一、我国农业面临的问题1.种地的人越来越少 我们国家目前面临很多农业问题，其中现在一个很重要的就是种地的人越来越少。  Data resource: China national Bureau of Statistic 随着城市化进程加快，农村的劳动力现在大幅度减少。2019年我们城镇化率是60%，到2020年就得要超过61%，到2030年将会超过70%。城镇化进程的加快使农村人口大量地减少，劳动力也大幅度减少。  这张图就是根据世界银行报告的数据，从1991年到2018年，中国农村劳动力，农业就业人数就从60%下降到26.1%。当然，世界农业的农村劳动力也在减少，说明城镇化加快是全世界一个普遍的问题，但是我们中国农村劳动力减少的数量更多一些。 2. 农业生产效率低 另外就是我们的生产效率低，生产效益差。  目前根据2005年不变价格的计算，我们国家农业人均产值是800-1000美元。主要是因为什么呢？小农户地块比较小，碎片化程度比较高。2020年也就是今年，我们现在初步统计，现在有2.2亿农民，50亩以下的农民占全国耕地总面积的80%。 由于规模小，所以生产效率比较低。和欧美、日韩相比，我们人均农业产值还是比较低的。2018年，中国农业劳动力占全行业、全社会的劳动力比重是26.1%，但是农业GDP只占全国GDP的7.2%。 3. 资源利用效率低 第三个问题就是我们的资源利用效率比较低。  Data resource: China national Bureau of Statistic，China rural statistical yearbook 这张图是表示从上世纪80年代到现在，我们的氮肥、磷肥，还有一些杀虫剂、农药使用表的情况。由于农业部实行双减的政策，从2010年开始，我们化肥跟农药投入量在减少。 但是总的来看，氮肥的利用率不是特别高。现在是2017年的数据，我们统计是37.8%，农药的有效使用率是38.8%。这和发达国家相比还是有一定的差距。 所以基于这些问题，我们都在找通过技术解决的一些方案。 我们知道，近些年来信息技术发展特别快。信息技术的快速发展成为整个社会经济发展的一个重要引擎。当前，前沿性的信息技术，比如说人工智能、区块链、云计算、大数据和工业互联网，我们简称“ABCD5i”。这些技术和传统产业进行融合之后，导致了新的革命。其中和农业进行深度融合，引发了农业的第三次革命——农业的数字革命。  我们农业数字革命正在发生，还没有结束。在这个革命的过程中，核心要素是数据信息、知识和智能。 农业数字革命的高级表现形态就是智能农业，有的也叫智慧农业。
 2018年“大力推进农业机械化、智能化，给农业现代化插上科技的翅膀”的提出加速为我们发展智能农业指明了方向。 二、农业中智能科技第二方面，我介绍一下农业中的智能科技。 农业当中的智能科技，“智能”两个字重点还是指的机器智能。  那么机器智能的基础实际上核心是机器学习，通过机器智能去辅助、延伸人类的能力，提高我们的工作效率。 机器智能模仿了人类的多种能力，一个是感知能力，对事物的判别，对图像、对动植物的个体的识别等等这方面。第二行动力，像人一样，机器能够来作业、来工作。还有脑的智力，我们的机器能像人一样去思考、去判断、去分析。 农业当中的智能科技，其实不等同于简单的信息领域里面的智能科技。 我们知道新一代人工智能技术，包括五大方面：大数据智能、跨媒体智能、群体智能、人机混合增强智能、自主无人系统。  这些共性的智能科技和我们农业融合之后，形成横断交叉具有农业特色和特点的智能科技。比如说我们农业动植物的智能识别技术、农业跨媒体的数据分析挖掘技术，还有基于5G和区块链进行远程诊断、农产品质量安全的管理。还有比方说我们像无人农场人机协同的智能系统以及人机交互的虚拟现实。还有包括一些机器和人共同来操作混合来驾驶的这些工作。还有一个农业机器人与农业无人系统等等。 下面我简单介绍一下三个代表性的典型的，在农业当中我认为是非常重要的智能科技。 1．农业大数据智能  随着新的物联网技术、网络技术的发展和传统的数据分析，我们农业大数据智能化已经发生了很大的变化。  第一个是从精确度上，我们现在向高精确度方向发展。 另外过去只是浅层的特征分析，现在到深层的特征分析。 另外过去是简单的管理，现在可以研究我们农业体系内多因素、多系统之间复杂的关联。 基于大数据智能化，我们可以做很多事情。比如我们可以利用大数据搞信息服务平台，如下图的例子，基于大数据的全国农业科教云平台。  在这个平台的这些知识是通过数据挖掘和分析，探索它们之间内部的相互关联关系逐渐形成的。通过这种大数据，我们构建全新的知识图谱特别有利于我们从智能化的程度、智能化的角度来做好我们的有针对性的个性化的增值具体服务。 2.农业AR和VR技术 第二个农业智能技术，可能不是最新的技术，但是一个很实用的技术，就是农业的AR和VR技术。 AR是图像增强，VR重点是虚拟设计。
