分析人工智能在葡萄和葡萄酒產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用前景,職稱論文內(nèi)容摘要：隨著全球經(jīng)濟(jì)和當(dāng)代科技的快速發(fā)展,利用當(dāng)代信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),為葡萄與葡萄酒產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)支撐。本文通過分析國內(nèi)外智能系統(tǒng)在葡萄與葡萄酒產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用案例,為人工智能對葡萄和葡萄酒產(chǎn)業(yè)的支撐、改造和助推發(fā)展進(jìn)行闡述。人工智能已經(jīng)在葡萄栽培管理、品種鑒別、煙霧污染評估、收獲管理、產(chǎn)量估計、釀酒工藝決策、葡萄酒品質(zhì)鑒定與推薦等方面進(jìn)行應(yīng)用。同時,對于人工智能在葡萄和葡萄酒產(chǎn)業(yè)中將來的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析。本文關(guān)鍵詞語：人工智能;葡萄;葡萄酒;釀酒;栽培;品鑒;ApplicationandprospectanalysisofartificialintelligenceingrapeandwineindustryLIUXunjuZHENGZhixinJIUSongtaoXUYanZHANGCaixiSchoolofAgricultureandBiology,ShanghaiJiaoTongUniversityUM-SJTUJointInstitute,ShanghaiJiaoTongUniversityAbstract：Withtherapiddevelopmentofeconomyandscienceandtechnology,usingmoderninformationtechnologytotransformtraditionalindustriesisaninevitabletrendfortheleap-forwardandsustainabledevelopmentofthegrapeandwineindustryeconomy.Thisarticlereviewedtheresearchandapplicationcasesofdomesticandforeignintelligentsystemsinthegrapeandwineindustry,clarifiedtheconceptofartificialintelligence(AI),andsummarizedthecurrentresearchandapplicationofAI.AIhasbeenappliedintheprocessesofgrapecultivationmanagement,varietyidentification,smogpollutionassessment,harvestmanagement,yieldestimation,winemakingprocessdecision,winequalityidentificationandrecommendation.ThefutureofAIingrapeandwineindustrywasfurtheranalyzed.葡萄與葡萄酒的生產(chǎn)是一個傳統(tǒng)的勞動密集型產(chǎn)業(yè),隨著全球人口的老齡化加速發(fā)展,以及當(dāng)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)步帶來的工作與生活方式快速變化,解決勞動力短缺和效率低下、破解生產(chǎn)經(jīng)過的復(fù)雜性、提升流通環(huán)節(jié)和消費(fèi)的智能化,成為葡萄和葡萄酒產(chǎn)業(yè)將來可持續(xù)發(fā)展的宏大挑戰(zhàn)。中國作為亞洲第一大葡萄酒消費(fèi)國,葡萄種植面積現(xiàn)已居全球二。據(jù)國際葡萄與葡萄酒組織(OIV)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,從2000年到2021年,中國的葡萄酒產(chǎn)量從10.50億L上升至13.22億L,比重從全球葡萄酒總產(chǎn)量的3.76%上升至4.80%,并保持緩慢增長。與此同時,中國的葡萄酒進(jìn)口量從0.32億L迅速攀升至6.39億L,比重由全球總進(jìn)口量的0.62%升至6.30%,并保持高速增長。固然中國的葡萄酒出口量起伏波動較大,但僅占全球總出口量的0.06%左右,仍處于極低的水平(圖1)。