人工智能在农业上有哪些应用?

人工智能在农业上有哪些应用?,第1张

人工智能是相对于人类智能而言的。它是指用机械和电子装置来模拟和代替人类的某些智能。人工智能也称“机器智能”或“智能模拟”。当今人工智能主要是利用电子技术成果和仿生学方法,从大脑的结构方面模拟人脑的活动,即结构模拟。人脑是智能活动的物质基础,是由上百亿个神经元组成的复杂系统。结构模拟是从单个神经元入手的,先用电子元件制成神经元模型,然后把神经元模型连接成神经网络(脑模型),以完成某种功能,模拟人的某些智能。如1957年美国康乃尔大学罗森布莱特等人设计的“感知机”;1975年日本的福岛设计的“认知机”(自组织多层神经网络)。电子计算机是智能模拟的物质技术工具。它是一种自动、高速处理信息的电子机器。它采用五个与大脑功能相似的部件组成了电脑,来模拟人脑的相应功能。这五个部件是:
(1)输入设备,模拟人的感受器(眼、耳、鼻等),用以接受外来的信息。人通过输入设备将需要计算机完成的任务、课题、运算步骤和原始数据采用机器所能接受的形式告诉计算机,并经输入设备把这些存放到存贮器中。
(2)存贮器,模拟人脑的记忆功能,将输入的信息存储起来,供随时提取使用,是电子计算机的记忆装置。
(3)运算器,模拟人脑的计算、判断和选择功能,能进行加减乘除等算术运算和逻辑运算。
(4)控制器,人脑的分析综合活动以及通过思维活动对各个协调工作的控制功能,根据存贮器内的程序,控制计算机的各个部分协调工作。它是电脑的神经中枢。
(5)输出设备,模拟人脑的思维结果和对外界刺激的反映,把计算的结果报告给 *** 作人员或与外部设备联系,指挥别的机器动作。以上五部分组成的电脑是电子模拟计算机的基本部分,称为硬件。只有硬件还不能有效地模拟和代替人脑的某些功能,还必须有相应的软件或软设备。所谓软件就是一套又一套事先编好的程序系统。人工智能的产生是人类科学技术进步的结果,是机器进化的结果。人类的发展史是人们利用各种生产工具有目的地改造第一自然(自然造成的环境,如江河湖海、山脉森林等),创造第二自然(即人化自然,如人造房屋、车辆机器等)的历史。人类为了解决生理机能与劳动对象之间的矛盾,生产更多的财富,就要使其生产工具不断向前发展。人工智能,是随着科学技术的发展,在人们创造了各种复杂的机器设备,大大延伸了自己的手脚功能之后,为了解决迫切要延伸思维器官和放大智力功能的要求而产生和发展起来的。从哲学上看,物质世界不仅在本原上是统一的,而且在规律上也是相通的。不论是机器、动物和人,都存在着共同的信息与控制规律,都是信息转换系统,其活动都表现为一定信息输入与信息输出。人们认识世界与在实践中获取和处理信息的过程相联系,改造世界与依据已有的信息对外界对象进行控制的过程相联系。总之,一切系统都能通过信息交换与反馈进行自我调节,以抵抗干扰和保持自身的稳定。因此,可以由电子计算机运用信息与控制原理来模拟人的某些智能活动。从其它科学上来说,控制论与信息论就是运用系统方法,从功能上揭示了机器、动物、人等不同系统所具有的共同规律。以此把实际的描述形式化,即为现象和行为建立一个数学模型;把求解问题的方式机械化,即根据数学模型,制定某种算法和规则,以便机械地执行;把解决问题的过程自动化,即用符号语言把算法和规则编成程序,交给知识智能机器执行某种任务,使电子计算机模拟人的某些思维活动。所以,控制论、信息论是"智能模拟"的科学依据,“智能模拟”是控制论、信息论在实践中的最重要的实践结果。人工智能是人类智能的必要补充,但是人工智能与人类智能仍存在着本质的区别:1、人工智能是机械的物理过程,不是生物过程。