精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的傳感器應(yīng)用有哪些

農(nóng)用機(jī)械傳感器應(yīng)用

傳感器在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中無(wú)處不在。

全球最大的技術(shù)推動(dòng)力是在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)（或特定地點(diǎn)的管理，SSM）中，傳感，信息技術(shù)和機(jī)械系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)亞田間作物管理。盡管有這種推動(dòng)力，但農(nóng)業(yè)界的接受仍是猶豫和軟弱，盡管大多數(shù)生產(chǎn)者承認(rèn)他們最終將不得不采用SSM技術(shù)。

大多數(shù)人將初始成本，不確定的經(jīng)濟(jì)回報(bào)和技術(shù)復(fù)雜性視為限制因素。此外，鑒于最近對(duì)營(yíng)養(yǎng)釋放和水/空氣質(zhì)量的監(jiān)管要求，許多生產(chǎn)商認(rèn)為，SSM的環(huán)境效益可能是最終采用技術(shù)的動(dòng)力。

但是，中小型生產(chǎn)者比大型生產(chǎn)者具有明顯的劣勢(shì)。在大規(guī)模農(nóng)業(yè)中，規(guī)模經(jīng)濟(jì)和窄利潤(rùn)率為大型生產(chǎn)者提供了經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。此外，大型生產(chǎn)者比小型生產(chǎn)者往往受過(guò)更多的教育，對(duì)技術(shù)的警惕性也較低。生產(chǎn)農(nóng)業(yè)的這些特征表明，包括SSM在內(nèi)的大多數(shù)技術(shù)進(jìn)步都不是規(guī)模中立的。

此外，如上所述，通常限制采用SSM的因素對(duì)大型生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)也沒(méi)有太大問(wèn)題，從而給他們帶來(lái)了額外的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。較小的生產(chǎn)者應(yīng)對(duì)這些競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)的一種方法是創(chuàng)建或進(jìn)入獨(dú)特的市場(chǎng)，而其較小的規(guī)模是其優(yōu)勢(shì)所在。增值產(chǎn)品為有能力為消費(fèi)者提供增值服務(wù)的生產(chǎn)者擴(kuò)大了利潤(rùn)空間，而處理少量原始產(chǎn)品并能更直接地與消費(fèi)者接觸的小型生產(chǎn)者更經(jīng)常出現(xiàn)這種情況。

此外，較小的生產(chǎn)者可以通過(guò)減輕采用壁壘的方式，在技術(shù)世界中更具競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)將技術(shù)的初始成本分配給許多生產(chǎn)者，并共享有關(guān)如何使用該技術(shù)的信息，較小的生產(chǎn)者可能會(huì)更好地了解當(dāng)前由大型生產(chǎn)者持有的技術(shù)采用及其收益。大學(xué)推廣計(jì)劃提供了寶貴的教育和應(yīng)用幫助，以幫助生產(chǎn)者更加熟悉和使用新技術(shù)。

傳感器應(yīng)用

傳感器在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中無(wú)處不在。

農(nóng)業(yè)和糧食系統(tǒng)（包括林業(yè)和自然資源）的生產(chǎn)，加工和管理的幾乎所有方面都涉及產(chǎn)品/資源屬性（例如數(shù)量，質(zhì)量，大小，狀況）或其環(huán)境（例如食物雜質(zhì)或農(nóng)業(yè)/森林的空氣，水和土壤）。

農(nóng)村經(jīng)濟(jì)及其基礎(chǔ)設(shè)施也受到影響。他們的生物識(shí)別活動(dòng)包括檢查，監(jiān)視，跟蹤，庫(kù)存和評(píng)估。測(cè)量變量的數(shù)量及其測(cè)量頻率和詳細(xì)程度要求自動(dòng)化，高分辨率和快速的技術(shù)。為了提高效率和明智的管理，需要收集越來(lái)越多的大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須進(jìn)一步分析，解釋并應(yīng)用于支持明智的決策。為了滿(mǎn)足我們對(duì)具有時(shí)空相關(guān)性的及時(shí)可靠信息的需求，需要在生物計(jì)量學(xué)和信息技術(shù)方面取得進(jìn)步。

