农业AI与大模型

比较CNN（经典基线）、量子支持向量分类器与变分量子分类器（VQC）在航拍田间作物-杂草区分任务中的表现。CNN测试峰值准确率约94%，QML为85%-89%；CNN推理速度约10ms/图像，量子模型为数百毫秒；QML模型可训练参数仅数十到上百个，远低于CNN的百万级。结论：经典深度学习仍是当前最可靠方案，QML随硬件/算法进步有望加速追赶。

种子活力是种子质量与发芽潜力的关键指标,传统活力检测方法如四唑染色具有破坏性且需3-7天高强度人工操作,成为大规模播前筛选的关键瓶颈。本研究提出SeedFocusNet,集成浅层特征提取模块与基于Focal Loss的分类骨干网络,旨在增强对难以区分的高活力种子的识别。超参数通过Optuna框架结合贝叶斯优化在验证集上自动优化,ResNet50被选为最优架构。在测试集上对高活力种子识别的精确率达到74.39%,召回率达到54.46%。温室出苗实验进一步验证了SeedFocusNet筛选出的种子在同一品种内不同储藏时长下均表现出更高的出苗率。

中国作者团队发布1 亿参数红外光谱基础模型 UltraIR,基于约 6,000 万模拟光谱预训练并融合谱图重建、分子指纹对齐与官能团预测;在官能团预测、混合物定量、细菌分类、药材产地鉴别、微塑料分类及土壤属性预测等任务上均超越传统机器学习与任务专用深度学习,少样本与跨实验室零样本迁移能力显著,为农业土壤属性检测、药材溯源与农产品品质化学感知提供数据高效新路径。[预印本,未经同行评审]

为破解当前我国数农融合不充分与区域发展不平衡难题,文章基于企业工商登记数据,从数农融合规模与渗透率两个维度构建数农融合发展水平评价指标体系,采用CRITIC法测度我国2000-2023年31个省份的数农融合发展水平,运用核密度估计、Dagum基尼系数、随机森林模型、SHAP方法等分析数农融合发展水平的区域差异及关键影响因素。研究发现我国数农融合水平持续上升且增速逐步加快,东部地区领先、西部地区相对偏低。邮政业务总量、农村人力资本、农林牧渔业总产值及财政涉农支出占比对数农融合发展水平具有显著正向影响。

茶叶栽培到品质评估的计算机视觉综述。全面比较视觉技术(RGB、高光谱、近红外、热成像、LiDAR、UAV)并建立任务导向的算法选择框架。小样本或近线性问题传统机器学习(SVM、PLSR)依然有效;非结构化田间任务深度学习表现优越:害虫检测准确率超97%,茶芽RGB图像检测96.8%,高光谱预测氮含量R²>0.90、茶多酚R²高达0.925。算法选择需进一步按任务粒度区分:轻量级CNN平衡边缘部署速度与精度(16fps);YOLO系列检测器在移动平台实现实时定位(93.1%准确率、24ms/目标)。

基于低空UAV RGB影像的作物物候期深度学习自动分类研究。利用11,489张向日葵、油菜、大豆、小麦和大麦图像,基于BBCH量表标注,采用预训练ResNet18通过迁移学习适应任务。两阶段训练:先冻结骨干优化分类头,再微调整个网络。油菜和大麦测试准确率100%,其他作物均超过99%,平均准确率达99.73%。结果支持低空UAV影像与深度学习在精准农业中选择性区域物候评估的潜力,但广泛部署需要跨独立田块、季节、地区和调查条件的验证。

Foggia 大学、Barid 大学研究团队开展 PRISMA 2020 流程的系统综述,从 18731 篇文献中筛选 56 篇一手研究(42 篇带定量结果),重点覆盖精准作物管理、精准畜牧、土壤水管理、自主农业系统四类操作域。综述指出:控制条件数据集上的高性能在外部、时序或跨地点验证时常常难以保持。以一项广为引用的基准为例,病害分类准确率在保留实验室图像上 >99%,但在同类的实地采集图像上仅 31.4%。综述建议下一个阶段的农业 AI 应以野外真实性、可复现性、部署成熟度与实际效用而非孤立基准分评判。

山西农业大学研究团队开发ALSDet人工智能工具,用于在苹果叶病(如苹果锈病、蛙眼叶病)扩散前发现,集成多阶段全局上下文模块基于ResNet-50架构。用扩张卷积替代关键阶段的3×3卷积,扩大AI视野,多尺度训练策略与在线难例挖掘迫使模型专注于最难案例。ALSDet实现mAP 65.6%和平均召回率(AR)71.2%,优于YOLOv8、Faster R-CNN、RetinaNet;对于锈病和蛙眼叶病,模型识别受影响叶片精度超过87%。这意味着更早的干预、针对性的喷施和减少浪费,在苹果生产数十亿美元产业显著提高效率。原文标题:ALSDet Deep Learning Apple Leaf Disease Detection,发表于Frontiers in Plant Science 2026-08-08,作者:山西农业大学软件技术学院Xulu Gong(通讯)。

