邊緣計(jì)算平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2021，43（6）：976-983.

[25]陳桂林，馬勝，郭陽.硬件加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)綜述[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2019，56（2）：240-253.

[26]班有容，王錦濤，王鵬，等.DPU技術(shù)在算力網(wǎng)絡(luò)中的思考與實(shí)踐[J].通信世界，2022（17）：46-49.

[27]袁帥，代連奇，譚洪旭，等.嵌入式Linux操作系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用[Jl.產(chǎn)業(yè)與科技論壇.2018.17（24）：53-54.

[28]汪瑜斌.基于Linux構(gòu)建Hadoop高性能服務(wù)器集群[J].通信電源技術(shù)，2018，35（9）：151-152，154.

[29]魏超，范自柱，張泓，等.基于深度學(xué)習(xí)的農(nóng)作物病害檢測(cè)[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，40（2）：190-196.

[30]彭慧文，趙俊芳，謝鴻飛，等.作物模型應(yīng)用與遙感信息集成技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2022，43（8）：644-656.

[31]任月曉，米浩，王耀，等.一種農(nóng)業(yè)病蟲害高清拍照系統(tǒng)[J].中國(guó)科技信息，2020（6）：78-79，81.

[32]蔡向朝，王戰(zhàn)璽，孫啟彰，等.可配置模塊化工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2018，37（5）：760-766.

[33]常春.新疆移動(dòng)通信公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本管理研究[D].南京：南京郵電大學(xué)，2012.

[34]姜居波.提高我國(guó)農(nóng)村人力資源素質(zhì)的路徑分析—對(duì)天津市農(nóng)村勞動(dòng)力現(xiàn)狀的調(diào)研[J].山東社會(huì)科學(xué)，2008（8）：115-117.

[35]曾祥明，張?chǎng)锡?新質(zhì)生產(chǎn)力視域下新型職業(yè)農(nóng)民數(shù)字技能培育研究[J].前沿，2024（5）：87-94.

（責(zé)任編輯：秦凡責(zé)任校對(duì)：楊子山）

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