食品安全和質(zhì)量是全國(guó)最大的公共問(wèn)題/關(guān)注之一。安全和質(zhì)量取決于檢查和監(jiān)視方法，該方法可以檢測(cè)污染物并區(qū)分有缺陷（或質(zhì)量較差）的產(chǎn)品。鑒于無(wú)法對(duì)100％的任何食品進(jìn)行快速，準(zhǔn)確的手動(dòng)，顯微或生物分析檢查，目前正在開(kāi)發(fā)和測(cè)試的傳感器和儀器技術(shù)有望提供準(zhǔn)確，快速（實(shí)時(shí)）的檢查功能，并且一致的。這些技術(shù)的范圍從檢測(cè)到蘋(píng)果內(nèi)部的青紫到李斯特菌的10個(gè)細(xì)胞（一種特別強(qiáng)的食物病原體）到船上谷物中的昆蟲(chóng)侵襲。

環(huán)境質(zhì)量是基于傳感器的監(jiān)視可能會(huì)有所幫助的另一個(gè)領(lǐng)域。例如，動(dòng)物飼養(yǎng)員可以在受限動(dòng)物周?chē)褂每諝赓|(zhì)量監(jiān)測(cè)，以將氨氣或臭氣排放保持在可接受的范圍內(nèi)。對(duì)農(nóng)田中氮和磷的徑流進(jìn)行水監(jiān)測(cè)可幫助調(diào)節(jié)淡水藻類(lèi)繁殖和沿海帶缺氧?？焖贉?zhǔn)確地測(cè)量土壤中固碳的能力可以促進(jìn)碳信用和交易市場(chǎng)的更廣泛應(yīng)用。

但是，這些類(lèi)型的測(cè)量活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生特殊的問(wèn)題，因?yàn)楸粶y(cè)元素是分子元素，需要在大片土地上進(jìn)行量化。然而，這些應(yīng)用在科學(xué)上是可能的。仍需發(fā)展工程技術(shù)能力以使其經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

動(dòng)物生產(chǎn)中的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

像農(nóng)作物生產(chǎn)一樣，動(dòng)物生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)學(xué)的利潤(rùn)空間很小。這使得每只動(dòng)物的生長(zhǎng)，發(fā)育，繁殖和福祉對(duì)于盈利企業(yè)至關(guān)重要。當(dāng)前的技術(shù)使生產(chǎn)者可以監(jiān)視單個(gè)動(dòng)物的飼料消耗，飼養(yǎng)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，溫度，la行，產(chǎn)奶量，肉的成分和質(zhì)量以及體重增加，而這些過(guò)程通常不需要任何人工干預(yù)或參與。

基于各種乳汁特征，也可能估計(jì)發(fā)情或疾病的可能性。由于圍繞大型飼養(yǎng)操作的環(huán)境問(wèn)題，頻繁或連續(xù)的空氣和水監(jiān)控也變得很重要。這不僅涉及數(shù)據(jù)收集，還涉及數(shù)據(jù)分析以及可能的顆粒擴(kuò)散模型或水文模型。

盡管動(dòng)物標(biāo)簽已經(jīng)使用了數(shù)十年，但現(xiàn)在可以附加可以測(cè)量和記錄動(dòng)物狀況（例如溫度或心率）的電子標(biāo)簽。溫度升高可能表示發(fā)情發(fā)作或可能的疾病狀況。電子標(biāo)簽也可以用于識(shí)別和營(yíng)銷(xiāo)目的。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)或提議了許多用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的飼喂，測(cè)量和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在每只動(dòng)物的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)動(dòng)物護(hù)理和喂養(yǎng)的投資是巨大的。新的工具和技術(shù)可以幫助生產(chǎn)商獲得投資回報(bào)。

作物生產(chǎn)中的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

特定地點(diǎn)的作物管理（SSM）使用多種技術(shù)來(lái)分別管理田間的不同部分。田間自然的，固有的可變性意味著機(jī)械化耕作傳統(tǒng)上只能對(duì)“平均”土壤，養(yǎng)分，水分，雜草和生長(zhǎng)條件進(jìn)行作物處理。

必然地，這導(dǎo)致除草劑，農(nóng)藥，灌溉和化肥的過(guò)量使用和過(guò)量使用-除了那些真正平均水平的稀有場(chǎng)所之外。毯式應(yīng)用產(chǎn)生的化學(xué)過(guò)量物最終流失或從田間浸出到地下水和地表水中。當(dāng)前大多數(shù)SSM做法都將精確的全球定位與特定于位置的測(cè)量結(jié)合使用-現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集（例如土壤變量或蟲(chóng)害發(fā)生）或遙感數(shù)據(jù)（例如來(lái)自飛機(jī)或衛(wèi)星）-量化空間可變的現(xiàn)場(chǎng)條件。