21世紀(jì)信息技術(shù)飛速發(fā)展,利用當(dāng)代信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),是葡萄與葡萄酒產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的必然趨勢。人工智能(ArtificialIntelligence,AI)通過分析研究人類智能活動的基本規(guī)律,建構(gòu)一套能夠模擬人類思維活動的人工系統(tǒng),進(jìn)而讓機(jī)器智能替代人類完成一些基礎(chǔ)性工作。該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、機(jī)器視覺、人臉辨別、語言辨別、專家系統(tǒng)、自動規(guī)劃、博弈、智能搜索、智能控制、遺傳編程等。知識庫系統(tǒng)(KnowledgeBaseSystem,KBS)在葡萄種植園的監(jiān)管、葡萄酒釀造工藝的完善、葡萄酒品質(zhì)的評價、營銷方式等葡萄酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展上具有廣泛的應(yīng)用前景[1]。KSB僅僅僅是人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合的一個實(shí)例,它幾乎能夠應(yīng)用于葡萄酒產(chǎn)業(yè)的每個階段,從監(jiān)控葡萄園到提高生產(chǎn)效率,再到評價葡萄酒的質(zhì)量與葡萄酒的銷售。1精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與葡萄種植葡萄酒的品質(zhì)很大程度上取決于葡萄原料能否優(yōu)質(zhì),怎樣生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的葡萄就是華而不實(shí)的關(guān)鍵。人工智能系統(tǒng)在葡萄生產(chǎn)中的研究與應(yīng)用比比皆是,從葡萄園栽培管理、品種鑒別、煙霧污染評估,到收獲管理和產(chǎn)量預(yù)測,各種智能系統(tǒng)層出不窮,這表示清楚人工智能技術(shù)在葡萄酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?.1栽培管理圖120002021年中國葡萄酒產(chǎn)量、進(jìn)口量、出口量占全球的比重精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是提高農(nóng)場效率的戰(zhàn)略核心,葡萄的種植也不例外[2]。澳大利亞葡萄酒公司與數(shù)字地球(DigitalGlobe)和ConsiliumTechnology合作開發(fā)了一款農(nóng)業(yè)地理空間人工智能軟件GAIA,它利用人工智能和數(shù)字地球的衛(wèi)星圖像庫,可精到準(zhǔn)確定位和監(jiān)測澳大利亞各個葡萄園的生長狀況。高分辨率衛(wèi)星圖像能提供有關(guān)植物細(xì)胞密度(PCD)和歸一化差異植被指數(shù)(NDVI)的直接信息。深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使GAIA能夠利用這些信息不斷優(yōu)化葡萄的種植方案。它既能夠評估水肥狀態(tài),可以以預(yù)測病蟲害,甚至能夠預(yù)判果實(shí)品質(zhì)。南澳科技公司Ailytic開發(fā)了一種使用規(guī)范分析技術(shù)簡化葡萄酒生產(chǎn)的人工智能軟件,這項人工智能研發(fā)技術(shù)已獲得在阿德萊德(Adelaide)舉辦的2021年葡萄酒行業(yè)影響力獎(WineIndustryImpactAwards)的提名。當(dāng)下,葡萄酒行業(yè)與人工智能方向早已密不可分,在葡萄病蟲害防治中有很多功能強(qiáng)大的系統(tǒng),例如,葡萄白粉病決策系統(tǒng)Dionys,葡萄蠹蛾綜合病害管理專家系統(tǒng)Lobexp,葡萄粉虱病、葡萄霜霉病智能檢測系統(tǒng)均能夠協(xié)助葡萄園管理者進(jìn)行栽培管理和病蟲防治[3,4,5,6]。1.2品種鑒別葡萄品種繁多,肉眼很難區(qū)分,但精細(xì)的算法能夠解決。1989年,Alleweldt和Dettweiler構(gòu)建包含不同葡萄品種葉片、果實(shí)、種子特征的數(shù)據(jù)庫,利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計描繪敘述模型進(jìn)行測驗[7]。而后,人們只需通過比對待測葡萄的圖像,就快速準(zhǔn)確的鑒別葡萄品種信息[8,9]。能夠?qū)?shù)據(jù)庫上傳至網(wǎng)絡(luò)或保存至智能手機(jī)或平板電腦上,但遇見未知品種的葡萄時,用戶只需要拍攝一張照片,在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對就能夠準(zhǔn)確辨別。