2021 年，一項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)徹底改變了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的三個(gè)領(lǐng)域：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)業(yè)。

僅在 1992 年至 2012 年之間，美國(guó)農(nóng)業(yè)企業(yè)就因開(kāi)發(fā)損失了大約 3100 萬(wàn)英畝的耕地。 

描述 1992 年至 2012 年間農(nóng)業(yè)用地如何轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泻妥≌�開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。圖片由美國(guó)農(nóng)田信托基金和現(xiàn)代農(nóng)民提供

這些農(nóng)民、農(nóng)藝師和測(cè)量員的任務(wù)是了解土壤、海拔和種植技術(shù)之間的關(guān)系的復(fù)雜工作。人們一直在努力提高這些勞動(dòng)密集型農(nóng)業(yè)過(guò)程的效率。 

您可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)諸如精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)或智能農(nóng)業(yè)之類(lèi)的術(shù)語(yǔ)——所有這些術(shù)語(yǔ)都有自己不同的技術(shù)要求。每個(gè)都使用不同的設(shè)備和組件來(lái)實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)。盡管存在一些重疊，但這三種技術(shù)在我們的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域都具有獨(dú)特的價(jià)值。 

對(duì)于這些部門(mén)中的每一個(gè)，農(nóng)業(yè)技術(shù)（“ag-tech”）被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)管理成功的關(guān)鍵。 

精耕細(xì)作

當(dāng)今的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)以?xún)?yōu)化和準(zhǔn)確性為中心。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的目標(biāo)是以受控、集中的方式促進(jìn)作物生長(zhǎng)和牲畜飼養(yǎng)——使用多種技術(shù)： 

自動(dòng)駕駛汽車(chē)、無(wú)人機(jī)和機(jī)器人

GPS系統(tǒng)

傳感器

自動(dòng)化硬件和軟件

土壤采樣

遠(yuǎn)程信息處理

許多人認(rèn)為約翰迪爾 1990 年配備 GPS 的拖拉機(jī)開(kāi)創(chuàng)了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。從那時(shí)起，商業(yè)農(nóng)場(chǎng)和小型農(nóng)場(chǎng)都擴(kuò)展到非傳統(tǒng)的“下一代”機(jī)械形式，以有效地規(guī)劃其運(yùn)營(yíng)。 

約翰迪爾利用 NASA 的 GPS 技術(shù)，該技術(shù)催生了自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)并普及了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。圖片由約翰迪爾和NASA 提供 

這一新的農(nóng)業(yè)技術(shù)浪潮旨在應(yīng)對(duì)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)技術(shù)的挑戰(zhàn)，如土壤管理、分區(qū)種植等。 

作為此類(lèi)技術(shù)的一個(gè)例子，EarthOptics 開(kāi)發(fā)了一種可安裝在全地形車(chē)輛上的自動(dòng)探地雷達(dá)設(shè)備。被稱(chēng)為GroundOwl，它結(jié)合了土壤壓實(shí)傳感器和 ML 工具，使農(nóng)民能夠在不同深度更有效地耕作。該程序輸出土壤條件的 3D 描述，使農(nóng)民能夠精確控制他們?nèi)绾我苿?dòng)表土。 

數(shù)字農(nóng)業(yè)

數(shù)字農(nóng)業(yè)使用連接的設(shè)備來(lái)獲取有關(guān)預(yù)先劃分的土地的連續(xù)數(shù)據(jù)。每個(gè)農(nóng)場(chǎng)或田地都被有效地分割成大小相等的同質(zhì)單位，這些單位精確定位和分散。 

這個(gè)過(guò)程需要傳感器或嵌入式標(biāo)簽，尤其是牲畜。通過(guò) EID（電子識(shí)別）標(biāo)記常見(jiàn)的農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物，農(nóng)民可以跟蹤這些放牧群體并采用輪牧策略。嵌入式轉(zhuǎn)發(fā)器是可掃描的，通常與步行式閱讀器或連接的加工廠兼容。 

RFID 牛標(biāo)簽現(xiàn)在是許多農(nóng)場(chǎng)的常見(jiàn)主食。圖片由 Amelicor 提供

電子標(biāo)簽正在取代長(zhǎng)期存在的印刷標(biāo)簽——盡管普及率僅為 5%。EID 可以將一頭牛（及其肉）與其確切的原產(chǎn)農(nóng)場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)，但比傳統(tǒng)標(biāo)簽貴得多。 

這就是硬件方面的事情。這些設(shè)備還需要數(shù)據(jù)庫(kù)和定性軟件來(lái)存儲(chǔ)和分析這些數(shù)據(jù)。通過(guò)這種方式，數(shù)字農(nóng)業(yè)融合了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)業(yè)——我們名單上的下一個(gè)進(jìn)入者。 

