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中英合作建设智慧农场

发布时间: 2020-07-27 12:13   作者: Dave Rose   来源: 机器人产业杂志

  技术的不断进步给各行各业带来了新的可能。近年来,随着农牧养殖集约化程度的不断提高,饲养规模越来越大。但对于养殖企业来说,更应该在追求规模的同时运用先进的智能化系统对养殖业进行管理、控制,以改善家畜家禽的生长环境,提高生产性能,实现更大的经济效益。在第四届世界智能大会上,英国精准农业创新工程中心CEO Dave Rose,结合自身经验,介绍了中英农业旗舰挑战计划的重要组成部分——中英智慧农场的发展情况。

  早在2016年,中英两国就共同构想了科技创新合作战略,其中一个重点就是农业旗舰挑战计划,从这里就可以看出两国的关系以及双方的需求,包括形成具有竞争力的产品创新,达到与领先的国际竞争对手旗鼓相当的水平或优先他们。在全球需求方面,需要充分利用贸易机会。中英双方具有较强的适应力,准备充分,能够承受市场价格波动和极端事件。我们需要进行长期可持续性发展,不断创造更好的环境和社会效益,从而最终赢得消费者的信赖。

  英国创新署是英国的一个领先创新组织。2019年,英国创新署与中国科技部联合启动了“数据驱动技术解决方案”,它是中英科技创新合作战略的一部分。与此同时,中英智慧农场概念更加明确了相关的特定领域。中英智慧农场是由中国农村技术开发中心与英国创新署精准农业工程中心联合启动的科技创新合作。这项方案是为了在智慧农业概念中创造一系列渐进式的创新,接下来,双方也将会一直继续推进、落实执行智慧农场项目。

  2019年年初,中英双方推出并完成了试点智慧农场,即智慧农场1.0,根据技术和分析等方面的复杂性,我们也为未来几年规划了不同级别的智慧农场。

  智慧农场

  什么是智慧农场?规划智慧农场的目的是为了从农场规模活动中完善食品营养素的生产,并利用技术完善这些食品的生产,以最小的环境足迹最大化生产能力。

  在智慧农场1.0阶段,作为智慧农场的特定阶段,主要侧重于田间作物和温室蔬菜的数据收集和监测;随着智慧农业进程的推进,智慧农场2.0将基于前期联合研究成果进行更为详细的研究,在这一阶段,以新的联合研究成果为支撑,主要侧重于水、土壤和植物的智能分析;同样,在新的联合研究成果的支持下,智慧农场3.0进入农业智能化阶段,专注于人工智能的分析、决策,作物、蔬菜的种植规划;进入智慧农场4.0阶段,更多的是和其他一些科学技术进行整合,例如使用机器人、无人机合作收集一些非常精细化的数据,使用多光谱空间和卫星协作监测数据,将各种技术融合应用使得农作物管理者有一个动态管理系统。该系统将会达到非常精确的状态,旨在优化每块土地的每一部分或是绿色蔬菜作物的每一部分。

  智慧农场1.0的实施

  接下来介绍智慧农场1.0的实施成果。

  截止到目前,在智慧农场1.0中,我们部署了一些技术用以测量农作物的产量。举例来说,在农作物的收割过程中,在联合收割机上部署RDS Yield Monitor(产量检测器)后,监测数据将会在生成的特定区域的产量地图中根据图像的变化来展示农作物产量的变化。此外,在农作物生长季节,高新技术的使用还可以为我们提供来自无人机的光谱数据、农作物生长状况的时间图。在这个案例中,我们所使用的是归一化植被指数(NDVI),这些数据被同化后将会输入到一个称之为“核心”的智能系统中。它是一个用来分析这些数据和细节的软件,叠加GS空间数据,收集信息并生成结论,从而让我们了解农作物的产量潜力,以及导致农作物产量偏低的原因。例如,我们可以研究土壤及土壤中的营养物质,并根据这些信息保障农作物的优质生长。

  在智慧农业中,可以利用航天机器人技术进行创新应用。比如,我们开发了一种机器人平台系统以用于农业应用,并在中英智慧农场1.0项目中使用了以下这些技术——AgriRover平台系统,这个概念源于火星车(Mars Rover)的太空概念,当然,它也确实去了火星。我们在其设计上吸收了一些元素,使其更加适合农业应用。下面列举AgriRover平台系统在农业中的两个应用。