這一功能類似于微信公眾號識花君,只需要拍攝一張植株的照片,即可自動辨別植株的種類。1.3煙霧污染評估以森林大火附近的葡萄為原料生產(chǎn)的煙霧污染葡萄酒,具有令人不快的煙熏味和皮革味[10]。在生產(chǎn)上要準(zhǔn)確判定哪些葡萄遭到了污染是很困難的,由于它們與未受污染的葡萄差異很小。當(dāng)前,區(qū)分葡萄能否被污染的主要方式方法是借助繁瑣而昂貴的實(shí)驗室分析,但成本昂貴且費(fèi)時費(fèi)力。在人工智能的協(xié)助下,一種搭載了熱紅外成像裝置的無人機(jī)能夠監(jiān)測葡萄樹冠的溫度[11]。紅外熱成像是每個像素都是溫度而不是光的度量圖像。由于煙霧污染會毀壞葡萄樹冠的溫度,因而測量葡萄樹冠的溫度并進(jìn)行分析,就能夠快速判定哪些植物遭到了叢林火災(zāi)的影響,以便剔除這些劣質(zhì)葡萄原料。1.4收獲管理農(nóng)業(yè)是世界工業(yè)的支柱,也是國家經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。因而,農(nóng)業(yè)科學(xué)創(chuàng)新和技術(shù)應(yīng)用已成為支撐當(dāng)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要?dú)饬12]。通常,生產(chǎn)者通過到田間采集葡萄品嘗或化學(xué)檢測(糖分和酸度)來確定葡萄采收時間。2021年,日本軟銀集團(tuán)旗下PSsolutions公司開發(fā)的小型農(nóng)業(yè)傳感器E-Kakashi,不僅能夠記錄空氣和地面溫度、日照和累計溫度等數(shù)據(jù)信息,還能夠分析這些數(shù)據(jù),及時提醒生產(chǎn)者適宜的葡萄收獲時間[13]。E-Kakashi最大的優(yōu)勢是它擁有先進(jìn)的人工智能技術(shù),可將專業(yè)的數(shù)據(jù)分析與生產(chǎn)者的經(jīng)歷體驗相結(jié)合,并通過在葡萄園內(nèi)分散多部傳感器來降低誤差,既可收集分析當(dāng)?shù)仫L(fēng)土環(huán)境的大數(shù)據(jù),也有助于建立不同產(chǎn)地葡萄酒的品牌特性。1.5產(chǎn)量預(yù)測產(chǎn)量信息對任何作物來講都是非常重要的,但由于要考慮的因素過多,例如氣候、病蟲、水肥管理等,要準(zhǔn)確預(yù)測作物的產(chǎn)量并非易事。預(yù)估產(chǎn)量,對于生產(chǎn)者規(guī)劃收獲和物流布置尤為重要。通過人工智能測量的葉片色彩分布、每株葡萄的穗數(shù)、每穗漿果的數(shù)量和漿果的重量等生長指標(biāo),然后將其推廣到整個園地,能夠快速預(yù)測大致的產(chǎn)量[14]。除此之外,從特定的葡萄園獲取歷史數(shù)據(jù),如土壤數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、氣象信息和每個季度的實(shí)際產(chǎn)量,將其輸入機(jī)器學(xué)習(xí)模型中,能夠從生長的早期階段預(yù)測下一個階段的產(chǎn)量。除此之外,人工智能還能夠預(yù)測當(dāng)年釀酒所需的材料和成本。只要統(tǒng)計分析歷年的葡萄產(chǎn)量、氣候、人力財力開銷等數(shù)據(jù),建立適宜的模型進(jìn)而進(jìn)行預(yù)測。之后只要輸入已有的各項數(shù)據(jù),就能夠預(yù)測當(dāng)季釀造所需的原材料等數(shù)據(jù),如需要雇傭的人員數(shù)、需要準(zhǔn)備的發(fā)酵罐、木桶數(shù)、最佳釀造時間和預(yù)期品質(zhì),等等。這些數(shù)據(jù)模型的應(yīng)用,能夠大大降低成本,提高效益。2AI與葡萄酒釀造采用各種物理、化學(xué)及生物等手段,將葡萄原料潛在質(zhì)量表現(xiàn)出來的經(jīng)過就是葡萄酒的釀造。人工智能在釀造工藝流程設(shè)計、計算機(jī)勾兌方案最優(yōu)化等方面均有很好的應(yīng)用[15,16]。而在釀造經(jīng)過中,發(fā)酵延遲緩慢嚴(yán)重影響葡萄酒的品質(zhì)。發(fā)酵控制的改良降低品質(zhì)風(fēng)險,但停止發(fā)酵的經(jīng)濟(jì)成本仍然很高。酵母、缺氮、硫胺耗竭、缺氧和殺蟲劑殘留等均會導(dǎo)致發(fā)酵停滯[17]。因而,很難準(zhǔn)確預(yù)測發(fā)酵延緩的原因。而處理這種多參數(shù)的難題正是人工智能的強(qiáng)大優(yōu)勢。群體數(shù)據(jù)處理方式方法適用于非線性、復(fù)雜或鮮為人知的經(jīng)過。