如何理解農(nóng)業(yè)元宇宙

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展

在理解農(nóng)業(yè)元宇宙之前，我們先得了解現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。在人類社會(huì)幾千年的發(fā)展過程中，農(nóng)業(yè)一直以來都是處于核心地位，是一切生產(chǎn)發(fā)展要素的源泉。但是在工業(yè)革命之前農(nóng)業(yè)本身的發(fā)展與技術(shù)革新一直處于一個(gè)平緩期，從第一次工業(yè)革命之后開始農(nóng)業(yè)也隨著工業(yè)革命的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)而進(jìn)行一次次的迭代、技術(shù)革命。

在20世紀(jì)初期，歐美率先將工業(yè)領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，美國(guó)及大部分西歐國(guó)家以及亞洲的日本等區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了農(nóng)業(yè)的第一次革命，即農(nóng)業(yè)機(jī)械化的廣泛使用。與此同時(shí)進(jìn)行的是工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展。在20世紀(jì)中葉隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，北美、西歐的大部分國(guó)家同步實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化。而在此過程中，農(nóng)業(yè)的化學(xué)生物科技化研究一直沒有停息，到20世紀(jì)后半葉，全世界范圍內(nèi)已廣泛使用化肥農(nóng)藥及相關(guān)農(nóng)業(yè)生物科技進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，大大提高了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)量，降低了一些在以前看來是人力不可改變的病蟲害，人為加速了作物本身的自然進(jìn)化。

每一次工業(yè)革命的成果，應(yīng)用的范圍極其廣泛，而農(nóng)業(yè)既是工業(yè)革命成果的重要應(yīng)用場(chǎng)景，也是工業(yè)革命的技術(shù)起因動(dòng)機(jī)。所以，在當(dāng)下工業(yè)4.0的大背景下，尤其是當(dāng)下元宇宙的概念飛速進(jìn)化的環(huán)境中，我們應(yīng)該如何去理解農(nóng)業(yè)元宇宙是很有必要也很重要的。元宇宙的形成基于海量的數(shù)據(jù)，以及諸多的展現(xiàn)形態(tài)，可謂包羅萬(wàn)象。那么我們應(yīng)該首先理解農(nóng)業(yè)的數(shù)字化升級(jí)。

數(shù)字農(nóng)業(yè)的三端

數(shù)字農(nóng)業(yè)目前市場(chǎng)分為三個(gè)層面。

第一是市場(chǎng)生態(tài)端數(shù)字化，主要是電商、溯源系統(tǒng)、冷鏈運(yùn)輸、植物二維碼知識(shí)庫(kù)、農(nóng)產(chǎn)品規(guī)格標(biāo)號(hào)尺寸數(shù)字化及將農(nóng)產(chǎn)品送到消費(fèi)者手中的平臺(tái)，以及農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)者喜好、市場(chǎng)偏好等數(shù)字化等。相當(dāng)于幫助農(nóng)戶將產(chǎn)品與消費(fèi)者通過數(shù)字化平臺(tái)連接起來，將新鮮的產(chǎn)品送到消費(fèi)者的手中。

第二是平臺(tái)端數(shù)字化，主要是針對(duì)縣域或者設(shè)定區(qū)域的基本農(nóng)田進(jìn)行管理統(tǒng)計(jì)，水果蔬菜糧食種植的數(shù)據(jù)管理，農(nóng)資、保險(xiǎn)、貸款、自然災(zāi)害、病蟲害等數(shù)字化管理平臺(tái)，數(shù)據(jù)展示顯示、領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙操作、遙感數(shù)據(jù)等。在政府層面可以鏈接“一網(wǎng)統(tǒng)管”之類的政府管理平臺(tái)，如以下平臺(tái)展示系統(tǒng)：

第三是生產(chǎn)端數(shù)字化，主要是涵蓋土壤溫度、濕度、PH值、EC值、各種磷鉀氮肥力等數(shù)據(jù)，空氣大氣壓、溫度濕度、PM2.5等數(shù)據(jù)，種植地域氣象數(shù)據(jù)，尤其是未來晴雨溫度等，以及植物本身的病蟲害、長(zhǎng)勢(shì)、通過葉面反應(yīng)的水分飽和度，肥力缺失度等數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行采集后傳輸至云端綜合植物AI模型實(shí)時(shí)云計(jì)算，然后得出精準(zhǔn)的種植決策，并讓相應(yīng)電控設(shè)備進(jìn)行智能化精準(zhǔn)作業(yè)。主要以達(dá)到生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的降本增效、降低能耗為目的。

