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廣西:“無人”種田 AI養瓜

農機網  時間:2018/12/28 13:32:00 來源:廣西日報 閱讀數:449

  近日,荷蘭瓦赫寧根大學主辦的國際人工智能溫室種植大賽上,騰訊AILab與農業專家組成的iGrow隊脫穎而出,獲“AI策略”單項第一名、總分第二名的優異成績。種植結果顯示,該人工智能系統提高了農產品的產量和自然資源利用率。

  粵港澳大灣區在科技先行的大思路下,未來智慧農業、數字農業是大趨勢??萍冀o農業帶來了什么?按需施藥精準噴灑的植保無人機、AI種黃瓜擺脫“看天吃飯”、飛機種田……這些都是大灣區里的智慧農業研究成果。

  精準噴藥可實現農藥減量

  “未來智慧農業、數字農業是大趨勢,而植保無人機則是開啟數字農業的‘鑰匙’。”12月14日在廣東省廣州市舉行的“數字農業的未來”極飛科技年度大會上,廣州極飛科技聯合創始人龔槚欽說,搭載了播種裝置或智能藥箱的無人機,能夠進入田間地頭進行播種、撒藥,這一應用模式或將改變傳統的農業耕作方式。

  “得益于珠三角無人機產業雄厚的實力,廣東的電動植保無人機研發實力很強,深圳大疆、廣州極飛等公司的植保無人機產品都代表了國內該機型的先進水平。”廣州日報全媒體記者從華南農業大學國家精準農業航空施藥技術國際聯合研究中心了解到,“目前RTK差分技術的應用可以使植保無人機做到厘米級定位,飛行精度大大提高。”

  在一場農業農村部科技發展中心主辦的國家“兩減”重點專項的航空施藥智能化裝備與施藥技術的現場展示會上,華南農業大學主持的重點研發計劃項目“地面與航空高工效施藥技術與智能化裝備”的參加單位廣州極飛、安陽全豐、深圳高科新農及無錫漢和等4家企業的植保無人機競相起飛,現場展示了仿地飛行、自動避障、精準施藥等功能。不管是電動的還是油動的、多旋翼的還是單旋翼(直升機)的,現場演示的植保無人機基本都可以做到一鍵啟動、定高定速、全自主飛行,飛行作業數據自動上傳,可以實現遠程監控,并且具有一定的仿地形飛行和自動避障功能。從現場測試的多張水敏紙上也可以看到,噴幅范圍內每平方厘米的霧滴個數都在15個以上,也就是說完全達到防治要求。

  據了解,重點研發計劃項目研發的植保無人機仿地技術已經可以根據地形變化自動做出響應,這在丘陵山地、柑橘等作物施藥上大有用武之地,田間遇到電線桿等障礙物可以自動避開,大大提高了飛行的安全性,后續將會進一步提升功能的實用性。

  記者了解到,國家精準農業航空施藥技術國際聯合研究中心與國內這些植保無人機企業共同在施藥裝備和施藥技術上進行研究和示范,以便進一步改進植保無人機的施藥效果。

  農業航空著名專家、華南農業大學國家精準農業航空施藥技術國際聯合研究中心主任蘭玉彬教授說,近年來植保無人機在可靠性、自動化及智能化方面取得了重要進展,當前可以實現一個飛手同時操控4架飛機,RTK差分定位、斷點續噴等技術的運用,有效解決了重噴漏噴的問題,仿地飛行和避障技術也具有了一定的實用功能,隨著技術的改進、成本的降低會逐漸普及。

  據介紹,無人機植保技術通過空中和地面遙感,采集并解析農田中的作物長勢、病蟲草害等農情信息,再將農田分為作業網格,依據不同的農情制定不同的噴霧作業處方,并對網格有針對性地進行噴灑,這種農業航空精準施藥技術已經可以實現并在小范圍內進行了應用示范。這也就意味著,從裝備技術方面今后有望實現從全田均勻噴霧轉變為因地制宜按需噴藥,有病蟲草害的田塊精準噴灑、無病蟲草害的田塊則無須噴灑,對于農藥減量意義重大,這也將是今后技術升級的重要方向之一。蘭玉彬教授補充說,病、蟲、草害的農藥噴灑問題比較復雜,病蟲草害常以片狀或點狀形式發生,目前的均勻噴灑施藥方式也有預防性質,能否“按需噴灑”還需要聯合農學植保專家予以指導并經過實驗驗證,但對于草害,他們認為是可行的,特別是針對草原“毒草”的人工施藥,實際就是“按需施藥”。因此可以說“精準噴灑,按需噴灑”實際也是智慧農業在植保方面的一個具體應用。

  無人機1分鐘播種一畝地

  近日,珠海羽人農業航空推出的全球新一代水稻種子精量直播無人機首次在海南南繁基地進行無人機水稻直播作業,新一代水稻種子精量直播無人機可根據需要,調整播撒行距,通過排種輪可調節排種株距,作業時通過涵道風機將種子吹射到土壤淺層。進一步提升了無人機播種技術,提高了田間管理的便捷,增加了水稻生長的通風性降低了病蟲害的發生率,增產增收,并且方便機械收割,促進水稻種植全程機械化。