本文系统综述双目立体视觉在农业应用中的最新进展,涵盖系统架构、传统与基于深度学习的立体匹配方法、点云重建技术及新兴的3D高斯溅射等监督策略。综述总结了关键应用,包括高通量表型分析、果实定位与机器人采摘、杂草检测与精准喷施、自主导航以及畜禽体况评估,突出其在多任务农业感知系统中的作用。论文还讨论了低纹理匹配困难、复杂环境中的遮挡、跨域泛化、实时轻量化部署及有限数据集可用性等主要挑战,并展望基于基础模型的视觉感知、自监督与弱监督学习、多模态融合及边缘高效模型设计的未来方向。原文标题:Advances in Binocular Stereo Vision-Driven 3D Perception and Intelligent Analysis Methods for Agriculture,作者:江苏大学Ye R、Wang J、Kong Z、Ou M,发表于MDPI Applied Sciences 2026年第16卷第16期7957。

本文对YOLOv5、YOLOv8、YOLO11、YOLO26、Faster R-CNN、RT-DETR六种目标检测模型在尼日利亚农场实地采集的真实世界数据集AgriAISeg 1(3382张芝麻、卷心菜、番茄图像)上进行比较,涵盖不同光照、遮挡和视角条件。结果显示RT-DETR整体表现最优,精度0.768、[email protected]:0.95达0.624;YOLOv8和YOLO11表现稳定强劲;Faster R-CNN精度显著较低,[email protected]仅0.466,YOLO系模型训练效率优于Faster R-CNN。研究表明,现代单阶段和基于Transformer的检测器在真实世界农业环境中提供更可靠、高效的植物检测解决方案。原文标题:A Comparative Evaluation of Deep Learning Object Detection Models on a Real-World Multi-Plant Dataset from Africa,作者:Ismail Ismail Tijjani等8人,arXiv:2608.11053,2026年8月11日提交。

本文提出自适应广义回归深度卷积强化学习(AGR-DCRL)模型,用于智慧精确农业作物产量预测。模型由输入层、卷积层、池化层和密集层组成,IoT技术采集天气、土壤、农药使用数据。在卷积层,采用加权局部相似性插补和广义Tietjen-Moore检验进行缺失值处理和异常值检测;在池化层,采用Camargo自适应多样性指数进行特征选择;在密集层,通过多项式逻辑回归进行产量预测,采用softmax激活函数生成多类预测结果。实验结果表明,AGR-DCRL模型相比传统深度学习方法准确率提高4%,误差率降低69%,预测时间快20%。原文标题:Adaptive generalized regressive deep convolutional reinforcement learning for crop yield prediction in smart precision farming,作者:Preethi P、Devadas R M,适用于大规模产量预测数据集。

本文系统综述了2015-2025年期间208篇垂直农业(VF)同行评审研究,探讨AI、ML与IoT如何重塑VF生态系统,聚焦计算机视觉病害识别、作物生长与产量预测、智能气候控制、精准营养与灌溉管理。综述涵盖CNN、随机森林、XGBoost、LSTM等算法在水培、气培、鱼菜共生系统中的性能,以及多传感器网络IoT架构、边-云计算与自动化控制系统。商业农场展示出资源效率提升与供应链缩短,但仍面临能耗(LED占40%-60%成本)、高初始投资、数据集分散、实地验证不足等挑战;许多>95%的高精度来自实验室条件。原文标题:Application of Artificial Intelligence and Machine Learning in Vertical Farming: A Comprehensive Review,作者:Kim M Y、Park G、Seo C H(韩国公州国立大学),发表在MDPI Sustainability 2026年第18卷第16期8261。

《农业工程学报》2026年第42卷第9期刊载华中师范大学等单位杨子恒、胡琼、吴尚岐、徐保东、蔡志文论文。DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202510247。研究基于多源中、高分辨率遥感数据和深度学习语义分割算法,自动提取农田地块与道路等基础设施的空间分布信息,结合数字高程模型与水旱分布数据,从地块形状、规模、平整度以及道路通达度4个维度建立综合评价体系,以当阳市为研究区域。结果:语义分割模型农田地块与道路面积准确度分别达到0.92和0.79,边界匹配度0.85和0.86;研究区宜机化良好农田面积占比达67.3%,丘陵山区乡镇普遍面临道路通达度不足与地块平整度较差问题。

