李慧芹

（新疆草原總站，烏魯木齊 830049）

天然草地是人類生活、生產(chǎn)環(huán)境和能量需求的自然體，也是一種特殊的自然資源。草地這種自然資源，對生態(tài)環(huán)境、水源涵養(yǎng)、凈化空氣、水土保持等起到一定的作用，也是畜牧業(yè)生產(chǎn)資料供給的主要來源。因此在推進生態(tài)文明建設、加強草原資源保護和生態(tài)修復的倡導下，加強草原資源與生態(tài)動態(tài)監(jiān)測顯得尤其重要。人工智能作為一種人、機器、方法、思想的結(jié)合體[1]，已應用于各個行業(yè)領域，國際上很多國家都在探索利用這種高新技術(shù)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效，其中人工智能基于智慧農(nóng)業(yè)為基礎的新發(fā)展理念已得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一些應用，為人工智能和草地調(diào)查監(jiān)測領域的深度融合應用提供了有力的參考。

1 人工智能的原理

1.1 人工智能的概述

人工智能（Artificia1 Inte11igence，簡稱AI），拉斐爾說：“是一門科學，這門科學讓機器做人類需要智能才能完成的事?！比斯ぶ悄苎芯縿?chuàng)建出可以與人類的思想媲美的計算機軟件或硬件智能[1]，設計擁有一定智能的計算機系統(tǒng)，研究如何讓系統(tǒng)去做過去需要人類的智力才能完成的工作，換句話說研究如何使用計算機的軟硬件來仿造人類一些智能行為的學科、方法和技術(shù)。主要包括系統(tǒng)實現(xiàn)智能的原理、設計類似于人腦智慧的計算機系統(tǒng)，讓系統(tǒng)能完成更高層次的應用。人工智能是人類制造的擁有人的思想的機器等，在《人工智能》一書中指出“人工智能是由人類、想法、方法、機器和結(jié)果組成的”[1]。人工智能的原理，用一句話概括就是：人工智能=數(shù)學計算。機器的智能程度，取決于“算法”。

1.2 人工智能的發(fā)展趨勢

1.2.1 在日常生活中的應用

在我們的生活中，大到智慧交通[2]、索菲亞機器人[3]，小到可以陪孩子讀書的機器人小智、幫助關窗簾的機器人等等，這些都是在日常生活中幫助我們的人工智能機器，那么對于我們的工作是否也可以得到它們的幫助呢，這就是我們接下來要思考的問題。

1.2.2 在農(nóng)業(yè)中的應用

人工智能在農(nóng)業(yè)中也有著廣泛的應用，例如：利用人工智能對農(nóng)作物病蟲害進行監(jiān)測、生長狀態(tài)識別以及雜草辨別、水果品質(zhì)的分級、果實成熟度的判別[4]，在農(nóng)產(chǎn)品的分類中，通過ANN算法對農(nóng)產(chǎn)品進行分類，通過人工智能對農(nóng)作物的外觀、氣味、形狀等特征進行精準分類[5]，這些都是人工智能在農(nóng)業(yè)中的應用，綜合來看，如果能夠?qū)⑦@些利用算法和傳感設備，結(jié)合人工智能應用到草地調(diào)查監(jiān)測中去，就能很好的對草原上的土壤、植物種群等多個方面獲取大量的數(shù)據(jù)。

1.2.3 人工智能在草地資源調(diào)查監(jiān)測的模型

通過人工智能的傳感設備將收集到的數(shù)據(jù)通過集成無線訪問點，再利用無線網(wǎng)絡環(huán)境將數(shù)據(jù)發(fā)送至本地數(shù)據(jù)，然后將本地數(shù)據(jù)庫中的底層數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸至核心服務器，通過OA平臺再對數(shù)據(jù)進行挖掘使用。這樣就可以實現(xiàn)在陡峭的山區(qū)和大面積的荒漠類無人區(qū)草原中得到確切的數(shù)據(jù)，從而能夠更深入的了解草地的分布、產(chǎn)量等成因。如圖1。

圖1 人工智能在草地資源調(diào)查監(jiān)測的模型

2 人工智能在相關行業(yè)的應用和現(xiàn)狀

2.1 人工智能在農(nóng)業(yè)監(jiān)測中的應用

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)GPS的精準定位，利用人工智能的方法和技術(shù)，實現(xiàn)智能化的操作。如福建農(nóng)業(yè)畜牧科學研究所做的利用人工智能算法建立的模型，對田間墑情診斷、作物養(yǎng)分的監(jiān)測等進行的科學性實驗[6]，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提高質(zhì)量增加效益等起到一定的作用。同時一些農(nóng)業(yè)企業(yè)使用了人工智能，設計出對農(nóng)副產(chǎn)品的成長狀況、生態(tài)數(shù)據(jù)進行分析的數(shù)據(jù)庫模型，為農(nóng)副產(chǎn)品的有機生產(chǎn)提供指導依據(jù)。例如，Infosys、IBM Watson IoT和Sakata Seed Inc.在美國加利福尼亞兩塊田地上布置測試床等，使用了人工智能+機器視覺+傳感器，對土壤、空氣、施肥、植物的成長狀況進行了全方位監(jiān)測，獲取了18種數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上傳到Infosys信息平臺進行了數(shù)據(jù)挖掘和人工智能技術(shù)分析，分析結(jié)果提供給企業(yè)決策、物種的研發(fā)系統(tǒng)，作為下一步生產(chǎn)和育種的依據(jù)。