數(shù)字農(nóng)業(yè)的閉環(huán)鏈路系統(tǒng)

我們知道AI的算法要落地具備生產(chǎn)價(jià)值，需要強(qiáng)大的算力支撐，而強(qiáng)大的算力需要海量的數(shù)據(jù)去喂養(yǎng)（此處提到的算力并非硬件的計(jì)算能力），海量的數(shù)據(jù)又需要硬件或者實(shí)物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

首先，生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的上述各種土壤空氣植物本身的數(shù)據(jù)采集需要傳感器。

其次，傳感器拿到數(shù)據(jù)之后需要通過有線或無線的方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，但農(nóng)業(yè)種植場(chǎng)景和城市環(huán)境工業(yè)環(huán)境全然不同，基本只能采取無線通信的方式進(jìn)行。

另外，云端最核心的AI綜合計(jì)算，包括傳感器的數(shù)據(jù)，基于先輩種植經(jīng)驗(yàn)或者農(nóng)科院專家的植物生長(zhǎng)模型、人為對(duì)植物生長(zhǎng)的偏好（比如有的人希望增加糖分而少澆水），以及市場(chǎng)端導(dǎo)入的農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)者及市場(chǎng)偏好數(shù)據(jù)，或平臺(tái)端導(dǎo)入的市場(chǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)等。

最后是AI綜合計(jì)算后得到的種植決策，這里的核心問題之一是，種植決策必須要有IoT設(shè)備進(jìn)行執(zhí)行，傳統(tǒng)設(shè)備或者人力無法達(dá)到AI決策精準(zhǔn)執(zhí)行的要求，所以電控設(shè)備本身的IoT化及決策下達(dá)到應(yīng)用場(chǎng)景的通信系統(tǒng)都是至關(guān)重要的。形成一套農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化閉環(huán)鏈路系統(tǒng)，以上因素缺一不可，或者說缺少的部分會(huì)導(dǎo)致整體功能大打折扣。

農(nóng)業(yè)元宇宙的要素

基于AIoT的農(nóng)業(yè)全鏈路數(shù)字化，在系統(tǒng)中具備元宇宙對(duì)應(yīng)的幾要素包括數(shù)字身份，開放性、即時(shí)性等。

首先是確立包括農(nóng)業(yè)種植環(huán)境中的上述各種環(huán)境數(shù)據(jù)，植物本身的多維度的數(shù)字身份。這里所提及的多維度就包含土壤溫度濕度PH磷鉀氮、重金屬含量環(huán)境空氣質(zhì)量等指標(biāo)，在眾多企業(yè)做數(shù)字農(nóng)業(yè)落地產(chǎn)業(yè)中，很多偏重于軟件的研發(fā)，數(shù)字來源這一重要板塊反而忽略了。

數(shù)字來源更多的是基于硬件的數(shù)據(jù)采集以及“人”產(chǎn)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。拿滴翠智能目前采取的解決方案，首先是解決傳感器、電控設(shè)備、“人”的數(shù)據(jù)采集通信問題，通過自主研發(fā)自主通信協(xié)議的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)上采取無線的北斗短報(bào)文、4G/5G等常規(guī)無線方式，最關(guān)鍵的網(wǎng)下采取LoRa無線組網(wǎng)方式，使得從網(wǎng)關(guān)網(wǎng)下的各種傳感器、電控設(shè)備等全部進(jìn)行無線組網(wǎng)數(shù)據(jù)即時(shí)獲取。

這里重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是，在中國(guó)廣袤的農(nóng)業(yè)大田平原種植地帶，是無法使用有線布局的（架設(shè)廣域網(wǎng)通信基站更不現(xiàn)實(shí)），一方面布局成本高，另外是在耕種過程中機(jī)械對(duì)有線的損壞時(shí)有發(fā)生導(dǎo)致維護(hù)成本極高。那么無線可選方式就有WiFi、藍(lán)牙、zigbee、sigfox、LoRa等，總體從通信功耗、距離、荷載、穩(wěn)定性、安全性綜合考量LoRa實(shí)際上是唯一的選擇。

一般情況從網(wǎng)關(guān)到子節(jié)點(diǎn)通信距離需要達(dá)到2km，普通干電池維持通信+傳感器放電或者電磁閥等電控設(shè)備用電需要達(dá)到2年（最少一年）以上。那么通信問題解決后，從傳感器上行數(shù)據(jù)的問題解決了，電控設(shè)備命令的下達(dá)解決了，這也就實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)分析到數(shù)據(jù)執(zhí)行，再?gòu)膱?zhí)行反饋到云端的數(shù)據(jù)閉環(huán)，從而也實(shí)現(xiàn) 了農(nóng)業(yè)的全鏈路數(shù)據(jù)化。

