2021 年，一項技術(shù)已經(jīng)徹底改變了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的三個領(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，美國農(nóng)業(yè)企業(yè)就因開發(fā)損失了大約 3100 萬英畝的耕地。 

描述 1992 年至 2012 年間農(nóng)業(yè)用地如何轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泻妥≌�開發(fā)項目。圖片由美國農(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密集型農(nóng)業(yè)過程的效率。 

您可能聽說過諸如精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)或智能農(nóng)業(yè)之類的術(shù)語——所有這些術(shù)語都有自己不同的技術(shù)要求。每個都使用不同的設(shè)備和組件來實現(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)特的價值。 

對于這些部門中的每一個，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)以優(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)作物生長和牲畜飼養(yǎng)——使用多種技術(shù)： 

自動駕駛汽車、無人機(jī)和機(jī)器人

GPS系統(tǒng)

傳感器

自動化硬件和軟件

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)開創(chuàng)了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。從那時起，商業(yè)農(nóng)場和小型農(nóng)場都擴(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。 

約翰迪爾利用 NASA 的 GPS 技術(shù)，該技術(shù)催生了自動駕駛拖拉機(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。 

作為此類技術(shù)的一個例子，EarthOptics 開發(fā)了一種可安裝在全地形車輛上的自動探地雷達(dá)設(shè)備。被稱為GroundOwl，它結(jié)合了土壤壓實傳感器和 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)绾我苿颖硗痢?nbsp;

數(shù)字農(nóng)業(yè)

數(shù)字農(nóng)業(yè)使用連接的設(shè)備來獲取有關(guān)預(yù)先劃分的土地的連續(xù)數(shù)據(jù)。每個農(nóng)場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。 

這個過程需要傳感器或嵌入式標(biāo)簽，尤其是牲畜。通過 EID（電子識別）標(biāo)記常見的農(nóng)場動物，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)場的常見主食。圖片由 Amelicor 提供

電子標(biāo)簽正在取代長期存在的印刷標(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)場聯(lián)系起來，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)庫和定性軟件來存儲和分析這些數(shù)據(jù)。通過這種方式，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進(jìn)入者。 

智能農(nóng)業(yè)

農(nóng)民和生產(chǎn)者依賴大量分布式傳感器；這些電子設(shè)備收集現(xiàn)場條件的實時數(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)場設(shè)備（灌溉、施肥等）相關(guān)的自動修復(fù)過程，要么提出量身定制的行動計劃。這通常是 AI 算法完成繁重工作的地方。

光電探測器和光電二極管是光學(xué)傳感器的重要組成部分，可以測量土壤含量，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 提供了許多專門的農(nóng)業(yè)傳感器來捕獲這些讀數(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)傳感器使用光通過反射來評估土壤特性。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)）可以測量土壤壓實度。它們的彈簧和儀表在穿透土壤時測量阻力。最后，介電傳感器測量水分含量。 

農(nóng)業(yè)科技在行動

農(nóng)場和商業(yè)設(shè)施可能非常龐大。即使是小型家庭農(nóng)場的平均面積也為 231 英畝，而最大的農(nóng)場通常會消耗 2,086 英畝的土地。農(nóng)場一個角落的天氣或生長條件與另一個不同的情況并不少見。這就是為什么智能、本地化的氣象站對各種規(guī)模的農(nóng)場都變得流行且可行的原因。這些站點(diǎn)以特定的時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。一類新的低范圍、低功率 WAN 設(shè)備正在自動化從樹叢中提取橡膠的過程。這已經(jīng)提高了收獲速度、提取產(chǎn)量和工人安全。STMicroelectronics 上個月早些時候與 CIHEVEA 一起發(fā)布了其最新的芯片設(shè)計，CIHEVEA 為樹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)行并接收來自中央控制器的信號。 

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)格中繼來自這些 STM32WLE5 單元的任何數(shù)據(jù)，用于測試和調(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。在內(nèi)部，Arm Cortex-M4 保持運(yùn)行，而 sub-GHz 無線電允許通信。ST 設(shè)計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處不在，那么在不久的將來，智能農(nóng)業(yè)可能會又向前邁進(jìn)了一步。 

設(shè)計更智能的農(nóng)業(yè)未來

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