它構(gòu)建一個多項式模型,可將數(shù)據(jù)處理方式方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合進(jìn)而預(yù)測酒精發(fā)酵動力學(xué)。據(jù)GlobalNEWS報道,美國加州的兩位紅酒喜好者James和Boyer于2020年開發(fā)可通過手機(jī)控制的容器MiracleMachine,它利用水、酵母和葡萄濃縮汁來發(fā)酵釀酒,并通過這個App程序加以控制,能釀造出具有典型果香和風(fēng)味的葡萄酒。該程序既能合適蘋果iOS系統(tǒng),也兼容Android系統(tǒng),只需把原材料參加機(jī)器,然后通過該App選擇自個需要的葡萄酒風(fēng)格,程序可自動控制發(fā)酵,并在發(fā)酵完成之后發(fā)出指令。試驗表示清楚,用這樣的機(jī)器釀造出來的葡萄酒與使用傳統(tǒng)發(fā)酵方式釀造的葡萄酒風(fēng)味基本一致,但是售價才2美元/瓶,非常具有競爭力。固然這款產(chǎn)品在傳統(tǒng)意義上并不能算得上葡萄酒,但是它無疑為葡萄酒釀造帶來了全新的思路。3AI品酒師同一本書,一千個讀者的心中便有一千個哈姆雷特;同一杯酒,一千個品酒師便有一千種評價。味蕾上的味覺感受分子對于某些化學(xué)物質(zhì)呈現(xiàn)特殊的感覺就是人的味覺。人工智能并沒有味覺,但AI品酒師,在嗅覺與味覺傳感器技術(shù)的輔助下,可區(qū)別來自不同生產(chǎn)商、生產(chǎn)年份和不同葡萄品種的葡萄酒[18,19],同時能鑒別不同品牌、不同等級的葡萄酒,由于它能夠精準(zhǔn)測量出葡萄酒中各種對味蕾產(chǎn)生刺激的物質(zhì)含量[20,21]。每個人的味蕾對于某些物質(zhì)敏感度的差異可能導(dǎo)致品酒師對同一款葡萄酒的主觀評價不同,但AI品酒師不會存在任何的主觀誤差,能夠直接獲取真實(shí)可靠的統(tǒng)計數(shù)據(jù),消費(fèi)者能夠根據(jù)AI品酒師給出的葡萄酒成分和比重選出最合適自個口味的酒款[22,23]。4AI侍酒師幾十年來,很多葡萄酒喜好者均有這樣的焦慮:市場上的葡萄酒種類繁多,到底哪些葡萄酒合適我?如今,有了人工智能的輔助,你不必再和葡萄酒銷售員尷尬地交談,可通過與AI侍酒師溝通來挑選最合適自個的葡萄酒。AI侍酒師的優(yōu)勢在于其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和對數(shù)據(jù)的忠實(shí)度。當(dāng)前市場上已有很多AI侍酒師,例如,iWineApp、Wineapp、也買酒、紅酒世界,等等,隨著AI的不斷發(fā)展,它們的功能將愈加強(qiáng)大,以提供愈加個性化的服務(wù)。4.1WineRingWineRing成立于2018年,總部位于紐約雪城。WineRing數(shù)據(jù)庫中含有50萬個標(biāo)簽,包括5萬多個品牌以及上千個葡萄品種,可為消費(fèi)者提供個性化的葡萄酒選擇體驗。與其他基于配對或?qū)＜以u分提供葡萄酒購買建議的應(yīng)用程序不同,WineRing是根據(jù)消費(fèi)者的個人愛好提供建議。這款應(yīng)用程序使用先進(jìn)的算法,根據(jù)你對葡萄酒的評級來建立個人檔案,然后根據(jù)你的口味檔案來推薦葡萄酒。消費(fèi)者介入評價的酒越多,應(yīng)用的配置信息就越準(zhǔn)確,AI侍酒師推薦的酒也就越合適消費(fèi)者的偏好。當(dāng)前,WineRing已升級至V.1.1.6版本,可免費(fèi)在安卓手機(jī)客戶端安裝使用。4.2Google谷歌推出的我的葡萄酒指南可以為消費(fèi)者提供葡萄酒購買建議。固然我的葡萄酒指南當(dāng)前在深度人工智能和個性化的葡萄酒建議方面仍有所欠缺,但它的優(yōu)勢在于可將簡單的對話格式與基于計算機(jī)的葡萄酒查詢集成在一起。瞻望將來,我的葡萄酒指南可能會變得愈加實(shí)用,它可能會采納食物搭配建議,然后為你提供各種不同價位的葡萄酒進(jìn)行搭配推薦。4.3Vivino號稱擁有世界上最大的葡萄酒數(shù)據(jù)庫的Vivino,包含近4億款酒標(biāo),擁有超過1000萬款葡萄酒,囊括近3000個葡萄酒產(chǎn)區(qū)的20萬個酒莊信息,已為全球3000萬用戶服務(wù),是全球排名第一的葡萄酒辨別應(yīng)用。Vivino中已有6700萬條葡萄酒評分,2200萬條酒評,利用標(biāo)簽辨別技術(shù)來幫助消費(fèi)者選購適宜的葡萄酒。使用Vivino,用戶只需拍下他們感興趣的葡萄酒標(biāo)簽照片,就能立即從用戶社區(qū)獲得葡萄酒的評級、平均價格和相關(guān)評論。系統(tǒng)會自動跟蹤和整理消費(fèi)者對酒款的評分和評論,探尋求索建立個人的葡萄酒品味,隨時為消費(fèi)者推薦適宜的酒屆新秀。人工智能的發(fā)展已將消費(fèi)者偏好和葡萄酒選購聯(lián)絡(luò)得愈加嚴(yán)密。