基于陕西、贵州、四川三省10057名猕猴桃种植户的微观调查数据,西安建筑科技大学向雯与西北农林大学高建中等于Sustainability发表论文。以农户对低碳农业技术的初始与持续采纳为因变量,构建涵盖数字接入、数字获取、数字处理和数字共享4个维度的数字能力综合评价体系。比较Lasso回归、极端梯度提升、随机森林和反向传播神经网络等多种实证模型,结果显示随机森林模型表现最优。采用SHAP方法定量评估各变量边际贡献,研究发现农户数字能力显著正向促进低碳农业技术的初始与持续采纳,且具有明显的维度异质性:数字接入和获取能力是初始采纳的核心驱动因素,数字处理和共享能力对持续采纳起决定性作用。

中国农业大学黄晨晓、何林然、黄文涛、张晓绚等于Sensors发表TMAF-YOLO模型——基于YOLOv8n的轻量化番茄成熟度与缺陷果实检测模型,隶属中国农业大学120周年校庆专刊。该模型以LGhostConv替换选定卷积结构减少冗余计算;引入番茄成熟度感知聚合融合模块TMAF增强检测分支的颜色、纹理和局部结构特征表示能力;使用MA-CB Focal Loss改善类别不平衡和难样本条件下的学习。实验结果显示,Precision、Recall、mAP50和mAP50-95分别达到0.889、0.873、0.954和0.776,模型仅含2.647M参数,推理速度209.030 FPS,优于YOLOv11n和YOLOv12n,同时保持实时推理性能。

河南农业大学豆根生、王开元、秦兆辉为共同第一作者,豆根生、李俊周、陈震为共同通讯作者,在Molecular Plant发表PlantPTM——首个覆盖水稻、小麦、玉米等多种植物、支持多类翻译后修饰(PTM)的植物专有深度学习预测工具。在独立测试集上,PlantPTM在9种PTM类型的平均AUROC达0.8640,其中N-糖基化位点预测AUROC最高达0.9699。与25种现有预测工具对比,在所有PTM类型上均显著优于已有方法,AUROC提升2.90%-19.08%,平均提升15.46%。留一物种交叉验证显示,即使完全排除拟南芥或水稻等数据丰富物种参与训练,模型在未见物种上的AUROC仍稳定在0.8以上。

许佳彬、秦亚茹、温浩洋、仇焕广、崔钊达在《智慧农业(中英文)》2026年第3期发表《数字技术能提升粮食生产韧性吗?——基于双重机器学习的因果推断》论文。研究聚焦数字技术对粮食生产韧性的因果效应,基于中国省级面板数据,运用双重机器学习(DML)方法有效解决高维控制变量与潜在混杂问题,准确估计数字技术对粮食生产韧性的处理效应。研究发现,数字技术显著提升粮食生产韧性,主要通过要素重组效应、数据要素与传统生产要素的协同配置等中介机制实现;数字技术的赋能效应呈现区域异质性,在粮食主产区和数字基础设施较好的地区效应更为显著。基于研究结论,建议构建数字农业社会化服务新体系,依托数字平台的规模效应,有效弥合小农户与现代农业之间的数字鸿沟,推动粮食生产韧性持续提升。

针对水稻田间病虫害监测效率低、施药粗放等问题,文章提出一种改进YOLO模型与无人机组群协同的一体化解决方案。研究通过引入CBAM注意力机制、优化特征融合结构及改进损失函数,提升复杂背景下小目标病虫害检测精度;构建基于栅格划分的无人机组群监测系统,结合5G通信实现田间实时数据传输与智能决策。研究将传统粗放施药模式升级为基于监测数据的精准靶向施药,有效减少农药使用量与人工成本,显著提升防治效率和作业精度,为水稻病虫害智能监测与精准施药提供一体化技术方案,推动植保作业向智能化、精准化方向转型升级。

2026年8月5日《Frontiers in Plant Science》上线的研究提出PestRefineDet——一种基于深度学习的精准害虫检测与分类框架,将DenseNet-41与RefineDet集成。DenseNet-41作为骨干网络通过密集连接增强特征提取,有效学习细粒度害虫特征,提取的特征由单阶段RefineDet框架处理实现害虫同时定位与分类。该框架在具有挑战性的IP102基准数据集上评估,实现平均精度([email protected])83.61%,在保持计算效率的同时提供对多种害虫物种的准确定位与可靠分类,为自动化农业害虫监测提供前景广阔的解决方案,有望支持智能和可持续害虫管理应用。

为降低农业病虫害识别深度学习部署的专家标注成本,文章提出三层主动学习框架:动态原型记忆通过动量指数滑动平均保持稳定类别表征;上下文感知样本选择采用神经上下文老虎机动态调整分支组合比例;类别平衡评分通过逆频加权在选择阶段直接优先关注少数类。在IP06(害虫)和Natural CW-10(杂草)数据集上,框架在90%数据可用率下分别取得83.36%和85.07%的准确率,在20%低数据可用率下较最强基线分别领先4.12和2.68个百分点。结合GAN增强数据后,IP06上准确率提升至84.91%,Natural CW-10上提升至86.42%,证明主动学习与生成式AI在智能农业中的互补价值。