無(wú)人機(jī)、機(jī)器人和GPS設(shè)備應(yīng)用到高科技現(xiàn)代農(nóng)業(yè)
3月23日，今天的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入高科技領(lǐng)域，大多數(shù)20世紀(jì)的農(nóng)民甚至無(wú)法再認(rèn)出它們。畢竟僅僅在100年前，美國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)剛剛用內(nèi)燃機(jī)取代畜力。而在過(guò)去20年間，全球定位系統(tǒng)（GPS）、電子傳感器以及其他新式工具的出現(xiàn)，已經(jīng)將農(nóng)業(yè)進(jìn)一步推向“科技仙境”。
除了時(shí)髦的空調(diào)和音響系統(tǒng)外，現(xiàn)代大型拖拉機(jī)的封閉艙室內(nèi)還配備了計(jì)算機(jī)顯示器，可以顯示機(jī)械性能、農(nóng)田位置、操作播種機(jī)等附帶設(shè)備等。今天令人感到驚異的這些技術(shù)，還只是未來(lái)農(nóng)業(yè)的開(kāi)始。自動(dòng)駕駛機(jī)械和無(wú)人機(jī)將可以自動(dòng)檢測(cè)和治療出現(xiàn)病蟲(chóng)害的農(nóng)作物，這些工具在那些被稱為“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的農(nóng)場(chǎng)中將變得司空見(jiàn)慣。
所有這些高科技產(chǎn)品的最終目的是優(yōu)化農(nóng)業(yè)，無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)角度還是環(huán)境角度來(lái)看。我們只想找到最佳投入量（包括水、化肥、殺蟲(chóng)劑、燃料以及勞動(dòng)力等），以便更高效地種植高產(chǎn)作物。
GPS提供超本地化信息
每次至少有3顆軌道衛(wèi)星可參與計(jì)算你的距離，幫助GPS提供你在地球上任何地方的精確位置信息。因此，配置有GPS接收器的農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠識(shí)別它們?cè)谵r(nóng)場(chǎng)中的位置，調(diào)解操作，以便在這個(gè)位置上最大化地提高生產(chǎn)力或效率。
以土壤施肥為例。農(nóng)民可使用GPS接收器確定預(yù)選的農(nóng)田，并收集其土壤樣本。然后對(duì)樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，并建立地理信息系統(tǒng)施肥圖。在本質(zhì)上，這是一種計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)程序。利用這類地圖，農(nóng)民就可精確確定每個(gè)取樣農(nóng)田區(qū)的施肥量。變量技術(shù)（VRT）施肥機(jī)可以精確地在農(nóng)田中噴灑所需肥料。這個(gè)過(guò)程就是“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的典范。
信息、分析與工具
“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”要求在3個(gè)方面取得成功。它需要特定位置信息，比如土壤-肥力圖；它要求對(duì)特定位置信息進(jìn)行理解，并有作出決策的能力；做出決策往往需要計(jì)算機(jī)的模擬幫助，后者需要利用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析土壤肥力與作物產(chǎn)量之間的可變關(guān)系。
最終，農(nóng)民必須擁有實(shí)施管理決策的物理工具。比如，配置有GPS系統(tǒng)的變量技術(shù)施肥機(jī)可根據(jù)每塊農(nóng)田位置自動(dòng)調(diào)節(jié)施肥量。“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的其他例證還包括：根據(jù)土壤類型不同，施行不同的播種率；利用傳感器來(lái)識(shí)別雜草、疾病或害蟲(chóng)，以便使用最相配的殺蟲(chóng)劑等。