另外是融入市場(chǎng)平臺(tái)端的數(shù)據(jù)來指導(dǎo)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，原本與市場(chǎng)相隔甚遠(yuǎn)的種植場(chǎng)景，田間地頭，冷鏈物流，將在元宇宙中變成隨時(shí)隨地可以參與和融入其中。我們通過人這一端的入口，直接對(duì)接種植場(chǎng)景的植物，可以按照自己的喜好和需求進(jìn)行訂購(gòu)或者認(rèn)領(lǐng)以及成熟之后的冷鏈物流對(duì)接。

從播種到吃到嘴里全程開發(fā)全程隨時(shí)隨地的參與，元宇宙農(nóng)業(yè)更像一種同植物的社交、同農(nóng)民同種植場(chǎng)景的社交，可以同步它的成長(zhǎng)過程，隨時(shí)采收。有了市場(chǎng)端的參與，農(nóng)產(chǎn)品核心價(jià)值及周邊價(jià)值的數(shù)字資產(chǎn)，周邊價(jià)值包括植物碳匯、獨(dú)特植物觀賞價(jià)值（變種蘭花）等等，這一切直接依托于元宇宙大系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行系統(tǒng)。

農(nóng)業(yè)元宇宙的價(jià)值

科技服務(wù)與農(nóng)業(yè)的核心價(jià)值首先是降本增效降低能耗，其次是市場(chǎng)規(guī)劃管理，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃，配套服務(wù)設(shè)施跟進(jìn)等，再次是利于環(huán)境可持續(xù)發(fā)展、利于作物本身趨近于人類需求的進(jìn)化等。

1、通過元宇宙的龐大數(shù)據(jù)綜合計(jì)算后，精準(zhǔn)作業(yè)使植物始終處于最佳生長(zhǎng)狀態(tài)，在設(shè)施農(nóng)業(yè)種植場(chǎng)景應(yīng)用中最高可提升30%作物產(chǎn)量（農(nóng)科院驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）；

2、因?yàn)樗实雀鞣N生產(chǎn)要素的精準(zhǔn)化，以及根據(jù)市場(chǎng)需求和科學(xué)的管理規(guī)劃，達(dá)到能耗方案最優(yōu)化，大大降低能耗，最多可以高達(dá)50%；

3、機(jī)械的全自動(dòng)化作業(yè)，包括行動(dòng)自動(dòng)化、決策自動(dòng)化，大大降低勞動(dòng)力成本及技術(shù)指導(dǎo)成本，也是降低成本的最主要的方式；

4、部分封閉式種植場(chǎng)景，種植高效吸收二氧化碳作物，同時(shí)產(chǎn)出植物用于碳纖維制造、植物蛋白提取等，數(shù)據(jù)化可創(chuàng)造高額碳匯；

5、通過元宇宙、數(shù)字孿生建模后的數(shù)據(jù)頻譜分析，可以歸納種植經(jīng)驗(yàn)，可以預(yù)測(cè)產(chǎn)量，預(yù)防病蟲害，提高植物種植的可控性；

6、通過綜合要素預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的自然災(zāi)害，盡可能的提前做出防范措施，將損失降到最低；

7、通過元宇宙建立植物數(shù)字孿生系統(tǒng)，找到植物最佳的進(jìn)化途徑，指導(dǎo)植物種子基因工程的研發(fā)，人為的合理的加速植物的自然進(jìn)化；

8、保存最佳種植決策方案，累積海量的數(shù)據(jù)，最終讓植物生長(zhǎng)方式無限趨近于自然最優(yōu)；

9、根據(jù)市場(chǎng)規(guī)劃及人類偏好，以及國(guó)家政策指引，做出適應(yīng)市場(chǎng)需求的最合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，即按需生產(chǎn)，對(duì)于保存農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最優(yōu)匹配方式，不冗余，不缺少。這對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的價(jià)值（價(jià)格）穩(wěn)定性，保存生產(chǎn)積極性有著極大的意義；

10、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的價(jià)值均衡化，使用價(jià)值決定價(jià)值，價(jià)值決定價(jià)格，而市場(chǎng)供求信息滯后性導(dǎo)致的價(jià)值價(jià)格不匹配性是社會(huì)化中不可避免的，但是基于元宇宙的區(qū)塊鏈運(yùn)行方式，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造的價(jià)值合理對(duì)應(yīng)匹配，以NFT方式進(jìn)行運(yùn)行，那么農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的市場(chǎng)價(jià)值將會(huì)趨近于前所未有的穩(wěn)定性和合理性。