然后，在田間作業(yè)中，根據(jù)記錄在管理區(qū)域地圖上的空間參考管理決策來(lái)調(diào)整治療方案。現(xiàn)在，正在開(kāi)發(fā)可以實(shí)時(shí)“隨時(shí)隨地”感測(cè)微場(chǎng)所特定條件并可以自動(dòng)調(diào)整處理以滿(mǎn)足每個(gè)場(chǎng)所獨(dú)特需求（可變速率施氮）的精密技術(shù)。后面這些類(lèi)型的技術(shù)不需要先驗(yàn)的空間信息，而是依賴(lài)于同時(shí)測(cè)量土壤或植物條件并進(jìn)行處理的能力。

實(shí)際上，SSM更類(lèi)似于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)實(shí)踐，在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)實(shí)踐中，小規(guī)模，非機(jī)械化農(nóng)業(yè)允許進(jìn)行空間可變的處理。當(dāng)時(shí)，農(nóng)民對(duì)每個(gè)田地的每個(gè)小角落都擁有深入的了解，并且由于農(nóng)藝實(shí)踐主要是手工的，因此可以很容易地將這些知識(shí)轉(zhuǎn)化為針對(duì)特定地點(diǎn)的文化實(shí)踐。

后來(lái)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化降低了勞動(dòng)力成本（主要投入成本），并允許大量增加產(chǎn)量，同時(shí)浪費(fèi)了其他更便宜的投入（肥料，除草劑）。由于這些其他成本在最近幾十年中已經(jīng)增加，并且現(xiàn)在正在考慮環(huán)境成本，因此生產(chǎn)商正在尋求可變利率技術(shù)，以最大程度地降低投入成本并減輕對(duì)環(huán)境的擔(dān)憂(yōu)。

林業(yè)精密農(nóng)業(yè)

由于涉及的地理區(qū)域很大（在許多情況下是偏遠(yuǎn)地區(qū)），遙感和地理信息系統(tǒng)在林業(yè)中的應(yīng)用早于在農(nóng)業(yè)中被采用。不健康樹(shù)木的葉子（無(wú)論是昆蟲(chóng)，疾病，干旱還是空氣污染）與健康樹(shù)葉的反射率不同。具有足夠的空間和波長(zhǎng)分辨率，在某些情況下，還可以區(qū)分不同的樹(shù)種。

因?yàn)闃?shù)木不是唯一可以與衛(wèi)星圖像（可以看到水，草地，灌木叢，巖石等）區(qū)別開(kāi)來(lái)的景觀(guān)特征，所以許多類(lèi)型的土地管理人員和政策制定者都可以使用詳細(xì)的土地特征度量。另外，由于將遙感數(shù)據(jù)與數(shù)字地形數(shù)據(jù)和地面庫(kù)存數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，可以形成詳細(xì)的風(fēng)景圖片。

光檢測(cè)和測(cè)距（LIDAR）使用激光傳感器以3D格式分析森林，以生成森林冠層的垂直結(jié)構(gòu)及其所在的地形。利用樹(shù)木的高度和樹(shù)冠信息，可以輕松估算樹(shù)木的直徑和生物量，以及其他森林特征。生物量估計(jì)對(duì)于預(yù)測(cè)碳儲(chǔ)量很重要。由于木材是主要的經(jīng)濟(jì)資源，因此在估算木材的數(shù)量和價(jià)值以及將每棵樹(shù)的一部分分配給其最佳木材產(chǎn)品方面也付出了很多努力。這些估計(jì)值使土地所有者可以更有效地管理林地，并在木材運(yùn)往適當(dāng)?shù)募庸S(chǎng)時(shí)減少浪費(fèi)。

雖然遙感在精密林業(yè)中發(fā)揮著重要作用，但“較少遙感”的遙感已經(jīng)引起人們的興趣并被采用?，F(xiàn)在，全球定位系統(tǒng)使庫(kù)存工作人員可以更輕松地定位永久性樣本地。在永久性地塊后，清查人員可以使用：（1）數(shù)碼相機(jī)對(duì)樹(shù)木成像（以供日后辦公室處理）并捕獲林下物種的存在和發(fā)展，以及（2）超聲設(shè)備以確定樹(shù)木的穩(wěn)健性和疾病發(fā)生率。

在某些木材采伐作業(yè)中，采伐設(shè)備能夠在砍伐樹(shù)木時(shí)測(cè)量并計(jì)算樹(shù)木的體積。然后，對(duì)于細(xì)化操作，操作員將確切知道何時(shí)已移除適當(dāng)?shù)哪静牧?。隨著機(jī)器人技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)（電子和機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)合）的不斷發(fā)展，可能會(huì)在林分中直接進(jìn)行更多的精確活動(dòng)。