2021 年，一項技術已經徹底改變了現(xiàn)代農業(yè)的三個領域：精準農業(yè)、數字農業(yè)和智能農業(yè)。

僅在 1992 年至 2012 年之間，美國農業(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 年間農業(yè)用地如何轉變?yōu)槌鞘泻妥≌�開發(fā)項目。圖片由美國農田信托基金和現(xiàn)代農民提供

這些農民、農藝師和測量員的任務是了解土壤、海拔和種植技術之間的關系的復雜工作。人們一直在努力提高這些勞動密集型農業(yè)過程的效率。 

您可能聽說過諸如精準農業(yè)、數字農業(yè)或智能農業(yè)之類的術語——所有這些術語都有自己不同的技術要求。每個都使用不同的設備和組件來實現(xiàn)最終目標。盡管存在一些重疊，但這三種技術在我們的現(xiàn)代農業(yè)領域都具有獨特的價值。 

對于這些部門中的每一個，農業(yè)技術（“ag-tech”）被認為是農業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)管理成功的關鍵。 

精耕細作

當今的精準農業(yè)技術以優(yōu)化和準確性為中心。精準農業(yè)的目標是以受控、集中的方式促進作物生長和牲畜飼養(yǎng)——使用多種技術： 

自動駕駛汽車、無人機和機器人

GPS系統(tǒng)

傳感器

自動化硬件和軟件

土壤采樣

遠程信息處理

許多人認為約翰迪爾 1990 年配備 GPS 的拖拉機開創(chuàng)了精準農業(yè)。從那時起，商業(yè)農場和小型農場都擴展到非傳統(tǒng)的“下一代”機械形式，以有效地規(guī)劃其運營。 

約翰迪爾利用 NASA 的 GPS 技術，該技術催生了自動駕駛拖拉機并普及了精準農業(yè)。圖片由約翰迪爾和NASA 提供 

這一新的農業(yè)技術浪潮旨在應對現(xiàn)有農業(yè)技術的挑戰(zhàn)，如土壤管理、分區(qū)種植等。 

作為此類技術的一個例子，EarthOptics 開發(fā)了一種可安裝在全地形車輛上的自動探地雷達設備。被稱為GroundOwl，它結合了土壤壓實傳感器和 ML 工具，使農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，使農民能夠精確控制他們如何移動表土。 

數字農業(yè)

數字農業(yè)使用連接的設備來獲取有關預先劃分的土地的連續(xù)數據。每個農場或田地都被有效地分割成大小相等的同質單位，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簽，尤其是牲畜。通過 EID（電子識別）標記常見的農場動物，農民可以跟蹤這些放牧群體并采用輪牧策略。嵌入式轉發(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 牛標簽現(xiàn)在是許多農場的常見主食。圖片由 Amelicor 提供

電子標簽正在取代長期存在的印刷標簽——盡管普及率僅為 5%。EID 可以將一頭牛（及其肉）與其確切的原產農場聯(lián)系起來，但比傳統(tǒng)標簽貴得多。 

這就是硬件方面的事情。這些設備還需要數據庫和定性軟件來存儲和分析這些數據。通過這種方式，數字農業(yè)融合了精準農業(yè)和智能農業(yè)——我們名單上的下一個進入者。 

智能農業(yè)

農民和生產者依賴大量分布式傳感器；這些電子設備收集現(xiàn)場條件的實時數據并將其傳輸到配套應用程序。這些數據點要么觸發(fā)與農場設備（灌溉、施肥等）相關的自動修復過程，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、水分和有機物質。圖片由 Vishay 和Mouser 提供

以下是智能農業(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

光照強度

疾病侵擾

Mouser Electronics 提供了許多專門的農業(yè)傳感器來捕獲這些讀數。位置傳感器與 GPS 衛(wèi)星連接——支持智能和精準農業(yè)技術。光學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，電化學傳感器可以探測土壤的酸度讀數和養(yǎng)分。機械傳感器（連同雷達）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。 

農業(yè)科技在行動

農場和商業(yè)設施可能非常龐大。即使是小型家庭農場的平均面積也為 231 英畝，而最大的農場通常會消耗 2,086 英畝的土地。農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)模的農場都變得流行且可行的原因。這些站點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)揮著獨特的作用。一類新的低范圍、低功率 WAN 設備正在自動化從樹叢中提取橡膠的過程。這已經提高了收獲速度、提取產量和工人安全。STMicroelectronics 上個月早些時候與 CIHEVEA 一起發(fā)布了其最新的芯片設計，CIHEVEA 為樹木安裝了電子攻絲機。ST 的 LoRa 半導體使這些設備能夠運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。圖片由意法半導體提供

網絡服務器網格中繼來自這些 STM32WLE5 單元的任何數據，用于測試和調試目的。前提是農民可以因此執(zhí)行更智能的預防性維護或根據需要將故障機器下線。在內部，Arm Cortex-M4 保持運行，而 sub-GHz 無線電允許通信。ST 設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，智能農業(yè)可能會又向前邁進了一步。 

設計更智能的農業(yè)未來

如圖所示，農業(yè)世界是許多新電子產品的完美試驗臺。工程師正在進入一個領域，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，像自動橡膠收割機這樣的設備只是冰山一角。