2.2 人工智能在其他行業(yè)的應用

在國家大力推廣人工智能的今天，人工智能已經(jīng)得到了一定的發(fā)展，在一些行業(yè)已經(jīng)得到了應用，例如：通過了采用低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)，對水資源進行了全面實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和管理平臺為一體，為治理水資源污染的問題，提供出了高效、精準的解決方案[7]。見圖2。

圖2 超低能耗人工智能無線自組網(wǎng)解決

2.3 草地資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀和今后的發(fā)展

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在草地資源調(diào)查中也使用了不同于20世紀80年代調(diào)查的手段和方法。在以RS、GPS、GIS、基礎數(shù)據(jù)庫等計算機系統(tǒng)的技術(shù)手段為主，結(jié)合入戶調(diào)查、地面勘察等手段，以及人工智能技術(shù)飛速發(fā)展這一因素的推動下，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎的人工智能圖像檢測系統(tǒng)已經(jīng)形成，有效的增強了圖像檢測系統(tǒng)的精準度和及時性，彌補了傳統(tǒng)圖像檢測系統(tǒng)的不足[8]，同時能全面、規(guī)范、精確地獲取草地資源的實際分布、產(chǎn)量質(zhì)量、環(huán)境及使用狀況等信息。

然而在草地資源調(diào)查監(jiān)測采集數(shù)據(jù)的過程中，還是要先進行人工地面數(shù)據(jù)的采集，然后將數(shù)據(jù)導入系統(tǒng)，隨后再通過地理信息技術(shù)手段和方法對數(shù)據(jù)進行加工處理。在每一次的資源調(diào)查中，我們都要耗費大量的人力、物力和財力，即便這樣，有些環(huán)境惡劣的高山或無人區(qū)等也是不能到達的，阻礙了對草地土壤、水分、物種包括草地退化沙化的更深入和更深層次的了解。雖然有遙感影像、定位和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的幫助，也還是不能實時對草地資源進行監(jiān)測，另外遙感影像技術(shù)是從立體空間的角度對草地進行了監(jiān)測，尤其是對物種和土壤的感知，遠不及人工智能等利用了傳感技術(shù)和智能芯片傳回的數(shù)據(jù)更準確和精準，因此人工智能在草地資源的調(diào)查中的應用就顯得尤其重要，也是今后的發(fā)展方向。

3 人工智能在草地資源應用中的思考

我們可思考利用國家已經(jīng)建成的有線電纜、光纜、無線GPRS、衛(wèi)星通訊等手段，在允許的范圍內(nèi)，對我們設立的固定監(jiān)測點使用人工智能（AI）的手段和方法，通過模仿人工采集數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡、GPRS、衛(wèi)星通信或者光纜通信的方式下，匯聚節(jié)點將網(wǎng)絡節(jié)點采集的數(shù)據(jù)通過逐步接力的方式發(fā)送至上位機。監(jiān)控調(diào)度中心上位機對大數(shù)據(jù)進行分析處理，實現(xiàn)對草地資源各項參數(shù)的實時監(jiān)測。

如果實現(xiàn)了對草地資源各項數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，那么就可以對監(jiān)測后的數(shù)據(jù)進行挖掘，從而對多種參數(shù)進行組合分析，比如：可以做到對提取草地塊上的氣候的數(shù)據(jù)進行分析；對草地塊中的土壤的數(shù)據(jù)進行分析；對草地塊上的水蒸氣的數(shù)據(jù)進行分析；對種群的遷徙進行分析；通過這些分析，最后能夠精準的測量出草的產(chǎn)量。還能綜合這些數(shù)據(jù)對草地沙化和退化的成因做進一步的分析。

3.1 人工智能在草地資源監(jiān)測領域融合的問題

人工智能在網(wǎng)絡安全、數(shù)據(jù)庫查詢等大型系統(tǒng)中的應用技術(shù)已形成了相對成熟的融合模式，例如：“四川信息職業(yè)技術(shù)學院的基于人工智能的數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)，隨著人工智能這門學科的不斷發(fā)展，人工智能對于自我學習、自我糾正的能力更加的完善和強大，因此，使用人工智能的機器人操作數(shù)據(jù)成為了可能[9]，”在醫(yī)療、交通和較大范圍的應用，涌現(xiàn)出了一些標桿式的案例?？墒窃诓莸刭Y源調(diào)查監(jiān)測的應用中還處于初始階段，草地資源的大型數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡實時化、智能化還面臨很多的挑戰(zhàn)。