當(dāng)然，元宇宙可探索空間仍然無限巨大，我們堅(jiān)信在未來還會(huì)創(chuàng)造更多的無法估量的價(jià)值。

農(nóng)業(yè)是民生之本，尤其是本次上海疫情或許很多不識(shí)五谷的城市人對(duì)農(nóng)業(yè)應(yīng)該有了更深刻的認(rèn)識(shí)。主糧、核心肉類等農(nóng)產(chǎn)品更是政策性、戰(zhàn)略性范疇。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)周期漫長(zhǎng)，春天決定了秋天的產(chǎn)量，但是春天卻決定不了秋天的市場(chǎng)。這也是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要的市場(chǎng)因素。

許多果農(nóng)、養(yǎng)殖場(chǎng)主在價(jià)格高位的時(shí)候大力投入，然而亞當(dāng)斯密的波浪定律不是每一個(gè)農(nóng)民都能夠掌握的，而后造成的供過于求或者供不應(yīng)求（或者市場(chǎng)本身對(duì)產(chǎn)品的喜好也產(chǎn)生影響，有的水果市場(chǎng)需求也是具有周期性地域性季節(jié)性的），進(jìn)而造成的巨額虧損又減少投入等……這樣的事情屢見不鮮。而土壤的周期性，會(huì)讓所有人應(yīng)接不暇，比如今年種植西瓜的土壤，后面2-3年需要種植綠肥類作物進(jìn)行修復(fù)，完全趕不上市場(chǎng)變化的節(jié)奏。

而元宇宙中其中一個(gè)功能是根據(jù)市場(chǎng)需求而進(jìn)行訂單式認(rèn)領(lǐng)式種植。當(dāng)元宇宙中的虛擬人云游到某農(nóng)場(chǎng)后，可以根據(jù)自己的喜好，對(duì)食物蔬菜水果的需求自行下單采購(gòu)種植。對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)物理世界同虛擬數(shù)據(jù)世界一一匹配，生產(chǎn)的環(huán)節(jié)自動(dòng)進(jìn)行，種植產(chǎn)生的價(jià)值同需求收取的價(jià)值一一對(duì)等，所有農(nóng)產(chǎn)品、種植生產(chǎn)資料、物流系統(tǒng)、均非同質(zhì)化貨幣等量對(duì)應(yīng)，這是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一次市場(chǎng)價(jià)值上的巨大革命。

農(nóng)業(yè)元宇宙AI算法的三個(gè)層面

第一是針對(duì)植物本身的視覺識(shí)別AI算法，包括針對(duì)植物本身的監(jiān)控植物數(shù)量、生長(zhǎng)狀態(tài)，對(duì)不符合該植物生長(zhǎng)走勢(shì)的植株做預(yù)警提醒。其中長(zhǎng)勢(shì)階段的數(shù)據(jù)尤為重要，因?yàn)橹参锇l(fā)芽、育苗、開花、結(jié)果、打漿、成熟等階段的營(yíng)養(yǎng)需求都有較大的差別。這是所有計(jì)算環(huán)境都需要參照和遵循的數(shù)據(jù)。然后是識(shí)別植物的病變部分和病變部位、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、識(shí)別病蟲害、有害生物，對(duì)病蟲害、 動(dòng)物入侵發(fā)出警示、生物入侵識(shí)別預(yù)警。目前可行的最佳方式便是通過圖片識(shí)別技術(shù)，即首先建立植物的基礎(chǔ)模型，然后通過攝像頭進(jìn)行圖片采集，再通過GPU或者云主機(jī)進(jìn)行分析比對(duì)，最終得出的結(jié)果導(dǎo)入第二層面的算法平臺(tái)。

第二是基于第一算法層面數(shù)據(jù)，再結(jié)合上述種植環(huán)境的土壤、空氣、氣象、人為規(guī)定的喜好、市場(chǎng)情況、電控設(shè)備情況等數(shù)據(jù)的勾稽關(guān)系綜合計(jì)算。比如當(dāng)玉米發(fā)生銹斑病后，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)下溫度是否不高于35攝氏度不低于零攝氏度，未來2小時(shí)內(nèi)是否降雨，以及水肥一體機(jī)內(nèi)“苯甲吡唑酯”藥水箱液位等等諸多數(shù)據(jù)后，進(jìn)行對(duì)應(yīng)電磁閥、水泵開關(guān)，病蟲害治理等系列操作。或者根據(jù)元宇宙內(nèi)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)某個(gè)溫度、濕度，或某個(gè)土壤元素變化到某種程度的情況下，可能出現(xiàn)銹斑病，那么就直接通過對(duì)形成銹斑病的必要條件進(jìn)行切割，以遏制病毒的可能發(fā)生。

