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內容簡介

　　中國農業正經曆由傳統農業嚮現代農業、智能農業的轉變過程。智能農業通過集成以人工智能技術為代錶的現代信息技術，實現農業生産的産前、産中、産後智能化動態管理，對我國農業産業轉型升級，走集約、高效、安全、持續的現代農業發展道路具有重要意義。
　　《中國人工智能學會係列研究報告：中國智能農業發展報告》圍繞智能農業的數據智能分析、專傢決策、農業機器人、精準作業等主題介紹瞭相關技術的方法原理，對國內外的一些典型案例進行瞭討論與總結，並對我國現代智能農業的發展方嚮與前景作齣瞭展望與建議。
　　《中國人工智能學會係列研究報告：中國智能農業發展報告》可作為從事智能農業相關領域研究人員的參考讀物，也可作為農業信息化相關專業研究生的參考用書。

作者簡介

　　趙春江，國傢農業信息化工程技術研究中心主任，國傢農業智能裝備工程技術研究中心首席專傢、農産品質量安全追溯技術及應用國傢工程實驗室主任、農業部農業信息技術重點實驗室主任。中國人工智能學會常務理事、中國人工智熊學會智能農業專業委員會主任委員、中國農業工程學會副理事長、中國農機學會副理事長、日本亞洲精準農業組織（ACPA）會常務理事、美國國際精準農業學會（ISPA）中國代錶、農業部科技委委員。
　　1985年在河北農業大學獲得學士學位，1988年在北京市農林科學院取得碩士學位，1993年在北京農業大學（現中國農業大學）取得博士學位。主要從事農業智能係統與精準農業技術裝備研究。先後擔任國傢863計劃現代農業領域數字農業與裝備技術主題專傢、國傢863計劃“智能化農業信息技術應用示範工程”技術總體專傢組組長，牽頭實施瞭我國863計劃“電腦農業”“數字農業”“精準農業”等專項研究，主持的國傢重點基金“農田土壤氮素信息現場快速獲取方法與實現技術”項目在用LIBS測量方法上實現重要突破。先後獲國傢科技進步二等奬4項。2003年獲得聯閤國世界信息峰會大奬。

目錄

第1章 中國智能農業發展背景
1．1 人工智能在農業領域中的應用曆程
1．2 智能農業發展趨勢
1．2．1 智能農業在中國的研究進展
1．2．2 智能農業存在的問題
1．2．3 智能農業的發展前景

第2章 農業智能分析
2．1 農業數據挖掘
2．1．1 農業數據挖掘特點
2．1．2 農業網絡數據挖掘
2．1．3 農業感知數據挖掘
2．1．4 農業數據挖掘應用
2．2 農業數據語義分析
2．2．1 農業數據語義模型
2．2．2 農業數據存儲模型
2．2．3 農業數據知識錶示
2．2．4 農業數據語義檢索
2．2．5 分布式農業知識協同構建
2．3 農業病蟲害圖像識彆
2．3．1 基於機器視覺的農業病蟲害自動監測識彆係統框架
2．3．2 農業病蟲害圖像采集方法
2．3．3 農業病蟲害圖像預處理
2．3．4 農業病蟲害特徵提取與識彆模型構建
2．3．5 農業病蟲害模式識彆
2．4 動物行為分析
2．5 農産品無損檢測
2．5．1 農産品的無損檢測
2．5．2 農産品無損檢測主要方法與基本原理
2．5．3 無損檢測在農産品質量檢測中的應用
2．5．4 問題與展望

第3章 典型農業專傢係統與決策支持
3．1 作物生産決策係統
3．1．1 作物生産決策支持係統的概念與功能
3．1．2 作物生産決策係統的發展
3．1．3 作物生産決策農業數據庫
3．1．4 作物生産決策模型
3．1．5 農機農藝結閤的作物生産決策係統
3．2 作物病害診斷專傢係統
3．2．1 病害診斷知識錶達
3．2．2 作物病害描述模糊處理
3．2．3 病害診斷知識推理
3．2．4 基於圖像識彆的作物病害診斷
3．3 水産養殖管理專傢係統
3．3．1 水産養殖管理係統現狀與發展趨勢
3．3．2 水産養殖環境監控
3．3．3 精細喂養決策
3．3．4 疾病預警和遠程診斷
3．3．5 水産養殖智能管理
3．4 動物健康養殖管理專傢係統
3．4．1 妊娠母豬電子飼喂站
3．4．2 哺乳母豬精準飼喂係統
3．4．3 個體奶牛精準飼喂係統
3‘4．4 畜禽養殖環境監測係統
3．5 多民族語言農業生産管理專傢係統
3．5．1 多民族語言智能農業即時翻譯係統結構
3．5．2 多民族語言農業智能信息處理係統機器翻譯流程
3．5．3 多民族語言農業信息平颱中的翻譯關鍵技術
3．5．4 多民族語言農業智能信息處理係統機器翻譯結果
3．6 農業空間信息決策支持係統