  2018年,該企業率先提出“飛機種田”,實現水稻播種、田間管理、施肥等環節全部用無人機完成,真正達到水稻全程機械化種植。2018年3月水稻早稻播種及2018年6月晚稻播種,羽人分別在廣東省雷州市東西洋水稻種植區,汕頭、臺山等地運用無人機給水稻田播種。據介紹,無人機水稻直播省去了育秧、運秧和插秧的環節。水稻直播技術即省工省時、降低人力、財力成本,縮短水稻生長周期,直播水稻沒有拔秧傷根和栽后返青過程,生長周期較移栽稻縮短一周到半個月的時間。

  該企業董事長陳博介紹,以把農民從繁重的打藥勞作中“解放”出來為目標,為提高無人機在農業方面的普遍率和認知度,他們跑遍各省市去演示參展,讓農民知道有這種好東西。單旋翼飛機本身存在著一定的缺陷很難持續發展,如何開發出農民更容易操控、便攜,噴灑效率高的植保無人機成為他們進一步思考的問題。他們不斷測試,運用排除法找出電池、電機和螺旋槳之間*的配比,希望能提高飛機穩定性,減輕機架重量,增加載荷和續航時間,延長噴幅,提高噴灑效率。

  2017年,該企業發現全國的水稻大多都是插秧機來移栽,部分省份采用撒播形式播種種植,個別農戶的小田塊還是傳統的手拋秧及手插秧,存在效率低、人工撒種子不均勻、產收低等缺點。他們于是嘗試用第一代播撒無人機進行播水稻種子試驗,經過多次實驗經驗得出,種子浸泡、催芽至破殼露白即可使用無人機高效播撒,飛行速度3米~4米每秒,裝15kg種子,平均1分鐘可以完成一畝地作業,作業高效,后期田間調查水稻長勢很好。

  陳博說,水稻種植全程機械化趨勢會因為直播無人機,會更早到來,使用飛播,省了育秧、移秧、插秧等工序,播完種子,后期直接用播撒機播撒肥料、除蟲,同樣的飛機植保,農民根本不用下田,減輕了勞作程度,是他們一直追求的全程機械化種植。

  無人機施肥效率提高20倍

  2014年珠海市率先在全國推進農用無人機統防統治植保作業,并給予無人機植保服務團隊補貼政策,優惠珠海市種植戶,解放勞動力,實現全程機械化種植,使農藥利用率提高40%以上,有效杜絕了農民施藥中毒事故、保護生態環境和提高農產品質量安全水平,提前實現農藥使用總量“零”增長。人工作業一天作業量15畝,無人機作業一天600畝,真正實現統防統治高效率防護。

  作物施肥是種植環節中很重要的一部分,無人機施肥撒藥均勻性高,效率快,不用壓苗,適用于任何地形,提高了肥料的利用率,降低肥料使用,能使作物供藥及時。無人機施肥效率比人工施肥提高了20倍,同時人工成本也大幅降低。

  AI種黃瓜獲國際大賽亞軍

  近日,荷蘭瓦赫寧根大學(WUR)主辦的國際人工智能溫室種植大賽(AutonomousGreenhouseChallenge)結果揭曉,騰訊AILab與農業專家組成的iGrow隊脫穎而出,獲“AI策略”單項第一名、總分第二名的優異成績。

  在比賽中,該企業實現了AI+農業領域的技術探索,其首創的農業人工智能系統攻克了機器智能嵌入農業專家知識的難題。種植結果顯示,該人工智能系統提高了農產品的產量和自然資源利用率,還大幅降低了傳感器成本,體現了“AI+農業”的應用潛力。

  AI種黃瓜不再“看天吃飯”

  “食物、能源和水對我們的未來至關重要。我們必須拓展現有的體系和架構,以適應新的全球挑戰。人工智能是其中的一種解決方案,目標是以最少的投入獲取最多的產出。”該企業首席探索官網大為在11月的騰訊WE大會上談道,“盡管目前AI+農業的應用尚屬早期,但已經取得了令人興奮的成果。如果進一步實現自動化,其釋放的生產力將是驚人的。”

  與傳統的人工種植相比,人工智能的優勢在于,它能對種植過程進行全局優化。從一開始的種植密度、留莖比例,到后來的留葉、留果策略以及在溫室中對光照、通風、溫度、濕度、CO2濃度、水分等的控制,它都能在仿真器中通過強化學習自動尋找最優解。

  人工智能可為作物的各個生長周期尋找和提供最適宜的環境狀態,同時進行資源最優配比,以*化地節省資源。“人工智能另一個巨大的優勢是,它可以在短時間內進行大量模擬實驗,相比在真實環境中緩慢地進行人工種植摸索,它能以很低的成本快速提升智能管理水平和經濟效益。”AILab團隊介紹道。