它不具备世界观、人生观、情感、意志、兴趣、爱好等心理活动所构成的主观世界。而人类智能则是在人脑生理活动基础上产生的心理活动,使人形成一个主观世界。因此,电脑与人脑虽然在信息的输入和输出的行为和功能上有共同之处,但在这方面两者的差别是十分明显的。从信息的输入看,同一件事,对于两个智能机具有相同的信息量,而对于两个不同的人从中获取的信息量却大不相同。“行家看门道,外行看热闹”就是这个道理。从信息的输出方面看,两台机器输出的同一信息,其信息量相等。而同一句话,对于饱于风霜的老人和天真幼稚的儿童,所说的意义却大不相同。3、电脑必须接受人脑的指令,按预定的程序进行工作。它不能输出末经输入的任何东西。所谓结论,只不过是输入程序和输入数据的逻辑结果。它不能自主地提出问题,创造性地解决问题,在遇到没有列入程序的“意外”情况时,就束手无策或中断工作。人工智能没有创造性。而人脑功能则能在反映规律的基础上,提出新概念,作出新判断,创造新表象,具有丰富的想象力和创造性。4、人工机器没有社会性。作为社会存在物的人,其脑功能是适应社会生活的需要而产生和发展的。人们的社会需要远远超出了直接生理需要的有限目的,是由社会的物质文明与精神文明的发展程序所决定的。因此,作为人脑功能的思维能力,是通过社会的教育和训练,通过对历史上积累下来的文化的吸收逐渐形成的。人的内心世界所以丰富多采,是由于人的社会联系是丰富的和多方面的,人类智能具有社会性。所以要把人脑功能全面模拟下来,就需要再现人的思想发展的整个历史逻辑。这是无论多么“聪明”的电脑都做不到的。随着科学技术的发展,思维模拟范围的不断扩大,电脑在功能上会不断向人脑接近。但从本质上看,它们之间只能是一条渐近线,它们之间的界限是不会清除的。模拟是近似而不能是等同。人工智能与人脑在功能上是局部超过,整体上不及。由于人工智能是由人造机器而产生的,因此,人工智能永远也不会赶上和超过人类智能。所谓“机器人将超过人奴役人”、“人将成为计算机思想家的玩物或害虫,……保存在将来的动物园”的“预言”是不能成立的。因为,它抹煞了人与机器的本质差别与根本界限。人工智能充实和演化了辩证唯物主义的意识论。它进一步表明了意识是人脑的机能,物质的属性。电脑对人脑的功能的模拟,表明了意识并不是神秘的不可捉摸的东西,不是游离于肉体内外脱离人脑的灵魂,也不是人脑分泌出来的特殊物质形态,而是人脑的机能属性。这就进一步证明了意识本质的原理。人工智能的出现深化了意识对物质的反作用的原理。人工智能是人类意识自我认识的产物。电脑的出现,意昧着人类意识已能部分地从人脑中分化出来,物化为物质的机械运动。这不仅延长了意识的器官,也说明意识能反过来创造"人脑"。这是意识对人脑的巨大的反作用。从意识与人脑的相互关系中进一步深化了意识对物质形态进步的反作用,意识作为最高的物质属性对于物质运动发展的反作用。人工智能引起了意识结构的变化,扩大了意识论的研究领域。电脑作为一种新形态的机器而进入了意识器官的行列。它不仅能完成人脑的一部分意识活动,而且在某种功能上还优于人脑。如人脑处理信息和采取行动的速度不如电脑,记忆和动作的准确性不如电脑。因此,在现代科学认识活动中,没有人工智能,就不会有人类认识能力的突破性发展和认识范围的不断扩大。电脑不仅依赖于人,人也依赖于电脑。这就使得在意识论结构上增加了对人工智能的探讨以及对人机互补的关系的探讨。同时思维模拟,也把思维形式在思维中的作用问题突出出来,为意识论的研究提出了一个重要课题。

