2023 年生物光学与智慧农业产业国际论坛专题报道 | 预见智慧农业未来

预见智慧农业未来

未来物联网和大数据，对于智慧农业的发展究竟意味着什么？在人工智能的加持下，智慧农业将何去何从？来自日本植物工厂研究会荣誉会长古在丰树教授、日本东京大学平藤雅之教授，以及来自中国农业大学的李道亮教授和王喜庆教授，从各自的研究领域出发，聚焦植物工厂、渔业、育种分别进行了前瞻和预判。

日本植物工厂研究会荣誉会长古在丰树教授在其《智慧植物工厂的未来》的主题分享中，详细介绍了日本为了应对人口、食品、水、能源四大全球挑战，所提出的全新解决方案——数字化的植物工厂。

在古在丰树教授看来，数字化的植物工厂的核心评价指标是资源利用效率，主要包含降低碳排放和提高生产力两大维度。从降低碳排放的角度来说，日本的经验是尽量利用自然、可再生的资源，同时无论是光、水、化肥还是二氧化碳，都以循环再利用为设计宗旨。

通过在线检测植物工厂的进光速率、蒸腾速率，日本的植物工厂不仅可以精准计算资源生产力和资金生产力，而且可以通过循环利用，不断降低碳排放和提高资源利用率。与此同时，整个过程中，植物生长过程和生物量的变化，会被实时计算和检测，并不断被调试至最佳生长状态。

在古在丰树教授看来，植物工厂所追求的不只是水、二氧化碳、氮磷钾和种子资源利用效率的 100%，最为重要的是把光能利用效率最大化，因为人工光线应用到植物工厂，光能利用效率比温室大得多。聚焦光能的再利用，日本通过将 LED 光固定或者反射的光再利用来提高光的利用效率，同时为了达到更高的采收率或者利用率，研究了水培技术或者无土栽培技术。

论坛现场，古在丰树教授还分享了它关于未来植物工厂的想象，各式各样的传感器，不仅可以检测地上的植物表情，而且可以检测地下的土壤环境。基于在线检测的海量数据，将依托 AI 模型的深度学习能力，赋能植物工厂的生产力提升，并不断带来植物工厂效率的提升，并推动植物工厂实现最终盈利。

未来是物联网和大数据主导的时代，所谓的智慧农业究竟该如何运用物联网技术和大数据技术，更好地赋能智慧农业实践？

日本东京大学教授平滕雅之提出了以下应对挑战的四种思路。在平滕雅之看来，在智慧农业的实践中，大田里的无限传感器网络构建非常基础，同时也非常关键。为了应对恶劣田间环境，同时不影响田间作业，他个人建议可以将照相机与 LED 灯具融合在一起，用 LED 技术给植物提供光照同时就把所有信息传上来做表型检测。

第二种思路，则是将无人机技术与物联网技术结合，无人机可以收集数据，数据解析可以交给机器人，机器人利用大数据打造的应用程序，最终可以交给农户，并为农户提供专业的技术指导。

第三种思路，是使用物联网设备，把信息都搜集回来，然后使用 GPT4 的技术，把《自然》杂志(Nature)上发的各种文献杂志收回来后，对数据进行解析，并生产可以服务用户的应用程序。

第四种思路，则是推动人工智能与制造业的融合，并将物联网设备生成的数据和  GPT 整合在一起，为智慧农业注入真正的 AI 基因。如今日本的北海道，已经开始出现自动化无人驾驶的拖拉机，从温室到大田生产，都可以全部实现 AI 无人操作。

中国农业大学教授李道亮在主题为《数字化技术推进我国渔业高质量发展》，深入解析了数字化技术在渔业领域的巨大潜在应用空间。

李道亮教授指出，想要解决我国渔业生产效率低下、人员老化和数字化装备低的问题，必须要推动实现渔业的规模化，以及渔业的设施化和装备化，在设施化和装备化的基础上，进一步推动网络化和智能化。

在详细解读如何利用现代传感器技术、材料技术、变频技术和数字技术，推动实现环境数字化、装备数字化、菌群数字化和能源数字化的同时，利用数字化技术实现全流程的数字化评价，进而利用模拟算法和控制技术，找到最优种养殖解决方案。对于养鱼来说，可以实现水环境的精准控制，尤其是氧、温度、PH、氨氮到最优水质的控制，同时可以用最少的饵料，产最多的肉。对于种植来说，可以集成打造高效的数字工厂。

论坛现场，李道亮教授还分享了其团队利用数字化技术、网络化技术、模型技术、装备技术打造智慧渔场系统，具体来说包括基础设施系统、作业装备系统、测控系统、管控云平台系统。以及这些系统，在超高密度水箱养殖、工厂化循环水养殖，鱼菜共生智能工厂等领域的创新实践。

随着基因测序成本的下降，以及人工智能、大数据和云计算带来的算力突破，智慧育种的时代正在加速到来。

中国农业大学王喜庆教授以《未来育种前沿技术：智慧育种》为主题，分享了在智慧育种的巨大潜力，以及中国农业大学聚焦智慧育种展开的一系列前沿探索。

王喜庆教授介绍说，所谓智慧育种，就是要利用人工智能、大数据和云计算，结合生物学、遗传学统计方法，把育种过程工程化、智能化，从而以最高的效率、最优的途径、最短的时间，培育出想要的品种。未来，信息技术、基因技术结合，不仅将催生新的智慧育种技术，而且将带来种业格局的变化。

过去五年，王喜庆及其团队，将华为盘古系统和无人机观测技术引入智慧育种实践，同时还研发出了专门的育种机器人，建立了针对我国玉米育种的基因与环境互作模型。

搭载各类传感器的育种机器人，可以连续作业20-24小时，帮助收集株数，大小、整齐度、病害苗、死苗、颜色等信息，搭载相机后还可以获取田间表型影像资料，大大提升了育种的效率。

而利用过去40年我国玉米生长环境信息打造的基因与环境互作模型，结合前沿基因编辑技术，不仅可以充当育种加速器，而且将逐步升级为一个能观察、会思考、善决策的智慧育种平台，并赋能中国种业的整体发展。

「2023 年生物光学与智慧农业产业国际论坛」

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