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　　荷蘭瓦赫寧根大學(xué)（WUR）主辦的國(guó)際人工智能溫室種植大賽（Autonomous Greenhouse Challenge）結(jié)果揭曉，AI溫室種黃瓜很有潛力！騰訊AI Lab與農(nóng)業(yè)專(zhuān)家組成的iGrow隊(duì)脫穎而出，獲“AI策略”單項(xiàng)*名、總分第二名的優(yōu)異成績(jī)。在比賽中，騰訊實(shí)現(xiàn)了AI+農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)探索，其首創(chuàng)的農(nóng)業(yè)人工智能系統(tǒng)攻克了機(jī)器智能嵌入農(nóng)業(yè)專(zhuān)家知識(shí)的難題。種植結(jié)果顯示，該人工智能系統(tǒng)提高了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和自然資源利用率，還大幅降低了傳感器成本，體現(xiàn)了“AI+農(nóng)業(yè)”的應(yīng)用潛力。

　　iGrow團(tuán)隊(duì)部分代表領(lǐng)獎(jiǎng)

　　本次大賽由荷蘭瓦赫寧根大學(xué)于今年3月發(fā)起，旨在通過(guò)人工智能與農(nóng)業(yè)等多學(xué)科團(tuán)隊(duì)協(xié)作，展示人工智能驅(qū)動(dòng)溫室的能力，在提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的同時(shí)，減少資源消耗，滿足日益增長(zhǎng)的人口需求，幫助人類(lèi)過(guò)上更健康的生活。比賽的挑戰(zhàn)目標(biāo)，是在4個(gè)月內(nèi)生產(chǎn)出高產(chǎn)量、高資源利用率的黃瓜作物。參賽團(tuán)隊(duì)利用傳感器和攝像頭，獲取溫室氣候、作物發(fā)育情況等數(shù)據(jù)，加入自己的模型或機(jī)器學(xué)習(xí)算法，遠(yuǎn)程控制作物生長(zhǎng)。

　　比賽的溫室

　　大賽吸引了包括騰訊（iGrow隊(duì)）、微軟（Sonoma隊(duì)）、英特爾（Deep_greens隊(duì)）等在內(nèi)的來(lái)自15個(gè)國(guó)家的14支團(tuán)隊(duì)參與。其中，iGrow隊(duì)由來(lái)自騰訊AI Lab的AI專(zhuān)家，以及來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心、黑龍江植物學(xué)會(huì)、Syngenta種子公司、荷蘭瓦赫寧根大學(xué)的農(nóng)業(yè)專(zhuān)家和學(xué)生組成。在長(zhǎng)達(dá)半年多的比賽中，iGrow隊(duì)歷經(jīng)編程馬拉松、黃瓜種植挑戰(zhàn)和總決賽，一路披荊斬棘，*終取得“AI策略”單項(xiàng)*名、總分第二名的*成績(jī)。

　　有效融合機(jī)器智能與人類(lèi)知識(shí)

　　目前在AI+農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，一大技術(shù)難點(diǎn)在于，計(jì)算機(jī)模擬受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)影響，與真實(shí)的農(nóng)業(yè)種植之間存在巨大的鴻溝。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，影響作物生長(zhǎng)的因素極為復(fù)雜，種植很難標(biāo)準(zhǔn)化，環(huán)境變化也難以預(yù)測(cè)，這些因素會(huì)嚴(yán)重阻礙人工智能的效能發(fā)揮。盡管本次比賽為環(huán)境相對(duì)可控、較易標(biāo)準(zhǔn)化的溫室黃瓜生產(chǎn)，但計(jì)算機(jī)模擬如何有效遷移到真實(shí)的農(nóng)業(yè)種植中，依然是一大技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　iGrow團(tuán)隊(duì)人工智能系統(tǒng)

　　比賽中，騰訊AI Lab的AI專(zhuān)家根據(jù)植物學(xué)、生物學(xué)和物理學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行建模，建立起模擬氣候環(huán)境和作物生長(zhǎng)的仿真器。隨后，團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地搭建出一個(gè)農(nóng)業(yè)人工智能系統(tǒng)，通過(guò)創(chuàng)新的強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法，將iGrow農(nóng)業(yè)專(zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)自然地嵌入仿真器中，使人類(lèi)專(zhuān)家能夠在種植密度、灌溉施肥、打頂剪枝等方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)AI的有效干預(yù)，提高AI學(xué)習(xí)效率，*終在資源*優(yōu)化的同時(shí)，*程度地提升了作物產(chǎn)量。