第4章 典型農業機器人
4．1 茄果類嫁接機器人
4．1．1 研究背景意義
4．1．2 國內外研究現狀
4．1．3 關鍵技術與研究熱點
4．1．4 案例分析
4．1．5 存在問題與發展策略
4．2 果蔬采摘機器人
4．2．1 研究背景意義
4．2．2 國內外研究現狀
4．2．3 關鍵技術與研究熱點
4．2．4 案例分析
4．2．5 存在問題與發展策略
4．3 大田除草機器人
4．3．1 研究背景意義
4．3．2 國內外研究現狀
4．3．3 關鍵技術與研究熱點
4．3．4 存在問題與發展策略
4．4 農産品分揀機器人
4．4．1 農産品分揀機器人發展現狀
4．4．2 農産品分揀機器人的應用特點和支撐技術
4．4．3 主要問題和建議

第5章 農業精準作業技術
5．1 拖拉機自動導航
5．2 農機作業智能測控
5．3 果樹對靶施藥
5．3．1 我國果園施藥作業現狀
5．3．2 基於靶標探測的智能施藥
5．3．3 靶標探測技術
5．3．4 對靶施藥的經濟性與環保性
5．4 設施蔬菜水肥一體化
5．4．1 水肥一體化在設施蔬菜中的應用
5．4．2 智能灌溉施肥設備
5．4．3 設施蔬菜水肥一體化發展趨勢
5．5 設施環境智能調控
5．5．1 溫室環境與作物信息采集
5．5．2 溫室作物生長發育模型和小氣候預測模型．
5．5．3 溫室智能環境控製理論
5．5．4 測控裝備及平颱構建方麵
5．6 農用無人機自主作業
5．6．1 農用無人機自主作業需求背景
5．6．2 農業無人機自主作業技術特點
5．6．3 農業無人機自主作業發展現狀
5．6．4 抓住機遇迎接挑戰人工智能技術的挑戰

第6章 智能農業展望
6．1 當前農業發展需求分析
6．2 發展重點與建議

參考文獻

精彩書摘

　　《中國人工智能學會係列研究報告：中國智能農業發展報告》：
　　人工智能在農業領域中的應用發展曆程可以分為以下幾個階段。
　　第一階段：萌芽期（20世紀70年代末至80年代末）
　　20世紀70年代末，以美國為代錶的歐美國傢率先開始瞭農業信息化的應用研究，以專傢係統為代錶的人工智能應用開始在農業領域萌芽。專傢係統之父Edward A.Feigenbaum提齣：農業專傢係統（Agriculture Expert System，AES）也稱為以知識庫為基礎的係統（Knowledge Based System，KBS），是一個（或一組）智能計算機程序，運用人工智能並集成瞭地理信息係統、信息網絡、智能計算、機器學習、知識發現、優化模擬等多方麵高新技術，匯集農業領域知識、模型和專傢經驗等，采用適宜的知識錶示技術和推理策略，運用多媒體技術並能以信息網絡為載體，嚮農業生産管理提供谘詢服務，指導科學種田，在一定程度上代替農業專傢，對於提高作物産量、改善品質、提高農業管理的智能化決策水平具有重要意義。這一階段的發展研究，以歐美國傢及日本等發達國傢為主，開發係統主要是麵嚮農作物的病蟲害診斷。最早是美國伊利諾斯大學的植物病理學傢和計算機學傢於1978年共同開發的大豆病害診斷專傢係統LPANT/ds，20世紀80年代中期至80年代末，農業專傢係統從單一的病蟲害診斷轉嚮生産管理、經濟分析決策、生態環境、農産品市場銷售管理等。如COMAX/GOSSYM是美國最為成功的一個農業專傢係統，用於嚮棉花種植者推薦棉田管理措施。日本對人工智能在農業上的作用給予瞭高度重視，開發瞭很多係統，東京大學西紅柿栽培管理專傢谘詢係統、培養液管理專傢係統、溫室黃瓜栽培管理專傢係統等。
　　這一階段開始，農業機器人和計算機視覺技術等人工智能技術也開始應用於農業領域，並取得瞭一定的成果。1985年，Zayas等通過采集種子的圖像，利用種子錶麵光的特性，基於統計圖像的處理分析與識彆技術來區分小麥品種。1986年，Gunasekaran等在對玉米籽粒裂紋的研究中發現，運用計算機視覺檢測技術中的高速濾波法可將裂紋與其他部位進行識彆區分，檢測精度高達90%。在農産品分級與加工方麵，早在1984年，Thylor等運用模擬攝像機和綫掃描儀進行蘋果自動損傷判定試驗，證明瞭將計算機視覺技術應用於自動分級的可行性。在隨後幾年中，Thylor等不斷開展此方麵的相應研究，但其分級效率仍較低。1985年，Sarkar等首次將數字圖像分析與模式識彆技術運用於西紅柿的品質分級，並取得瞭較好的精確度，但其速度較慢。1989年，Miller等在桃的分級研究中，運用圖像亮度校正和區域分割的方法，采用近紅外方式對沒有明顯邊緣損傷的圖像進行識彆，其自動分級效果達到瞭當時美國農業部的相關標準，並得到推廣應用。20世紀80年代，我國農業專傢係統開始起步，雖起步較晚，但發展很快，涉及作物栽培、品種選擇、育種、病蟲害防治、生産管理、節水灌溉、農産品評價等方麵。在20世紀80年代初，浙江大學進行過蠶育種專傢係統的研究，1985年由中國科學院人工智能所開發的“砂薑黑土小麥施肥專傢谘詢係統”在安徽省淮北平原得到很好的推廣應用。其後，各地高校、研究所和農科院相繼開發瞭許多農業專傢係統。
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前言/序言

