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“无人”种田 AI养瓜 智慧化数字化是粤港澳大湾区农业发展大趋势

“无人”种田 AI养瓜

智慧化数字化是粤港澳大湾区农业发展大趋势 童丹、陈治家、阮元元


人工智能驱动的温室


无人机撒播种子

 
远程操控温室  

 

华南农业大学国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心主任兰玉彬


珠海羽人农业航空董事长陈博
 

统筹:童丹 文、图/广州日报全媒体记者童丹、陈治家、阮元元
 

本月中旬,荷兰瓦赫宁根大学主办的国际人工智能温室种植大赛上,腾讯AI Lab与农业专家组成的iGrow队脱颖而出,获“AI策略”单项第一名、总分第二名的优异成绩。种植结果显示,该人工智能系统提高了农产品的产量和自然资源利用率。

粤港澳大湾区在科技先行的大思路下,未来智慧农业、数字农业是大趋势。科技给农业带来了什么?按需施药精准喷洒的植保无人机、AI种黄瓜摆脱“看天吃饭”、飞机种田……这些都是大湾区里的智慧农业研究成果。

精准喷药可实现农药减量

“未来智慧农业、数字农业是大趋势,而植保无人机则是开启数字农业的‘钥匙’。”12月14日在广东省广州市举行的“数字农业的未来”极飞科技年度大会上,广州极飞科技联合创始人龚槚钦说,搭载了播种装置或智能药箱的无人机,能够进入田间地头进行播种、撒药,这一应用模式或将改变传统的农业耕作方式。

“得益于珠三角无人机产业雄厚的实力,广东的电动植保无人机研发实力很强,深圳大疆、广州极飞等公司的植保无人机产品都代表了国内该机型的先进水平。”广州日报全媒体记者从华南农业大学国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心了解到,“目前RTK差分技术的应用可以使植保无人机做到厘米级定位,飞行精度大大提高。”

在一场农业农村部科技发展中心主办的国家“两减”重点专项的航空施药智能化装备与施药技术的现场展示会上,华南农业大学主持的重点研发计划项目“地面与航空高工效施药技术与智能化装备”的参加单位广州极飞、安阳全丰、深圳高科新农及无锡汉和等4家企业的植保无人机竞相起飞,现场展示了仿地飞行、自动避障、精准施药等功能。不管是电动的还是油动的、多旋翼的还是单旋翼(直升机)的,现场演示的植保无人机基本都可以做到一键启动、定高定速、全自主飞行,飞行作业数据自动上传,可以实现远程监控,并且具有一定的仿地形飞行和自动避障功能。从现场测试的多张水敏纸上也可以看到,喷幅范围内每平方厘米的雾滴个数都在15个以上,也就是说完全达到防治要求。

据了解,重点研发计划项目研发的植保无人机仿地技术已经可以根据地形变化自动做出响应,这在丘陵山地、柑橘等作物施药上大有用武之地,田间遇到电线杆等障碍物可以自动避开,大大提高了飞行的安全性,后续将会进一步提升功能的实用性。

广州日报全媒体记者了解到,国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心与国内这些植保无人机企业共同在施药装备和施药技术上进行研究和示范,以便进一步改进植保无人机的施药效果。

农业航空著名专家、华南农业大学国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心主任兰玉彬教授说,近年来植保无人机在可靠性、自动化及智能化方面取得了重要进展,当前可以实现一个飞手同时操控4架飞机,RTK差分定位、断点续喷等技术的运用,有效解决了重喷漏喷的问题,仿地飞行和避障技术也具有了一定的实用功能,随着技术的改进、成本的降低会逐渐普及。

据介绍,无人机植保技术通过空中和地面遥感,采集并解析农田中的作物长势、病虫草害等农情信息,再将农田分为作业网格,依据不同的农情制定不同的喷雾作业处方,并对网格有针对性地进行喷洒,这种农业航空精准施药技术已经可以实现并在小范围内进行了应用示范。这也就意味着,从装备技术方面今后有望实现从全田均匀喷雾转变为因地制宜按需喷药,有病虫草害的田块精准喷洒、无病虫草害的田块则无须喷洒,对于农药减量意义重大,这也将是今后技术升级的重要方向之一。兰玉彬教授补充说,病、虫、草害的农药喷洒问题比较复杂,病虫草害常以片状或点状形式发生,目前的均匀喷洒施药方式也有预防性质,能否“按需喷洒”还需要联合农学植保专家予以指导并经过实验验证,但对于草害,他们认为是可行的,特别是针对草原“毒草”的人工施药,实际就是“按需施药”。因此可以说“精准喷洒,按需喷洒”实际也是智慧农业在植保方面的一个具体应用。