此應(yīng)用尤其是在設(shè)施農(nóng)業(yè)中十分必要，比如當(dāng)植物方艙內(nèi)植物光譜等關(guān)閉后，必須降低根部濕度，同時(shí)必須降低二氧化碳濃度，增加氧氣濃度，否則很短時(shí)間便會(huì)有灰霉病出現(xiàn)，這一切的計(jì)算都可以依靠元宇宙系統(tǒng)精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，反之利用非元宇宙技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的成本高而精準(zhǔn)度低，且植物細(xì)胞損傷往往具有不可逆性，造成損傷后是很難進(jìn)行修復(fù)和彌補(bǔ)的。

第三個(gè)算法層面是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)和歐幾里得AI算法系統(tǒng)的深層次計(jì)算。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)首先是基于第二層面的作用力，進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選后得出相應(yīng)決策，同時(shí)更重要的作用在于通過廣泛的勞動(dòng)者在種植過程中對(duì)相應(yīng)決策的人為修正。比如西瓜種植在高海拔地區(qū)應(yīng)該少施肥降低膨脹自爆的可能性，反之海南地區(qū)應(yīng)多施肥促進(jìn)成長(zhǎng)。而初始模型的算力有限，全球地形氣候環(huán)境也各不一樣，基礎(chǔ)模型具備后在種植過程中的人工修正是非常重要的一個(gè)因素，可以使得模型能力從10分向99.999分不斷完善，最終無限趨近于科學(xué)種植。

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，更需要?dú)W幾里得算法的支持，當(dāng)然這也是元宇宙核心算法之一，或者說本身歐幾里得四維空間就是元宇宙（注：不是四維時(shí)空，概念問題技術(shù)問題本文暫且不去深入討論）。我們?cè)跉W幾里得四維坐標(biāo)中關(guān)聯(lián)所有上述的數(shù)據(jù)，建立四維空間坐標(biāo)圖，然后設(shè)立無限趨近于產(chǎn)量或者質(zhì)量的點(diǎn)，找到無限反趨向于病蟲害或者其他減產(chǎn)因素的點(diǎn)，該點(diǎn)與坐標(biāo)中任何一條線背后的數(shù)據(jù)都產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，然后再設(shè)立對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)方程，當(dāng)我們確定方程的解后，所有數(shù)據(jù)將進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果即指揮電控設(shè)備執(zhí)行決策。這也是元宇宙中的實(shí)際落地的運(yùn)行方式。

農(nóng)業(yè)在元宇宙中的永恒

再回到元宇宙的本質(zhì)，無論概念怎么去定義，無論是AR/VR/XR或腦機(jī)對(duì)元宇宙的呈現(xiàn)也好，還是電子商務(wù)建設(shè)的虛擬購(gòu)物中心也好，還是數(shù)字城市數(shù)字孿生也好，終究是數(shù)據(jù)的運(yùn)行。目前人類所掌握的實(shí)現(xiàn)這一切的均是數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)運(yùn)行目前都是靠代碼的運(yùn)行。但是這一切又都是依靠電信號(hào)、電磁波的承載傳輸和運(yùn)行。

我們?cè)囍鴷诚胍幌?，植物的生長(zhǎng)光合作用，將無機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，核心的物質(zhì)除開無機(jī)物本身之外，最主要的就是光的能量，而光也是電磁波的一種存在。植物從自然界中生長(zhǎng)再到動(dòng)物或者其他的能量轉(zhuǎn)化，這一切的奧秘猶如夜空中的星辰，深邃迷人。

目前現(xiàn)代農(nóng)業(yè)完成第四次的革命，進(jìn)入元宇宙的世界，產(chǎn)生的價(jià)值已經(jīng)不可估量。我們堅(jiān)信在農(nóng)業(yè)元宇宙的世界里，將會(huì)有浩瀚若現(xiàn)實(shí)宇宙的無盡探索空間，而我們從事農(nóng)業(yè)的人此時(shí)站在時(shí)代的階梯，當(dāng)仰望星空，勇于攀登。

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