　　溫室的日與夜——遠(yuǎn)程操控溫室

　　降低傳感器成本，可終身學(xué)習(xí)。

　　與人類(lèi)知識(shí)融合之后的AI系統(tǒng)，無(wú)需專(zhuān)家再次干預(yù)，即能自動(dòng)適應(yīng)新的環(huán)境和條件變化，因此可以快速?gòu)?fù)制到同類(lèi)溫室種植中，為擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提供條件。在生產(chǎn)自動(dòng)化方面，該系統(tǒng)可自主運(yùn)行，從而大幅降低人工管理難度，節(jié)約大量人力。

　　在本次大賽中，iGrow隊(duì)因減少傳感器使用成本而備受好評(píng)。與其他AI種植團(tuán)隊(duì)額外添加了諸多傳感器不同，iGrow隊(duì)僅利用主辦方配置的有限的傳感器，便取得了十分*的成績(jī)。系統(tǒng)通過(guò)高效的數(shù)據(jù)模擬和運(yùn)算，減少了不必要的傳感器的使用，大大降低了智慧農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)成本，在市場(chǎng)應(yīng)用和推廣上頗具潛力。

　　溫室高壓鈉燈補(bǔ)光

　　“該系統(tǒng)還是具備終身學(xué)習(xí)能力的超級(jí)智能體。”騰訊AI Lab專(zhuān)家進(jìn)一步表示，“隨著技術(shù)發(fā)展，它能利用更先進(jìn)的仿真器，以及更大規(guī)模的種植實(shí)踐獲得的數(shù)據(jù)，靈活地整合人類(lèi)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)迭代升級(jí)。”

　　全局優(yōu)化，快速提升經(jīng)濟(jì)效益。

　　大賽結(jié)果顯示，iGrow隊(duì)在黃瓜產(chǎn)量、質(zhì)量、資源利用率上，均表現(xiàn)十分出色。在整個(gè)過(guò)程中，采用了生物防治系統(tǒng)，符合人們對(duì)健康生活品質(zhì)的要求。

　　iGrow團(tuán)隊(duì)種出的“標(biāo)致“黃瓜

　　與傳統(tǒng)的人工種植相比，人工智能的優(yōu)勢(shì)在于，它能對(duì)種植過(guò)程進(jìn)行全局優(yōu)化。從一開(kāi)始的種植密度、留莖比例，到后來(lái)的留葉、留果策略，以及在溫室中對(duì)光照、通風(fēng)、溫度、濕度、CO2濃度、水分等的控制，它都能在仿真器中通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)自動(dòng)尋找*優(yōu)解。人工智能可為作物的各個(gè)生長(zhǎng)周期尋找和提供*適宜的環(huán)境狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行資源*優(yōu)配比，以*化地節(jié)省資源。“人工智能另一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)是，它可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量模擬實(shí)驗(yàn)，相比在真實(shí)環(huán)境中緩慢地進(jìn)行人工種植摸索，它能以很低的成本快速提升智能管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。”騰訊AI Lab團(tuán)隊(duì)介紹道。

　　AI覆蓋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程 應(yīng)對(duì)全球人口和資源挑戰(zhàn)

　　本次比賽充分展現(xiàn)了人工智能驅(qū)動(dòng)溫室的能力，但人工智能的應(yīng)用并不僅限于室內(nèi)農(nóng)業(yè)。騰訊希望借此機(jī)會(huì)，探索室內(nèi)和室外農(nóng)業(yè)的機(jī)會(huì)，以了解人工智能如何在全球范圍內(nèi)提高糧食生產(chǎn)力水平，應(yīng)對(duì)人口增長(zhǎng)和可持續(xù)性發(fā)展的挑戰(zhàn)。

　　根據(jù)聯(lián)合國(guó)9月發(fā)布的《2018年世界糧食安全和營(yíng)養(yǎng)狀況》報(bào)告，全球現(xiàn)有8.21億人口處于饑餓狀態(tài)（每9人中就有1人在挨餓），已重回10年前的水平，這種倒退趨勢(shì)向我們發(fā)出嚴(yán)重警告。造成饑餓的主要原因之一，是由于氣候變化、干旱和洪水等極端天氣對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的破壞。

　　除了現(xiàn)有的饑荒和氣候問(wèn)題，人類(lèi)還面臨未來(lái)人口增長(zhǎng)和資源緊缺的挑戰(zhàn)。聯(lián)合國(guó)預(yù)計(jì)，到2030年，地球人口將增至85億，與之相反，伴隨著全球的城市化進(jìn)程，耕地面積和務(wù)農(nóng)人口卻在持續(xù)減少。如何在氣候變化、資源有限的情況下增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)出，同時(shí)保持可持續(xù)發(fā)展，是全人類(lèi)所面臨的重大難題。