无人机1分钟播种一亩地

12月19日,珠海羽人农业航空推出的全球新一代水稻种子精量直播无人机首次在海南南繁基地进行无人机水稻直播作业,新一代水稻种子精量直播无人机可根据需要,调整播撒行距,通过排种轮可调节排种株距,作业时通过涵道风机将种子吹射到土壤浅层。进一步提升了无人机播种技术,提高了田间管理的便捷,增加了水稻生长的通风性降低了病虫害的发生率,增产增收,并且方便机械收割,促进水稻种植全程机械化。

2018年,该企业率先提出“飞机种田”,实现水稻播种、田间管理、施肥等环节全部用无人机完成,真正达到水稻全程机械化种植。2018年3月水稻早稻播种及2018年6月晚稻播种,羽人分别在广东省雷州市东西洋水稻种植区,汕头、台山等地运用无人机给水稻田播种。据介绍,无人机水稻直播省去了育秧、运秧和插秧的环节。水稻直播技术即省工省时、降低人力、财力成本,缩短水稻生长周期,直播水稻没有拔秧伤根和栽后返青过程,生长周期较移栽稻缩短一周到半个月的时间。

该企业董事长陈博介绍,以把农民从繁重的打药劳作中“解放”出来为目标,为提高无人机在农业方面的普遍率和认知度,他们跑遍各省市去演示参展,让农民知道有这种好东西。单旋翼飞机本身存在着一定的缺陷很难持续发展,如何开发出农民更容易操控、便携,喷洒效率高的植保无人机成为他们进一步思考的问题。他们不断测试,运用排除法找出电池、电机和螺旋桨之间最佳的配比,希望能提高飞机稳定性,减轻机架重量,增加载荷和续航时间,延长喷幅,提高喷洒效率。

2017年,该企业发现全国的水稻大多都是插秧机来移栽,部分省份采用撒播形式播种种植,个别农户的小田块还是传统的手抛秧及手插秧,存在效率低、人工撒种子不均匀、产收低等缺点。他们于是尝试用第一代播撒无人机进行播水稻种子试验,经过多次实验经验得出,种子浸泡、催芽至破壳露白即可使用无人机高效播撒,飞行速度3米~4米每秒,装15kg种子,平均1分钟可以完成一亩地作业,作业高效,后期田间调查水稻长势很好。

陈博说,水稻种植全程机械化趋势会因为直播无人机,会更早到来,使用飞播,省了育秧、移秧、插秧等工序,播完种子,后期直接用播撒机播撒肥料、除虫,同样的飞机植保,农民根本不用下田,减轻了劳作程度,是他们一直追求的全程机械化种植。

无人机施肥效率提高20倍

2014年珠海市率先在全国推进农用无人机统防统治植保作业,并给予无人机植保服务团队补贴政策,优惠珠海市种植户,解放劳动力,实现全程机械化种植,使农药利用率提高40%以上,有效杜绝了农民施药中毒事故、保护生态环境和提高农产品质量安全水平,提前实现农药使用总量“零”增长。人工作业一天作业量15亩,无人机作业一天600亩,真正实现统防统治高效率防护。

作物施肥是种植环节中很重要的一部分,无人机施肥撒药均匀性高,效率快,不用压苗,适用于任何地形,提高了肥料的利用率,降低肥料使用,能使作物供药及时。无人机施肥效率比人工施肥提高了20倍,同时人工成本也大幅降低。

AI种黄瓜获国际大赛亚军

12月12日,荷兰瓦赫宁根大学(WUR)主办的国际人工智能温室种植大赛(Autonomous Greenhouse Challenge)结果揭晓,腾讯AI Lab与农业专家组成的iGrow队脱颖而出,获“AI策略”单项第一名、总分第二名的优异成绩。

在比赛中,该企业实现了AI+农业领域的技术探索,其首创的农业人工智能系统攻克了机器智能嵌入农业专家知识的难题。种植结果显示,该人工智能系统提高了农产品的产量和自然资源利用率,还大幅降低了传感器成本,体现了“AI+农业”的应用潜力。

AI种黄瓜不再“看天吃饭”

“食物、能源和水对我们的未来至关重要。我们必须拓展现有的体系和架构,以适应新的全球挑战。人工智能是其中的一种解决方案,目标是以最少的投入获取最多的产出。”该企业首席探索官网大为在11月的腾讯WE大会上谈道,“尽管目前AI+农业的应用尚属早期,但已经取得了令人兴奋的成果。如果进一步实现自动化,其释放的生产力将是惊人的。”

与传统的人工种植相比,人工智能的优势在于,它能对种植过程进行全局优化。从一开始的种植密度、留茎比例,到后来的留叶、留果策略以及在温室中对光照、通风、温度、湿度、CO2浓度、水分等的控制,它都能在仿真器中通过强化学习自动寻找最优解。