3.1.1 草地資源網(wǎng)絡建設差

在草地資源中使用人工智能，解決人力無法到達、草地監(jiān)測任務難以完成的地方；另外也是為了實現(xiàn)對草地資源的精準監(jiān)測，因此將人工智能和草地資源作業(yè)領域進行融合應用，并將遙感、定位等技術(shù)也進行深度融合，使得數(shù)據(jù)+圖像的方式，從空間到地面對草地資源進行深層次的研究。當然這就需要對網(wǎng)絡提出實時響應和數(shù)據(jù)積累的要求。由于我國草地資源地理環(huán)境特殊，山區(qū)的基礎網(wǎng)絡建設較為落后，草地資源作業(yè)領域網(wǎng)絡化、數(shù)據(jù)庫的應用水平也相對較為落后，成為人工智能在草地資源監(jiān)測領域融合的一個顯著問題。

3.1.2 智能化設備無法因地制宜

智能芯片是因業(yè)務需求的不同而在芯片中內(nèi)置的應用有所不同，例如麥卡洛克和皮茨開發(fā)的人工神經(jīng)元的第一個模型[1]，當它植入芯片時，是作為傳感器中的芯片使用，須要根據(jù)各自的不同傳感需求來定義你所需要識別的需求功能是什么。由于草地分布于不同海拔的垂直帶上，對智能設備的要求相對特殊，進而對設備中的芯片要求也比較高，隨之成本也相應增加，且在環(huán)境較差的草場非常容易發(fā)生損壞，進而導致智能設施應用受阻。

3.2 草地監(jiān)測人工智能（AI）系統(tǒng)實施建議

3.2.1 數(shù)據(jù)的采集和傳輸

依托現(xiàn)有的網(wǎng)絡和通訊技術(shù)，在固定監(jiān)測點上安裝帶有攝像、傳感、采集功能的智能讀卡芯片，采用遺傳算法的模型（見圖3）[1]，通過無線網(wǎng)絡將定期或者不定期的對固定的測量數(shù)據(jù)進行回傳；至規(guī)定的服務器上，將遙感影像、定位和地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合匯總至總的管理服務平臺中。

圖3 遺傳算法模型

3.2.2 數(shù)據(jù)的清洗和抽取

建立完善的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使用數(shù)據(jù)倉庫對獲取的數(shù)據(jù)先進行智能判讀，抽取有價值的數(shù)據(jù)，對錯誤和沒有價值的數(shù)據(jù)進行清洗和篩查，結(jié)果提供出來。

3.2.3 數(shù)據(jù)疊加分析

將數(shù)據(jù)與以往的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行疊加，再將其他獲取的影像資料進行疊加，對草地監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行深度的挖掘和分析。如通過多年監(jiān)測數(shù)據(jù)疊加影像和氣象大數(shù)據(jù)等，進行草地生產(chǎn)力與氣象因素關系的智能分析，建立相關關系模型進行分析評價、草地生產(chǎn)力預測等。

3.2.4 網(wǎng)絡基礎設施的完善和信息化服務的建設將是草地資源監(jiān)測領域和人工智能相融合的保障

人工智能技術(shù)給傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡帶了新的技術(shù)理念[10]，加上人工智能對計算機網(wǎng)路的提升，從而達到資源實時共享[11]，因此，一是加強草地資源環(huán)境的信息基礎設施的完善，增加互聯(lián)網(wǎng)絡的全覆蓋，提升網(wǎng)絡傳輸能力，增強數(shù)據(jù)庫的應用，為創(chuàng)造智能化草地資源系統(tǒng)中各項作業(yè)、采集草原大數(shù)據(jù)做好基礎保障。二是完善草地資源的大型數(shù)據(jù)庫，為草地資源的數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)整理、分析，進而為對草地資源的修復、物種的判斷提供依據(jù)。

4 結(jié)論與展望

人工智能在其他領域的應用已經(jīng)是屢見不鮮，而在草地資源作業(yè)領域中的應用和融合也是我們今后要實現(xiàn)的手段和方法，實現(xiàn)智慧草原，深入草地資源作業(yè)專用設備的研發(fā)和應用，是草地資源作業(yè)領域和人工智能融合的前景，也是未來農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展趨勢。

雖然在實際的工作中，人工智能技術(shù)存在一些設備不完善、網(wǎng)絡環(huán)境不完善、算法限制等，但在逐步的深入研究和探討中，不斷的結(jié)合應用和實踐，一定能夠加以改善，使得草原數(shù)字化、信息化、智能化的腳步更加快速和穩(wěn)固。