在这里例子就是我们基于图像的增强技术用于做表型信息的解析。 看这个我们通过CT扫描后形成的玉米微管束分布的图像。但微管束在空间的分布，一个是它很小，另外是它分布很不规律。我们需要通过图像增强技术把微管束整个茎秆横切面面积、微管束的数量（包括周皮区、髓区微管束的数量）都计算和分析出来。 通过AR，我们能够实现高精度的进行识别。这样的话，我们识别出来之后发现，不同的玉米品种之间，它维管束的空间分布、束目数，包括整个体积的变化，还是非常显著的。这给我们认识玉米的生物学特性提供了一个方法性的基础。 现在我们通过一些核心算法做成软件，可以进行批量的图像处理，来看大量的自交系的微管束分布特征。 上图是什么呢？就是基于人工智能算法的水下图像的增强。我们养鱼，由于水比较浑浊，我们看不清水底的鱼的行为表现和状态。而恰恰这也是我们进行投量喂鱼的很重要的一个参考的依据。 如上右图，我们通过AR技术增强之后，，就看得非常清楚。
用VR技术，就是虚拟设计技术，我们可以对农作物理想的结构株型进行结构性的设计，这样对于提高我们的光合生产潜力非常重要。 我们知道一个品种是否高产、倒伏、理想的株型结构，这是非常非常重要的。 这些表型的参数，我们通过主动的设计，设计出最佳的理想株型，上面的光充分利用，下面还有抗倒的能力，这些是我们用VR技术实现的一个品种的虚拟设计。 3.农业自主无人系统 第三个介绍的重点技术，就是农业自主无人系统。所谓自主无人系统是人工智能发展比较高级的一个阶段，是一个复杂的系统。 实际上自主无人系统在工业领域，比如说汽车，自动驾驶汽车现在大家并不陌生。现在像美国发布了五级的自动驾驶汽车的标准，如下图： 这是自动驾驶汽车的等级分析。当然现在我们国家也基本上有这五级。 目前自动驾驶汽车现在有商业化的应用，比如说奥迪汽车现在就有无人驾驶的汽车。 当然这些汽车的路况比农业上的拖拉机行走的路况要好。 农业装备的智能怎么去分析、去分级？凯斯纽荷兰是一个很大的农业装备公司，他们对农业装备的智能化也进行了分级和定义，如下图： 当然这五级是结合了农业的特点，跟工业上的汽车分级还不太一样。 当前，智能农机装备成为世界的热点。 重点包括自动驾驶的拖拉机、农业机器人以及无人机。特别是无人机现在市值很大，现在能够达到178亿美元市值，预计到未来2023年能达到400多亿美元的一个市值。 当然农业机器人发展也很快，预计到2022年达到128亿美元。 其实我们自主无人系统里边，一个是装备的智能，装备智能最高的体现形式就是农业机器人，它是智能化程度最高的一个装备。 三、大力发展智能农业1.未来智能农场场景 我的想法就是要大力发展智能农业。未来智能农场的场景应该是什么呢？人机和谐，环境优美，机器在无人背景下去作业。 当然要实现这种场景的话，我们有很多工作要做，要大力发展农业智能科技。 2.国家新一代人工智能发展规划 国家新一代人工智能发展规划里，关于农业提了三个方面。 第一个是感知系统跟智能化装备；第二个是数据智能分析系统；第三个是建立集成应用系统。 未来我们国家农业人工智能发展的路径，从技术攻关、产品研发、集成应用到引领现代农业的发展，最后到形成产业，会经过一步一步的协同攻关来实现。我们在这个发展的路径当中要抓住机遇，特别是对有针对性的农业场景的应用问题、智能应用问题进行深入地研发。 3.如何提高农业智能化水平 怎么提高农业智能化水平呢？重点从三个大的技术。 第一个是物联网技术，重点是从数据的获取、大数据的积累。 第二个是大数据的分析技术，就是大数据智能。 第三个就是人工智能一系列的算法，包括一些机器学习等等、知识系统等等这个方面。 所以我们农业智能科技和其他信息领域的智能科技有相同的地方，但是更有我们特色的地方。 4.智能农业探索
近几年，我们进行了智能农业的一些探索，比如说我们在河北省建立了79个小麦玉米终年生产的智慧农场。 从播种一直到收获，当然包括施肥管理等各个方面进行全程化、智能化的管理，这是基于北斗导航的小麦宽窄行、玉米错茬、协同播种。就是小麦玉米两茬，收完小麦之后我们播玉米种子，我们不能把玉米种子播到这个小麦茬上，否则那个种子出不来的，长的苗也不好。 我们现在搞宽窄行，把玉米种子播在宽行里面，这就需要我们的机器来准确地掌握上茬小麦麦茬的位置，通过导航技术可以实现。
另外我们在智慧农场当中，创新发展了大底方、小处方的氮肥追肥的新技术和装备，能够实现精准施肥。 从2017年到2019年，《中国农机化导报》连续三年对我们这项工作进行了报道。 我相信，智能技术 农业是我们美好的明天！ 分享者：赵春江 | 中国工程院院士、农业农村部农业信息技术重点实验室主任，中国农业机械学会副理事长、农业农村部科技委委员，长期从事农业智能信息系统与精准农业技术装备研究，牵头实施了我国“863”计划，电脑农业、数字农业、精准农业等重大科技项目。 |
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