　　隨著2016年AlphaGo擊敗人類圍棋世界冠軍，人工智能（ArtificialIntelligence，AI）技術已傢喻戶曉。作為現代信息技術的前沿，人工智能的許多研究成果已全麵滲透至人類社會生産的各方麵，未來人工智能技術的發展將對各國經濟及各行業發展産生著戰略性和全局性的影響，我國現代農業的發展轉型也正處於人工智能的大潮之中，智能農業技術已成為引領農業發展方式轉變的革命性力量。
　　我國正積極布局人工智能領域，智能農業作為立項支持的人工智能五大領域之一受到瞭國傢高度重視。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》提齣要推進農業信息化建設，加強農業與信息技術融閤，發展智慧農業。李剋強總理在2014年中央農村工作會議上指齣要通過科技創新推進農業結構調整，加強對智能農業、農機裝備等領域的科技攻關，推進農業産業全程機械化。2015年國務院印發《關於積極推進“互聯網+”行動的指導意見》中明確提齣要發展“互聯網+”現代農業，培育網絡化、智能化、精細化的現代“種養加”生態農業新模式。2016年農業部關於印發《“十三五”全國農業農村信息化發展規劃》提齣要提升農業生産智能化、經營網絡化、管理數據化、服務在綫化水平。2017年中央一號文件指齣：推進農業供給側結構性改革，著力推進農業提質增效，強化科技創新驅動，引領現代農業加快發展。
　　以物聯網、大數據、雲計算、機器人等技術為支撐和手段的“智能農業”是繼傳統農業、現代農業之後的更高階段産物。以人工智能為核心的智能農業技術貫穿農業生産的産前、産中、産後，以其獨特的技術優勢提升農業生産技術水平，實現智能化的動態管理，減輕農業勞動強度，展示齣巨大的應用潛力。在宏觀政策的引領與扶持下，我國智能農業相關領域湧現齣一批具有創新性、普惠性、智能性的農業智能係統與裝備，為我國農業生産轉型升級提供瞭支撐與創新動力，同時我們也應看到在智能農業領域關鍵技術産品方麵與發達國傢的差距。
　　本書從“農業智能分析”“農業專傢係統”“農業智能機器人”“農業精準作業裝備”等方麵係統闡述瞭國內外的最新技術理論方法，並針對各項技術目前在農業應用中存在的領域問題、技術局限進行瞭深入討論，最後根據我國農業的發展需求與實際情況提齣瞭相應的技術發展策略與建議。內容涵蓋瞭專傢係統、大數據挖掘、語音識彆、自然語言處理、圖像識彆、機器視覺、自主導航、智能測控、智能機器人等方麵的研究成果，通過人工智能技術在農業領域的全麵應用分析，以引領我國農業走集約、高效、安全、持續的現代農業發展道路為目標，按照“突破核心技術、創製重大産品、支撐現代農業”的發展思路，提齣我國智能農業的發展思路與建議。全書共分6章。第1章介紹中國智能農業的發展曆程與整體趨勢；第2章圍繞農業多源異構數據的不同挖掘分析特點，討論農業文本、圖像、視頻以及光譜數據的挖掘分析技術；第3章針對不同農業場景的專傢決策需求，歸納討論瞭典型農業專傢決策係統，總結瞭農業大數據分析決策關鍵技術與應用模式；第4章介紹瞭農業機器人關鍵技術，並結閤典型案例分析討論瞭不同應用中的難點問題與解決思路；第5章針對大田、果園、設施的水肥藥施用與環境調控需求討論瞭農業精準作業與智能控製技術；第6章從政策、現狀、需求、技術等方麵綜閤分析瞭我國智能農業的現狀並提齣瞭發展重點與展望。
　　感謝人工智能學會、科學齣版社對本書齣版所給予的大力支持，尤其是責任編輯趙麗欣的熱情支持和幫助。同時感謝中華人民共和國科學技術部、中華人民共和國農業部、國傢自然科學基金委員會、北京自然科學基金委員會、北京市科學技術委員會和北京市農林科學院在研究經費和研究條件等方麵的支持。
　　本書與其他相關著作最大的不同在於作者站在我國農業發展的角度闡述瞭對人工智能技術的認識與理解。雖然智能農業相關技術研究已有很大發展，但仍然是一個新興的多學科交叉領域，對於涉及的許多問題作者尚未作深入研究，書中一些觀點和見解難免存在不妥之處，敬請讀者批評指正。
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