智能農(nóng)業(yè)

農(nóng)民和生產(chǎn)者依賴(lài)大量分布式傳感器；這些電子設(shè)備收集現(xiàn)場(chǎng)條件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)脚涮讘?yīng)用程序。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)要么觸發(fā)與農(nóng)場(chǎng)設(shè)備（灌溉、施肥等）相關(guān)的自動(dòng)修復(fù)過(guò)程，要么提出量身定制的行動(dòng)計(jì)劃。這通常是 AI 算法完成繁重工作的地方。

光電探測(cè)器和光電二極管是光學(xué)傳感器的重要組成部分，可以測(cè)量土壤含量，包括粘土、水分和有機(jī)物質(zhì)。圖片由 Vishay 和Mouser 提供

以下是智能農(nóng)業(yè)傳感器測(cè)量的示例：

溫度

濕度

土壤養(yǎng)分含量

土壤酸堿度

土壤濕度

光照強(qiáng)度

疾病侵?jǐn)_

Mouser Electronics 提供了許多專(zhuān)門(mén)的農(nóng)業(yè)傳感器來(lái)捕獲這些讀數(shù)。位置傳感器與 GPS 衛(wèi)星連接——支持智能和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)。光學(xué)傳感器使用光通過(guò)反射來(lái)評(píng)估土壤特性。由于其離子敏感二極管，電化學(xué)傳感器可以探測(cè)土壤的酸度讀數(shù)和養(yǎng)分。機(jī)械傳感器（連同雷達(dá)）可以測(cè)量土壤壓實(shí)度。它們的彈簧和儀表在穿透土壤時(shí)測(cè)量阻力。最后，介電傳感器測(cè)量水分含量。 

農(nóng)業(yè)科技在行動(dòng)

農(nóng)場(chǎng)和商業(yè)設(shè)施可能非常龐大。即使是小型家庭農(nóng)場(chǎng)的平均面積也為 231 英畝，而最大的農(nóng)場(chǎng)通常會(huì)消耗 2,086 英畝的土地。農(nóng)場(chǎng)一個(gè)角落的天氣或生長(zhǎng)條件與另一個(gè)不同的情況并不少見(jiàn)。這就是為什么智能、本地化的氣象站對(duì)各種規(guī)模的農(nóng)場(chǎng)都變得流行且可行的原因。這些站點(diǎn)以特定的時(shí)間間隔將信息中繼到中央單元，從而使作物管理更快、更有針對(duì)性。 

LoRa SoC在橡膠行業(yè)的革命中也發(fā)揮著獨(dú)特的作用。一類(lèi)新的低范圍、低功率 WAN 設(shè)備正在自動(dòng)化從樹(shù)叢中提取橡膠的過(guò)程。這已經(jīng)提高了收獲速度、提取產(chǎn)量和工人安全。STMicroelectronics 上個(gè)月早些時(shí)候與 CIHEVEA 一起發(fā)布了其最新的芯片設(shè)計(jì)，CIHEVEA 為樹(shù)木安裝了電子攻絲機(jī)。ST 的 LoRa 半導(dǎo)體使這些設(shè)備能夠運(yùn)行并接收來(lái)自中央控制器的信號(hào)。 

ST 表示，其 STM32WL LoRa 模塊嵌入到新型割膠工業(yè)機(jī)器人中，以最大限度地提高中國(guó)和東南亞的種植效率。圖片由意法半導(dǎo)體提供

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器網(wǎng)格中繼來(lái)自這些 STM32WLE5 單元的任何數(shù)據(jù)，用于測(cè)試和調(diào)試目的。前提是農(nóng)民可以因此執(zhí)行更智能的預(yù)防性維護(hù)或根據(jù)需要將故障機(jī)器下線(xiàn)。在內(nèi)部，Arm Cortex-M4 保持運(yùn)行，而 sub-GHz 無(wú)線(xiàn)電允許通信。ST 設(shè)計(jì)的外圍組件完善了該封裝。

如果更多像這樣的工具變得具有成本效益且無(wú)處不在，那么在不久的將來(lái)，智能農(nóng)業(yè)可能會(huì)又向前邁進(jìn)了一步。 

設(shè)計(jì)更智能的農(nóng)業(yè)未來(lái)

如圖所示，農(nóng)業(yè)世界是許多新電子產(chǎn)品的完美試驗(yàn)臺(tái)。工程師正在進(jìn)入一個(gè)領(lǐng)域，例如，土壤分析方法在 30 年前沒(méi)有改變。新開(kāi)發(fā)的潛力很大，像自動(dòng)橡膠收割機(jī)這樣的設(shè)備只是冰山一角。