  針對傳統農業“看天吃飯”的缺陷,利用機器學習技術處理衛星圖像數據,可預測天氣等環境變化對作物的影響,提前應對。在采收環節,計算機視覺技術與機械臂或機器人結合,可實現24小時自動化采收,節省人力,降低成本。此外,大數據處理和語音識別等技術可運用于農業智能專家系統中,為農業從業者提供專業咨詢服務和指導,幫助解決生產中各種技術問題。

  在產后階段,具有計算機視覺的機械臂可進行農產品售前品質檢測、分類和包裝等工作;用大數據分析市場行情,可幫助農產品電商運營,引導企業制定更靈活準確的銷售策略;通過人工智能遺傳算法和多目標路徑優化數學模型,可對物流配送路徑進行智能優化,完善生鮮農產品供應鏈等。

  “該系統還是具備終身學習能力的超級智能體。”AILab專家進一步表示,“隨著技術發展,它能利用更先進的仿真器以及更大規模的種植實踐獲得的數據,靈活地整合人類知識和經驗,持續迭代升級。”

  施藥技術裝備需跟上

  我國目前植保行業的水平僅相當于發達國家上世紀50年代的水平,植保已成為農業種植與田間管理機械化中最薄弱的環節,植保機械是當前中國農業機械化的一大短板,這個現狀亟待改變。

  農村勞動力日益短缺及農業機械化發展等因素,使得現代農業向智慧農業加速邁進,而無人機則被當作智慧農業的一把“鑰匙”,可以高效地代替對勞動力需求。目前農用無人機在遙感、水稻的趕花授粉以及育種方面都得到了應用。這幾年無人機發展較快的是噴灑農藥等方面的服務。未來三個五年計劃中,如果農業航空年處理耕地面積達到30%,那將拉動新增機型投入750億元以上。

  無人機植保施藥涉及的裝備與技術不單單是植保無人機本身,也涉及施藥系統的關鍵部件、裝備、施藥基礎理論、施藥技術、施藥的標準規范及專用藥劑助劑等。國內植保無人機行業畢竟發展時間短,雖然產品發展很快,但相關的施藥技術和裝備尚未跟上,施藥基礎理論、專用藥劑助劑及針對各種典型農作物的作業標準及規范還在研究試驗。

  無人機種田大灣區有條件引領全球

  相比美國日本農業航空的植物保護領域的廣泛運用,我國還處于發展初期。但我國民用無人機產業近年來保持高速發展,而農業無人機獲得巨大的發展機遇,智能化、隱身化、集成化、民用化趨勢凸顯。

  從政策層面上看,“十三五”規劃綱要提出要著眼于加快農業現代化步伐,加快農業技術創新步伐。2017年,國家相關部門宣布在浙江、安徽、江西、湖南、廣東、重慶6省市開展植保無人機補貼試點,年底更印發了《關于促進和規范民用無人機制造業發展的指導意見》,鼓勵技術創新、應用創新,推進企業商業模式創新,積極推進無人機在農業植保等領域的創新應用,培育新增長點,形成產業發展新動能。

  美國水稻種植主要采用直播的方式,其中,80%是旱直播,播種機通常寬7米左右,一天可以播種1000畝;20%是水直播,一架飛機一天可播4000畝,效果非常好。在澳大利亞,水稻種植60%采用飛機直播,40%采用旱直播。澳大利亞運用飛機直播不僅效率高,而且播種也十分均勻。作為一種輕簡栽培方式,水稻直播的應用范圍越來越大。目前,我國無人機直播技術剛剛起步,對于無人機行業是巨大的機遇?;浉郯拇鬄硡^聚集了大量人工智能、集成電路等行業領先的人才和企業,在“無人機種田”方面完全有條件引領全球。

  航天誘變培育水稻新品種

  農作物的種子在太空“兜風”后,再經過華南農大國家植物航天育種工程技術研究中心的“點化”,變為優質、高產、廣適的特異種質資源。目前,航天育種技術及其新品種已在農業和其他相關行業有了一定的推廣應用。植物航天育種是利用航天搭載工具(返回式衛星、宇宙飛船、高空氣球等)所能達到的空間環境(高真空、微重力、強輻射等)對植物種子誘導產生遺傳變異,誘變后代通過地面篩選,選育出新種質、新材料,培育新品種的育種方法。

  位于廣州的華南農業大學國家植物航天育種工程技術研究中心以航天誘變為主要技術手段,結合現代生物技術,創建和評價特異基因資源,并培育各類優良作(植)物新品種,“中心”已成為我國植物航天育種技術研發與創新的核心平臺,培育植物新品種62個,國家農作物品種審定共13個。近年來,中心主任陳志強團隊培育出45個水稻新品種,推廣應用面積5000多萬畝,創造經濟效益20多億元。

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