物联网技术虽然是一个新型的交叉学科,但是它的几个关键技术都比较成熟,并分别得到了广泛的应用。农业物联网技术的应用是现代农业

物联网(The Internet of Things)是通过各种信息传感设备,如传感器、RFID、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息,与互联网结合形成的一个庞大网络。

物流网不是一项全新的技术,而是在计算机、通讯技术、传感技术、网络技术以及信息处理技术发展到今天而产生的集成性创新技术。农业物联网核心是通过物联网技术实现农产品生产、加工、流通和消费等信息的获取,通过智能农业信息技术实现农业生产的基本要素与农作物栽培管理、畜禽饲养、施肥、植保及农民教育相结合,提升农业生产、管理、交易、物流等环节智能化程度。

实现生产资料生产环节智能化

利用智能传感器可实现农业生产环境信息的实时采集,组织智能物联网可以对采集数据进行远程实时报送。采用不同的传感器节点构成无线网络来测量土壤湿度、土壤成分、pH 值、降水量、温度、空气湿度、气压、光照度和CO2浓度等物理量参数,同时将生物信息获取方法应用于无线传感器节点,通过各种仪器、仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中,为农作物大田生产和温室精准调控提供科学依据,优化农作物生长环境,不仅可获得作物生长的最佳条件,提高产量和品质,还可以提高水资源、化肥等农业投入品的利用率和产出率,从而实现生产资料生产的智能化、科学化及集约化。

实现农产品种养环节精细化

精细农业(Precision Agriculture)是利用3S,即全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)的差异对地块水平精确到平方厘米的一整套综合农业管理技术,实现农田 *** 作的自动指挥和控制。在土壤检测阶段,通过采用高精度土壤温湿度传感器,依据土壤墒情和作物用水次第施行精准灌溉,不但能有效提高农业灌溉用水使用率,缓解水资源日趋紧张的矛盾,并且为作物提供了更好的生长环境,充分发挥现有节水设施的作用,优化调度,提高效益,使灌溉更加简约有效;在环境监测阶段,有线或无线网络可以将温室内温度、湿度、光照度、土壤含水量等数据传递给数据处理系统,如果传感器上报的参数超标,系统将出现阈值(Threshold Value)告警,并自动控制相关设备进行智能调节。

实现农产品加工环节自动化

物联网技术将进一步渗透到农产品的深加工技术与设备中,使农产品的深加工设备朝着自动化和智能化方向发展。在品质分级阶段,计算机视觉和图像识别技术可用于农产品的品质自动识别和分级方面,如种蛋、谷粒表面裂纹检测。梨、苹果等农产品表面缺陷和损伤的检测。根据大小、形状和颜色对黄瓜、土豆、苹果、玉米和辣椒等果蔬进行自动分级,从而实现农产品加工过程的自动远程控制,实现降低成本、提高生产效率和产品品质的目标。

实现农产品流通环节信息化

在农产品运输阶段,可对运输车辆进行位置信息查询和视频监控,及时了解车厢内外的情况和调整车厢内温湿度。还可对车辆进行防盗处理,一旦发现车锁被撬或车辆出现异常,自动进行报警。在存储阶段,通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察,记录现场情况以保证粮库内的温湿度平衡,为粮食的安全运送和存储保驾护航。在农产品销售阶段,农产品可以实现网络展示于交易,瞬间完成信息流、资金流和实物流的交易,农产品电子商务已不再仅仅是产品供求交易的 *** 作平台,而是前延至产前订单,后续至流通配送等一体化的综合平台,即紧紧围绕产业链环节,在信息化管理的平台上实现信息共享、管理对接和功能配套。

实现农产品消费环节可溯化

由集成应用电子标签、条码、传感器网络、移动通信网络和计算机网络等构建农产品和食品追溯系统,可实现农产品质量跟踪、溯源和可视数字化管理,即对农产品从田头到餐桌、从生产到销售全过程实行智能监控,及农产品安全信息在不同供应链主体之间进行无缝衔接,大大提高了农产品质量。消费者购物时,只需根据商家提供的EPC(产品电子代码)标签,就可以通过电脑、手机、电话及扫描查询机等各种终端设备快捷方便地查询到农产品从原料供应、生产、加工、流通到消费整个过程的信息(见图2),从而作出适当的购买决策,满足了消费者的安全权、知情权、选择权和监督权。发展的需要,也是未来农业发展的方向。物联网技术对于农业应用来说不是噱头,而是机遇。正如20世纪80年代生物技术在农业领域的应用推动了农业科技的跨越式发展一样,物联网科技的发展也必将深刻影响现代农业的未来。

通过部署在农业生产现场的各种采集器、传感器等物联网设备,实时采集生产现场环境数据、设备状态数据等及时上传至云端,用户通过手机或者电脑登录智慧农业物联网平台系统,即可查看作业区气象数据、土壤墒情、设备状态等。发现异常情况,系统自动发出告警,提醒工作人员及时处理异常情况,或由系统自动处理后解除异常。
生产现场实时监控,用户可通过手机或电脑查看作物生长情况,农业生产情况,同时支持视频录像,视频回放。系统可制定作物生长计划,可实现传感器与控制器联动控制,无需人工参与,即系统可以根据采集才的实时环境数据,自动远程启动或关闭生产现场的设备,自动实现通风、灌溉等 *** 作。现场控制器内置智能程序,通过系统授权可自动控制生产设备,确保断网无信号等特殊情况下,仍然能保持正常工作。