特定位置信息的作用除了幫助繪制土壤條件地圖和提高產(chǎn)量外，還可利用衛(wèi)星圖片顯示農(nóng)作物的健康狀況。現(xiàn)在，無(wú)人機(jī)可以收集高度清晰的農(nóng)作物和農(nóng)田照片。這些照片通過(guò)計(jì)算機(jī)分析可顯示不同的反射光，據(jù)此科學(xué)家可了解農(nóng)作物的健康狀況和土壤類型等。比如，圖中健康作物呈現(xiàn)清晰的亮色，而有病作物則呈現(xiàn)暗色，這可以被用于確定棉根腐病的存在。將來(lái)，農(nóng)民或只需對(duì)感染區(qū)進(jìn)行治療。無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)還包括成本低廉、照片細(xì)節(jié)清晰等，但有關(guān)它們?cè)谵r(nóng)業(yè)領(lǐng)域使用的合法性依然在探討中。
自動(dòng)化
自動(dòng)導(dǎo)航，即以GPS為基礎(chǔ)的系統(tǒng)可指引拖拉機(jī)以更加精確的模式作業(yè)，甚至超過(guò)真人操作。當(dāng)前，安全擔(dān)憂完全限制了更小機(jī)械的無(wú)人駕駛潛力。全自動(dòng)或機(jī)器人耕種機(jī)械已經(jīng)開(kāi)始小規(guī)模地出現(xiàn)在高利潤(rùn)農(nóng)業(yè)中，比如葡萄、苗圃作物、某些水果和蔬菜等。
自動(dòng)機(jī)械可以取代人類，完成更加繁瑣的任務(wù)，比如手工收割蔬菜。他們利用傳感技術(shù)，包括機(jī)械視覺(jué)，可檢測(cè)位置、莖葉大小等信息，然后在作業(yè)過(guò)程中通知機(jī)械。日本已經(jīng)成為這一領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。日本農(nóng)業(yè)往往被劃分成更小的田塊，該國(guó)也是機(jī)器人技術(shù)也處于世界領(lǐng)先水平。但是自動(dòng)機(jī)械在美國(guó)也正在崛起，特別是加州，那里有美國(guó)許多特產(chǎn)作物。
飛行機(jī)器人的發(fā)展將導(dǎo)致當(dāng)前大多數(shù)人類操作的無(wú)人機(jī)被取代，它們擁有機(jī)械視覺(jué)和類似人手的鉗子。許多偵察任務(wù)，比如病蟲(chóng)害，要求人走到很遠(yuǎn)的地方，獲取代表植物的葉片，然后反復(fù)查看其是否存在病蟲(chóng)害。研究人員正開(kāi)發(fā)一種技術(shù)，可以利用飛行機(jī)器人執(zhí)行這些任務(wù)，無(wú)需人類參與。
育種+傳感器+機(jī)器人
高通量植物表型（HTPP）是一種未來(lái)化“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)，它是遺傳學(xué)、傳感器以及機(jī)器人的結(jié)合體。它可被用于研發(fā)新的作物品種，或提高作物營(yíng)養(yǎng)含量、耐抗旱以及抗病蟲(chóng)害的能力。HTPP技術(shù)采用多個(gè)傳感器測(cè)量植物的重要物理數(shù)據(jù)，比如高度、葉片數(shù)量、大小、形狀、角度、顏色、枯萎程度、莖厚、結(jié)果數(shù)量等。這些都屬于表型特征，也是植物遺傳代碼的物理表達(dá)。科學(xué)家可以將這些數(shù)據(jù)與特定植物的已知遺傳數(shù)據(jù)對(duì)比。
再加上傳感器，科學(xué)家可以非常迅速地獲得成千上萬(wàn)種植物的表型特征，育種學(xué)家和遺傳學(xué)家可據(jù)此決定哪些品種將被排除，哪些可進(jìn)一步測(cè)試，這將大大加速農(nóng)作物改良的進(jìn)程。
過(guò)去20年間，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生巨變。很難想象未來(lái)數(shù)年內(nèi)，其將發(fā)展到何種程度。但是農(nóng)業(yè)高科技創(chuàng)新的步伐只會(huì)越來(lái)越大。如果10年后看到這樣一幕，請(qǐng)不必感到驚訝：你沿著高速公路駕車行駛，看到有小型直升機(jī)在農(nóng)田上空飛行，并降落到農(nóng)作物身上，利用機(jī)器鉗子采摘葉片、利用照相機(jī)和機(jī)械視覺(jué)查看病蟲(chóng)害，隨后重新起飛查看其他農(nóng)作物。