　　“食物、能源和水對(duì)我們的未來(lái)至關(guān)重要。我們必須拓展現(xiàn)有的體系和架構(gòu)，以適應(yīng)新的全球挑戰(zhàn)。人工智能是其中的一種解決方案，目標(biāo)是以*少的投入獲取*多的產(chǎn)出。”騰訊首席探索官網(wǎng)大為在11月的騰訊WE大會(huì)上談到，“盡管目前AI+農(nóng)業(yè)的應(yīng)用尚屬早期，但已經(jīng)取得了令人興奮的成果。如果進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，其釋放的生產(chǎn)力將是驚人的。我們應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到人工智能可以發(fā)揮的作用，并且積極投入資源去進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。提高糧食生產(chǎn)力是全球的優(yōu)先事項(xiàng)，而不僅僅是潛在的商業(yè)機(jī)會(huì)。我們需要鼓勵(lì)更大膽的設(shè)想，激發(fā)出更多的解決方案。”

　　騰訊首席探索官網(wǎng)大為在騰訊WE大會(huì)上談AI+農(nóng)業(yè)

　　產(chǎn)前：育種選種、土壤分析

　　近年來(lái)，隨著人工智能技術(shù)不斷發(fā)展，其應(yīng)用已逐漸滲入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程。例如，在產(chǎn)前階段，深度人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）可利用物聯(lián)網(wǎng)獲取的數(shù)據(jù)，對(duì)灌溉用水進(jìn)行分析和指導(dǎo)，并通過(guò)對(duì)土壤成分的檢測(cè)分析，選擇適宜種植的作物品種，合理施肥。通過(guò)對(duì)農(nóng)作物市場(chǎng)周期需求的大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，也可指導(dǎo)作物種植品種選擇，避免產(chǎn)銷(xiāo)脫節(jié)引發(fā)價(jià)格劇烈波動(dòng)，造成經(jīng)濟(jì)損失和農(nóng)產(chǎn)品浪費(fèi)。另外，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，還可以幫助篩選和改良農(nóng)作物基因，達(dá)到提升口味、增強(qiáng)抗蟲(chóng)性、增加產(chǎn)量的目的。

　　產(chǎn)中：病蟲(chóng)害管理、自動(dòng)采收

　　在產(chǎn)中階段，人工智能技術(shù)可用于監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)和農(nóng)作物生長(zhǎng)情況。通過(guò)建立病蟲(chóng)草害特征分類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)識(shí)別作物品種、病害程度和雜草生長(zhǎng)情況，可實(shí)現(xiàn)智能預(yù)防和管理病蟲(chóng)草害，減少經(jīng)濟(jì)損失。不僅如此，這在一定程度上還可減少除草劑和殺蟲(chóng)劑的使用，提升農(nóng)產(chǎn)品安全性，減輕環(huán)境影響。

　　針對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)“看天吃飯”的缺陷，利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)處理衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)，可預(yù)測(cè)天氣等環(huán)境變化對(duì)作物的影響，提前應(yīng)對(duì)。在采收環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)與機(jī)械臂或機(jī)器人結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)自動(dòng)化采收，節(jié)省人力，降低成本。此外，大數(shù)據(jù)處理和語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)可運(yùn)用于農(nóng)業(yè)智能專(zhuān)家系統(tǒng)中，為農(nóng)業(yè)從業(yè)者提供專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)服務(wù)和指導(dǎo)，幫助解決生產(chǎn)中各種技術(shù)問(wèn)題。

　　產(chǎn)后：品質(zhì)檢測(cè)、優(yōu)化物流

　　在產(chǎn)后階段，具有計(jì)算機(jī)視覺(jué)的機(jī)械臂可進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品售前品質(zhì)檢測(cè)、分類(lèi)和包裝等工作；用大數(shù)據(jù)分析市場(chǎng)行情，可幫助農(nóng)產(chǎn)品電商運(yùn)營(yíng)，引導(dǎo)企業(yè)制定更靈活準(zhǔn)確的銷(xiāo)售策略；通過(guò)人工智能遺傳算法和多目標(biāo)路徑優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，可對(duì)物流配送路徑進(jìn)行智能優(yōu)化，完善生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈等。

　　人工智能技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全階段的滲入，對(duì)推進(jìn)農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化、信息化和智能化，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量與效率具有重要意義，但技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用并非一蹴而成。騰訊AI Lab團(tuán)隊(duì)表示：“當(dāng)年輕的人工智能與古老的農(nóng)業(yè)相碰撞時(shí)，會(huì)遇到諸多挑戰(zhàn)，如何預(yù)見(jiàn)和解決這些難題，需要耐心、創(chuàng)新，甚至是一些靈感。但其中蘊(yùn)含的機(jī)遇也是巨大的，我們希望能有更多跨學(xué)科專(zhuān)家、企業(yè)家和投資者一起攜手，共同發(fā)掘AI+農(nóng)業(yè)的各種可能性。”

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