1提高农业资源的利用效率。物联网技术应用到农业物联网传感器中,可以帮助我们获取环境信息和土壤、墒情、水文等极为精细的农业资源信息,配合农业资源调度系统,就能让管理人员实现科学决策。
比如中景元物联云平台与某科技公司就智能农业监测项目合作,将物联网卡应用到农业生产中,通过对空气湿度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度等信息进行采集分析,根据设定的阈值和条件实现自动调控、灌溉等智能 *** 作,还可自动监测预警。
2降低农业生产成本。一直以来农业生产成本居高不下是困扰农民的一大难题,而将物联网技术用于农业生产,不仅可以大大节约人力成本,也能减少化肥农药方面的成本。
物联网技术在农业生产的应用,让我们在家就可实时监控光照、温室温度情况,自动控制水帘降温、天窗开闭和风机运行等程序,不仅节约人力成本,而且农民朋友无需再到太阳底下暴晒了。
3提高农业产出,增加农民收入。我们都知道农业生产的土地是有限的,但是社会对农业资源的需求是不断增加的,我们需要在有限的土地上以最少的农业投入获得最大的农业生产价值,并且达到保护生态环境,增加农民收入的目的。

墒,指土壤适宜植物生长发育的湿度。墒情,指土壤湿度的情况。

土壤湿度是土壤的干湿程度,即土壤的实际含水量,可用土壤含水量占烘干土重的百分数表示:土壤含水量=水分重/烘干土重×100%。也可以土壤含水量相当于田间持水量的百分比,或相对于饱和水量的百分比等相对含水量表示。

存在形态:

土壤水是植物吸收水分的主要来源(水培植物除外),另外植物也可以直接吸收少量落在叶片上的水分。土壤水的主要来源是降水和灌溉水,参与岩石圈-生物圈-大气圈-水圈的水分大循环。

土壤水存在于土壤孔隙中,尤其是中小孔隙中,大孔隙常被空气所占据。穿插于土壤孔隙中的植物根系从含水土壤孔隙中吸取水分,用于蒸腾。土壤中的水气界面存在湿度梯度,温度升高,梯度加大,因此水会变成水蒸汽蒸发逸出土表。蒸腾和蒸发的水加起来叫做蒸散,是土壤水进入大气的两条途径。

表层的土壤水受到重力会向下渗漏,在地表有足够水量补充的情况下,土壤水可以一直入渗到地下水位,继而可能进入江、河、湖、海等地表水。

首先是提高农业资源的利用效率。物联网技术应用到农业物联网传感器中,可以帮助我们获取环境信息和土壤、墒情、水文等极为精细的农业资源信息比如慧云物联云平台与某科技公司就智能农业监测项目合作,将物联网卡应用到农业生产中,通过对空气湿度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度等信息进行采集分析,根据设定的阈值和条件实现自动调控、灌溉等智能 *** 作,还可自动监测预警。
其次降低农业生产成本。一直以来农业生产成本居高不下是困扰农民的一大难题,而将物联网技术用于农业生产,不仅可以大大节约人力成本,也能减少化肥农药方面的成本。
再次提高农业产出,增加农民收入。我们都知道农业生产的土地是有限的,但是社会对农业资源的需求是不断增加的我们需要在有限的土地上以最少的农业投入获得最大的农业生产价值,并且达到保护生态环境目的。

智慧农业大数据一体化管理平台解决方案包括智慧农业管理平台,极飞农业物联网,农机自动驾驶系统,植保无人机,自动数据传输设备等等来解决类似智能温室大棚,大型农田里的水肥一体化,土壤里的病虫害。
智慧农业是当今世界发展的新潮流,根据空间变异,定位、定时、定量地实施一整套现代化农事 *** 作技术与监测管理的系统,是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。而农业物联网信息化是农业生产的高级阶段,是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体,依托部署在农业生产现场的各种传感节点,是智慧农业的解决方案。
极飞可以在水果、蔬菜、茶叶和中药材等农产品项目实施地区,通过安装土壤墒情、环境气候等农业物联网监测设备,实现对作物长势、环境条件、病虫害发生情况等信息的实时监测,监测数据实时传输到农业物联网云平台,通过计算机、智能手持终端和物联网终端等设备,实现气象、土壤等信息的查看、时空物联的远程精准控制。也可为企业以及农户提供农技指导、农业病虫害预警、农产品质量溯源等相关服务。通过智能化控制,减少劳动力及农资投入,提高农业生产效率。数据的积累还可为农业专家对各类农作物构建生产模型提供数据保障,为政府中心以及主管部门宏观监管决策提供数据支撑。


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