3月23日，今天的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入高科技領(lǐng)域，大多數(shù)20世紀(jì)的農(nóng)民甚至無(wú)法再認(rèn)出它們。畢竟僅僅在100年前，美國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)剛剛用內(nèi)燃機(jī)取代畜力。而在過(guò)去20年間，全球定位系統(tǒng)（GPS）、電子傳感器以及其他新式工具的出現(xiàn)，已經(jīng)將農(nóng)業(yè)進(jìn)一步推向“科技仙境”。
除了時(shí)髦的空調(diào)和音響系統(tǒng)外，現(xiàn)代大型拖拉機(jī)的封閉艙室內(nèi)還配備了計(jì)算機(jī)顯示器，可以顯示機(jī)械性能、農(nóng)田位置、操作播種機(jī)等附帶設(shè)備等。今天令人感到驚異的這些技術(shù)，還只是未來(lái)農(nóng)業(yè)的開(kāi)始。自動(dòng)駕駛機(jī)械和無(wú)人機(jī)將可以自動(dòng)檢測(cè)和治療出現(xiàn)病蟲(chóng)害的農(nóng)作物，這些工具在那些被稱為“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的農(nóng)場(chǎng)中將變得司空見(jiàn)慣。
所有這些高科技產(chǎn)品的最終目的是優(yōu)化農(nóng)業(yè)，無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)角度還是環(huán)境角度來(lái)看。我們只想找到最佳投入量（包括水、化肥、殺蟲(chóng)劑、燃料以及勞動(dòng)力等），以便更高效地種植高產(chǎn)作物。
GPS提供超本地化信息
每次至少有3顆軌道衛(wèi)星可參與計(jì)算你的距離，幫助GPS提供你在地球上任何地方的精確位置信息。因此，配置有GPS接收器的農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠識(shí)別它們?cè)谵r(nóng)場(chǎng)中的位置，調(diào)解操作，以便在這個(gè)位置上最大化地提高生產(chǎn)力或效率。
以土壤施肥為例。農(nóng)民可使用GPS接收器確定預(yù)選的農(nóng)田，并收集其土壤樣本。然后對(duì)樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，并建立地理信息系統(tǒng)施肥圖。在本質(zhì)上，這是一種計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)程序。利用這類地圖，農(nóng)民就可精確確定每個(gè)取樣農(nóng)田區(qū)的施肥量。變量技術(shù)（VRT）施肥機(jī)可以精確地在農(nóng)田中噴灑所需肥料。這個(gè)過(guò)程就是“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的典范。
信息、分析與工具
“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”要求在3個(gè)方面取得成功。它需要特定位置信息，比如土壤-肥力圖；它要求對(duì)特定位置信息進(jìn)行理解，并有作出決策的能力；做出決策往往需要計(jì)算機(jī)的模擬幫助，后者需要利用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析土壤肥力與作物產(chǎn)量之間的可變關(guān)系。
最終，農(nóng)民必須擁有實(shí)施管理決策的物理工具。比如，配置有GPS系統(tǒng)的變量技術(shù)施肥機(jī)可根據(jù)每塊農(nóng)田位置自動(dòng)調(diào)節(jié)施肥量。“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的其他例證還包括：根據(jù)土壤類型不同，施行不同的播種率；利用傳感器來(lái)識(shí)別雜草、疾病或害蟲(chóng)，以便使用最相配的殺蟲(chóng)劑等。