人工智能可为作物的各个生长周期寻找和提供最适宜的环境状态,同时进行资源最优配比,以最大化地节省资源。“人工智能另一个巨大的优势是,它可以在短时间内进行大量模拟实验,相比在真实环境中缓慢地进行人工种植摸索,它能以很低的成本快速提升智能管理水平和经济效益。”AI Lab团队介绍道。

针对传统农业“看天吃饭”的缺陷,利用机器学习技术处理卫星图像数据,可预测天气等环境变化对作物的影响,提前应对。在采收环节,计算机视觉技术与机械臂或机器人结合,可实现24小时自动化采收,节省人力,降低成本。此外,大数据处理和语音识别等技术可运用于农业智能专家系统中,为农业从业者提供专业咨询服务和指导,帮助解决生产中各种技术问题。

在产后阶段,具有计算机视觉的机械臂可进行农产品售前品质检测、分类和包装等工作;用大数据分析市场行情,可帮助农产品电商运营,引导企业制定更灵活准确的销售策略;通过人工智能遗传算法和多目标路径优化数学模型,可对物流配送路径进行智能优化,完善生鲜农产品供应链等。

“该系统还是具备终身学习能力的超级智能体。”AI Lab专家进一步表示,“随着技术发展,它能利用更先进的仿真器以及更大规模的种植实践获得的数据,灵活地整合人类知识和经验,持续迭代升级。”

深读

湾区广角

华南农业大学国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心主任兰玉彬

施药技术装备需跟上

我国目前植保行业的水平仅相当于发达国家上世纪50年代的水平,植保已成为农业种植与田间管理机械化中最薄弱的环节,植保机械是当前中国农业机械化的一大短板,这个现状亟待改变。

农村劳动力日益短缺及农业机械化发展等因素,使得现代农业向智慧农业加速迈进,而无人机则被当作智慧农业的一把“钥匙”,可以高效地代替对劳动力需求。目前农用无人机在遥感、水稻的赶花授粉以及育种方面都得到了应用。这几年无人机发展较快的是喷洒农药等方面的服务。未来三个五年计划中,如果农业航空年处理耕地面积达到30%,那将拉动新增机型投入750亿元以上。

无人机植保施药涉及的装备与技术不单单是植保无人机本身,也涉及施药系统的关键部件、装备、施药基础理论、施药技术、施药的标准规范及专用药剂助剂等。国内植保无人机行业毕竟发展时间短,虽然产品发展很快,但相关的施药技术和装备尚未跟上,施药基础理论、专用药剂助剂及针对各种典型农作物的作业标准及规范还在研究试验。

珠海羽人农业航空董事长陈博

无人机种田

大湾区有条件引领全球

相比美国日本农业航空的植物保护领域的广泛运用,我国还处于发展初期。但我国民用无人机产业近年来保持高速发展,而农业无人机获得巨大的发展机遇,智能化、隐身化、集成化、民用化趋势凸显。

从政策层面上看,“十三五”规划纲要提出要着眼于加快农业现代化步伐,加快农业技术创新步伐。2017年,国家相关部门宣布在浙江、安徽、江西、湖南、广东、重庆6省市开展植保无人机补贴试点,年底更印发了《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》,鼓励技术创新、应用创新,推进企业商业模式创新,积极推进无人机在农业植保等领域的创新应用,培育新增长点,形成产业发展新动能。

美国水稻种植主要采用直播的方式,其中,80%是旱直播,播种机通常宽7米左右,一天可以播种1000亩;20%是水直播,一架飞机一天可播4000亩,效果非常好。在澳大利亚,水稻种植60%采用飞机直播,40%采用旱直播。澳大利亚运用飞机直播不仅效率高,而且播种也十分均匀。作为一种轻简栽培方式,水稻直播的应用范围越来越大。目前,我国无人机直播技术刚刚起步,对于无人机行业是巨大的机遇。粤港澳大湾区聚集了大量人工智能、集成电路等行业领先的人才和企业,在“无人机种田”方面完全有条件引领全球。

第三只眼

航天诱变

培育水稻新品种

农作物的种子在太空“兜风”后,再经过华南农大国家植物航天育种工程技术研究中心的“点化”,变为优质、高产、广适的特异种质资源。目前,航天育种技术及其新品种已在农业和其他相关行业有了一定的推广应用。植物航天育种是利用航天搭载工具(返回式卫星、宇宙飞船、高空气球等)所能达到的空间环境(高真空、微重力、强辐射等)对植物种子诱导产生遗传变异,诱变后代通过地面筛选,选育出新种质、新材料,培育新品种的育种方法。

位于广州的华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心以航天诱变为主要技术手段,结合现代生物技术,创建和评价特异基因资源,并培育各类优良作(植)物新品种,“中心”已成为我国植物航天育种技术研发与创新的核心平台,培育植物新品种62个,国家农作物品种审定共13个。近年来,中心主任陈志强团队培育出45个水稻新品种,推广应用面积5000多万亩,创造经济效益20多亿元。


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