  一个是非常先进的土壤测试系统,它能即时捕捉到土壤中的微量营养素等信息,这些信息与植物的需要以及可能需要施用的营养素数量有关。在农作物种植或生长期间,土壤中的微量元素等信息对氮肥的使用以及对提高农作物的产量尤为重要。因为在一些国家的农作物种植中往往会出现氮肥施用过量的情况,这超过了农作物的实际需要,并给环境带来不良影响。

  另一个应用是农作物的收割,在收割过程中我们使用附加了关节型机器人的收割机器人,经过不断的实验,发现它可以实现非常好的收割功能,我们还在不断进行性能改进并希望在将来做成商业化的应用。在收割机中,技术附着并且植入到了收割机里,收割信息能实时传入到AI分析平台上,依靠专业团队,我们不断构想传导信息的最佳方法,开展农田实验,充分发挥技术效能,实地展示其商业潜能。

  智慧农场1.5

  接下来,介绍一下智慧农场1.5的情况,它是智慧农场1.0、2.0、3.0和4.0的升级版,由于在这些版本中没有关注家禽饲养场所,因此在新的版本中着重关注了这一点。这一项目的目标是在养猪场部署相关技术,以在早期阶段检测动物生长、健康状况和疾病,并优化环境。在这一项目中,我们遇到了非常好的合作伙伴——天津食品集团,他们为我们提供了从设施到人才,包括学术人才和技术人才等“一揽子”协助。我们计划今年推出智慧农场1.5版本,现阶段,这个项目的重点工作是观察猪场,观察猪的生长、健康状况,以便提前发现猪只可能存在的病情。

  为了优化猪场环境,我们综合运用了3个英国公司所提供的技术。Roboscientific公司所提供的取样系统可以用于检测有机猪场,为猪只的养殖进行病情筛查,现在这个系统可以检测出中英智慧农场猪只养殖过程中猪只身上感染的或可导致经济损失的疾病了。Greengage公司提供了环境传感器、家畜工作传感器和照明,利用这些传感器,我们可以优化家畜环境。Innovent公司提供了3D摄像头。我们会从空气取样器、环境传感器和动作传感器中收集数据,用它做出整合性的方案,优化家畜生长、健康状况,减少家畜的疾病,特别是合作伙伴——天津食品集团,用以减少生猪身上的疾病。

  在家禽饲养中,以鸡的饲养为例,Roboscientific公司提供的技术可以用来检测禽流感。在试行研究中,它可以使用复杂的算法来判断、区分,以及控制鸡群中健康的鸡和得了禽流感的鸡。对我们来说,下一步的难题是能不能将这项研究成果应用到猪的饲养上。

  在猪的饲养过程中,根据从3D摄像机上采集到的信息,我们能够了解猪在猪舍中自由活动时的相关信息,比如移动距离、进食时间、每头猪的重量,以及其他元素等。根据这些收集到的信息所形成的信息矩阵,可以帮助我们更好地了解家畜的表现、健康状况等。

  在中英智慧农场的项目中,英国农业技术中心发挥了很重要的作用。它专注于农科领域的精密和工程技术,包括机器人、传感器、卫星监测、健康监测、家畜轻质传感器和整个行业内的技术设备等,可以监测生物生产量的变化,从而优化生产,不管是在分析型的家畜层面还是以米为单位的饲养场所层面,都会对生产进行优化,将价值最大化。

  因此,从家禽角度来说,我们想要加强在生产层面上的了解,获得充分足够的信息后采取实际行动,做决策支撑和分析,从传感器数据中获取信息,提供给饲养员、农学家或农民,以优化他们的生产系统。

  在智慧农场的推进中,我们不断在自身的农场中对新技术进行测试和展示,以获取数据,了解农场的潜能,做最佳方案的展示,进行知识技能交流,从而能够让别人也能更好地了解技术的益处,促进传统农业的转型升级,探索未来智慧农业发展新模式。

  (本文根据“第四届世界智能大会”演讲内容整理而成,未经演讲人审阅)

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