特定位置信息的作用除了幫助繪制土壤條件地圖和提高產(chǎn)量外，還可利用衛(wèi)星圖片顯示農(nóng)作物的健康狀況。現(xiàn)在，無(wú)人機(jī)可以收集高度清晰的農(nóng)作物和農(nóng)田照片。這些照片通過(guò)計(jì)算機(jī)分析可顯示不同的反射光，據(jù)此科學(xué)家可了解農(nóng)作物的健康狀況和土壤類型等。比如，圖中健康作物呈現(xiàn)清晰的亮色，而有病作物則呈現(xiàn)暗色，這可以被用于確定棉根腐病的存在。將來(lái)，農(nóng)民或只需對(duì)感染區(qū)進(jìn)行治療。無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)還包括成本低廉、照片細(xì)節(jié)清晰等，但有關(guān)它們?cè)谵r(nóng)業(yè)領(lǐng)域使用的合法性依然在探討中。
自動(dòng)化
自動(dòng)導(dǎo)航，即以GPS為基礎(chǔ)的系統(tǒng)可指引拖拉機(jī)以更加精確的模式作業(yè)，甚至超過(guò)真人操作。當(dāng)前，安全擔(dān)憂完全限制了更小機(jī)械的無(wú)人駕駛潛力。全自動(dòng)或機(jī)器人耕種機(jī)械已經(jīng)開(kāi)始小規(guī)模地出現(xiàn)在高利潤(rùn)農(nóng)業(yè)中，比如葡萄、苗圃作物、某些水果和蔬菜等。
自動(dòng)機(jī)械可以取代人類，完成更加繁瑣的任務(wù)，比如手工收割蔬菜。他們利用傳感技術(shù)，包括機(jī)械視覺(jué)，可檢測(cè)位置、莖葉大小等信息，然后在作業(yè)過(guò)程中通知機(jī)械。日本已經(jīng)成為這一領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。日本農(nóng)業(yè)往往被劃分成更小的田塊，該國(guó)也是機(jī)器人技術(shù)也處于世界領(lǐng)先水平。但是自動(dòng)機(jī)械在美國(guó)也正在崛起，特別是加州，那里有美國(guó)許多特產(chǎn)作物。
飛行機(jī)器人的發(fā)展將導(dǎo)致當(dāng)前大多數(shù)人類操作的無(wú)人機(jī)被取代，它們擁有機(jī)械視覺(jué)和類似人手的鉗子。許多偵察任務(wù)，比如病蟲(chóng)害，要求人走到很遠(yuǎn)的地方，獲取代表植物的葉片，然后反復(fù)查看其是否存在病蟲(chóng)害。研究人員正開(kāi)發(fā)一種技術(shù)，可以利用飛行機(jī)器人執(zhí)行這些任務(wù)，無(wú)需人類參與。
育種+傳感器+機(jī)器人
高通量植物表型（HTPP）是一種未來(lái)化“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)，它是遺傳學(xué)、傳感器以及機(jī)器人的結(jié)合體。它可被用于研發(fā)新的作物品種，或提高作物營(yíng)養(yǎng)含量、耐抗旱以及抗病蟲(chóng)害的能力。HTPP技術(shù)采用多個(gè)傳感器測(cè)量植物的重要物理數(shù)據(jù)，比如高度、葉片數(shù)量、大小、形狀、角度、顏色、枯萎程度、莖厚、結(jié)果數(shù)量等。這些都屬于表型特征，也是植物遺傳代碼的物理表達(dá)。科學(xué)家可以將這些數(shù)據(jù)與特定植物的已知遺傳數(shù)據(jù)對(duì)比。
再加上傳感器，科學(xué)家可以非常迅速地獲得成千上萬(wàn)種植物的表型特征，育種學(xué)家和遺傳學(xué)家可據(jù)此決定哪些品種將被排除，哪些可進(jìn)一步測(cè)試，這將大大加速農(nóng)作物改良的進(jìn)程。
過(guò)去20年間，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生巨變。很難想象未來(lái)數(shù)年內(nèi)，其將發(fā)展到何種程度。但是農(nóng)業(yè)高科技創(chuàng)新的步伐只會(huì)越來(lái)越大。如果10年后看到這樣一幕，請(qǐng)不必感到驚訝：你沿著高速公路駕車行駛，看到有小型直升機(jī)在農(nóng)田上空飛行，并降落到農(nóng)作物身上，利用機(jī)器鉗子采摘葉片、利用照相機(jī)和機(jī)械視覺(jué)查看病蟲(chóng)害，隨后重新起飛查看其他農(nóng)作物。