經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展、大數(shù)據(jù)時代的到來和機(jī)器學(xué)習(xí)的興起更是大大推動了AI的研究與應(yīng)用。全球葡萄種植產(chǎn)業(yè)欣欣向榮,葡萄酒行業(yè)具有良好的發(fā)展?jié)摿?。隨著國際葡萄酒市場的競爭加劇,葡萄酒產(chǎn)業(yè)信息化是產(chǎn)業(yè)興盛的關(guān)鍵。AI在葡萄酒產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用還有很多,例如,智能葡萄酒瓶Kuve,可保證開瓶后葡萄酒保鮮30d以上,還可連接WiFi,為消費(fèi)者訂購葡萄酒給出個性化的推薦以及共享餐酒搭配技巧[24];新潮團(tuán)隊開創(chuàng)建立的Sicao智能酒柜,既提供了恒溫恒濕的儲藏環(huán)境,還能提供智能銷售和儲酒信息管理業(yè)務(wù);Aveine推出的一款智能葡萄酒醒酒器Aerator,可通過設(shè)置精到準(zhǔn)確地醒酒時間,精準(zhǔn)知足消費(fèi)者所需的開味程度;Coravin智能取酒器,既可提高葡萄酒保存時間,可以實(shí)時監(jiān)測瓶內(nèi)剩余氣體量等。AI是一個發(fā)展中的高科技產(chǎn)業(yè),固然它可能存在數(shù)據(jù)誤差等缺點(diǎn),但是隨著科技不斷進(jìn)步,AI在葡萄酒產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用將會越來越多:通太多方協(xié)作,建立愈加完善的數(shù)據(jù)庫;借助當(dāng)代計算機(jī)技術(shù),優(yōu)化生產(chǎn)流程;聯(lián)絡(luò)基礎(chǔ)理論和新興技術(shù),開發(fā)愈加系統(tǒng)化、產(chǎn)業(yè)化、專業(yè)化的智能控制系統(tǒng)。以下為參考文獻(xiàn)[1]FERNANDESAM,UTKINAB,EIRAS-DIASJ,etal.GrapevinevarietyidentificationusingBigDatacollectedwithminiaturizedspectrometercombinedwithsupportvectormachinesandconvolutionalneuralnetworks[J].ComputersandElectronicsinAgriculture,2022,163.[2]WARNEKEB,PSCHEIDTJW,ROSETTARL,etal.Outoftheboxandthroughtherows:intelligentspraysystemsresearchongrapeandhazelnutatOregonstateuniversity[C]//AmericanPhytopathologicalSociety(APS)PacificDivisionMeeting,2022,109(11)S.[3]HAIGUANGW,GUANLINL,ZHANHONGM.Imagerecognitionofplantdiseasesbasedonprincipalcomponentanalysisandneuralnetworks[C]//20208thInternationalConferenceonNaturalComputation,2020:246-251.[4]MOLEAST,LAGIOIAR.Lobexpexpertsystemforgrapemothintegratedpestmanagement[J].DifesadellePiante(Italy),1994,16(1-2):25-32.[5]MOHAMMADPOORM,NOOGHABIMG,AHMEDIZ.Anintelligenttechniqueforgrapefanleafvirusdetections[C]//InternationalJournalofInteractiveMultimediaandArtificialIntelligence,2020,6(1):62-67.[6]SREMACAF,LALICB,MARCICM,etal.Towardaweather-basedforecastingsystemforfireblightanddownymildew[J].Atmosphere,2022,9(12):484.[7]ALLEWELDTG,DETTWEILERE.Amodeltodifferentiategrapevinecuhivarswiththeaidofmorphologicalcharacteristics[J].RivistadiVitico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