AIGC赋能智慧农业:用AI技术绘就作物生长新蓝图

（ 于景鑫 国家农业信息化工程技术研究中心）随着人工智能技术的日新月异,AIGC(AI-Generated Content,AI生成内容)正在各行各业掀起一场革命性的浪潮。而在智慧农业领域,AIGC技术的应用也正迸发出耀眼的火花。特别是在作物生长管理方面,AIGC有望彻底改变传统的农事操作模式,用AI技术绘就一幅崭新的作物生长蓝图,为农业现代化插上腾飞的翅膀。

图片来源：10.11834/jig.240003

一、AIGC技术概述:AI画笔勾勒万物新貌
AIGC,即AI生成内容技术,其本质是利用人工智能算法自动生成各种形式的内容,如文本、图像、音频、视频等。其中,以 Stable Diffusion、DALL-E、Midjourney等为代表的文图生成模型更是备受瞩目。这类模型通过机器学习算法在海量数据中学习物体的形状、纹理、色彩等特征,然后根据用户的文本描述,自动生成栩栩如生、富有创意的图像。

相比人工创作,AIGC技术具有效率高、成本低、创意广等优势。据统计,使用Stable Diffusion生成一张高清图像的成本不到0.1美元,且只需几秒钟时间。而且,AIGC生成的内容可以突破人类的想象力限制,激发出无限的创意灵感。可以说,AIGC技术犹如一支神奇的"AI画笔",正在以前所未有的方式重新勾勒万物的面貌。

二、智慧农业现状与挑战:数字"农事"路漫漫
近年来,智慧农业的快速发展正在深刻改变传统农业的生产方式。各类农业物联网设备、大数据平台、农业机器人等纷纷涌现,构建起一幅数字化的"农事"蓝图。特别是在温室大棚、植物工厂等设施农业场景下,环境监测、远程控制、农事操作等各个环节的数字化水平不断提高,为农作物的精细化管理提供了坚实的基础。

然而,智慧农业的发展也面临着诸多挑战。首先,农业生产对劳动力的依赖性很强,人力成本居高不下;其次,农业生产需要丰富的专业知识和实践经验,而这些经验往往掌握在少数"专家"手中,难以有效传承;再者,农业生产受自然条件影响很大,各种突发情况层出不穷,农事决策难度很大,很多时候只能依靠经验和直觉。

三、AIGC为作物生长"画像":AI掌舵智慧农业新航向
为了破解上述难题,AIGC技术正在为智慧农业插上腾飞的翅膀。具体来说,我们可以利用AIGC技术,特别是图像生成模型,为作物生长全周期绘制一幅精准的"成长蓝图",用于指导农事操作决策。

具体实现上,可以考虑采用StyleGAN、VAE等生成式对抗网络模型。首先,我们需要收集大量不同生长阶段的作物图像,并对其进行标注,构建训练数据集。然后,我们可以训练一个生成模型,输入作物品种、生长阶段、环境参数等信息,模型就可以自动生成一张逼真的作物生长图像。这些生成的图像不仅可以展示作物在不同生长阶段的形态特征,还可以预测在特定环境条件下作物的生长状况。

图片来源：StyleGAN

通过分析AIGC生成的作物生长图像,农业专家和智能算法就可以及时发现作物生长过程中的异常情况,并根据图像反映的长势、病虫害等信息,优化灌溉、施肥、打药等农事操作,最终实现农田的精准管理。比如,如果AIGC预测显示未来一周气温骤降,可能导致某种瓜果的坐果率下降,农户就可以提前采取增温保温措施,从而最大限度减少损失。

可以看到,通过AIGC技术,我们可以让作物生长的每个阶段、每个细节都在"AI掌控"之中。农户只需"对号入座",根据系统提供的作物生长"剧本",就可以精准操作,既节省人力物力,又能提高产量品质,可谓一举多得。

四、前沿技术助攻AIGC:融合创新拓展应用新边界
除了生成式对抗网络,AIGC在图像生成、场景理解等方面还有许多前沿技术值得关注。比如最近大火的ControlNet,就可以让画面生成更可控;而Segment Anything则让对象和背景分割变得易如反掌。将这些技术引入AIGC系统,可以让作物生长蓝图的绘制更加精细入微。

比如,我们可以用ControlNet技术,通过简单的笔触描述,就生成所需的田间场景,然后利用Segment Anything等语义分割技术,自动标注出作物、土壤、农具等对象,最后再将生成模型与作物生长模型结合,就可以得到一幅"有血有肉"的作物生长全景图。

图片来源：How Meta built a model that really can Segment Anything

此外,将AIGC与强化学习、知识蒸馏等技术结合,还可以实现从作物生长"剧本"到农事操作"演员"的无缝衔接。比如,我们可以先用AIGC技术生成各种作物生长场景,然后将其作为强化学习模型的环境状态,通过不断试错,让模型学会在不同生长阶段采取最优的农事操作策略。这些策略经过知识提炼和可视化呈现后,就可以很容易地应用到实际的农业生产中去。

五、展望:描绘数字农业新图景
AIGC技术在智慧农业领域的应用才刚刚起步,未来可期。随着AIGC技术的不断发展,我们有望实现从"千人一面"到"千面千人"的农事操作个性化定制,让每一株作物都能得到"私人订制"的精准呵护。
同时,AIGC技术与VR/AR、数字孪生、机器人等技术的融合,也将描绘出数字农业的崭新图景。届时,农民可以穿上VR眼镜,在数字孪生的农田里"试种试收";农业机器人可以根据AIGC生成的作物生长模型,实现全自动的农事操作;而消费者则可以通过AIGC生成的作物"数字画像",了解每一颗蔬菜、每一粒米的"生平故事"......