數(shù)據(jù)采集??為農(nóng)業(yè)4.0提供動(dòng)力

農(nóng)民正在收集傳感器數(shù)據(jù)，以從預(yù)防性農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)向預(yù)測(cè)性農(nóng)業(yè)。

從一開始，工業(yè)革命就以自動(dòng)化生產(chǎn)過程為中心?，F(xiàn)在我們已經(jīng)進(jìn)入了工業(yè)4.0時(shí)代，大多數(shù)工業(yè)流程都以數(shù)據(jù)為中心，一般涉及數(shù)據(jù)操作五個(gè)步驟：收集、傳輸、存儲(chǔ)、分析，最后是展示。最后一步是讓人類參與其中，但數(shù)據(jù)也可以反饋到一些驅(qū)動(dòng)設(shè)備，將過程帶入機(jī)器人領(lǐng)域。

過去兩個(gè)世紀(jì)以來(lái)，農(nóng)業(yè)也未能幸免于工業(yè)化，近年來(lái)，農(nóng)業(yè) 4.0 勢(shì)頭強(qiáng)勁。正如工業(yè)生產(chǎn)向數(shù)據(jù)管理過渡一樣，農(nóng)業(yè)現(xiàn)在也在走這條路。傳統(tǒng)上服務(wù)于工業(yè)領(lǐng)域的公司現(xiàn)在為農(nóng)業(yè)部門提供類似的以數(shù)據(jù)為中心的方法，我們甚至看到農(nóng)業(yè)設(shè)備制造商擴(kuò)展到工業(yè)設(shè)備制造領(lǐng)域。盡管與傳統(tǒng)工業(yè)制造業(yè)相比，農(nóng)業(yè)通常具有非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的特征，但以數(shù)據(jù)為中心的新技術(shù)的多功能性正在幫助農(nóng)業(yè)成為一個(gè)以與汽車或航空航天相同的方式進(jìn)行試點(diǎn)的行業(yè)。農(nóng)民像其他工程師一樣成為工程師。

這一切都始于 1990 年代高價(jià)值乳制品行業(yè)的第一臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備——主要是來(lái)自瑞典制造商利拉伐和荷蘭 Lely 等公司的擠奶機(jī)。與此同時(shí)，總部位于日本的 Satake 和總部位于瑞士的 Bühler 等公司開發(fā)了谷物，特別是大米的光學(xué)分選機(jī)。其中一些分揀技術(shù)最終再次用于高端農(nóng)產(chǎn)品，如葡萄園葡萄。法國(guó)南部的 Pellenc 開發(fā)了這種機(jī)器人設(shè)備，將農(nóng)民轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)科學(xué)家。

事實(shí)上，一旦新一代農(nóng)民實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，他們就有機(jī)會(huì)更進(jìn)一步，不僅被動(dòng)地關(guān)注產(chǎn)量，而且主動(dòng)采取行動(dòng)提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。過去的小規(guī)模農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)可以依靠農(nóng)民的眼睛和直覺來(lái)監(jiān)控日?；顒?dòng)，而今天的巨大農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)不再依賴人類的感官。數(shù)據(jù)技術(shù)已成為引導(dǎo)農(nóng)場(chǎng)朝著正確方向發(fā)展的核心。無(wú)論是放牧、農(nóng)作物生產(chǎn)，還是葡萄酒等高端生產(chǎn)，數(shù)據(jù)都是農(nóng)業(yè)4.0的重點(diǎn)。

相機(jī)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)管理的最佳示例之一是使用無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)田地?？偛课挥诎屠璧?Parrot 是該領(lǐng)域的關(guān)鍵參與者，這在很大程度上要?dú)w功于其美國(guó)子公司 MicaSense。然而，這家法國(guó)公司在 1 月份宣布，它已同意以 2300 萬(wàn)美元的價(jià)格將 MicaSense 出售給總部位于美國(guó)的數(shù)據(jù)收集、分析、航空成像服務(wù)和無(wú)人機(jī)公司 AgEagle Aerial。MicaSense 開發(fā)了一種使用不同波長(zhǎng)計(jì)算歸一化差異植被指數(shù) （NDVI） 地圖的相機(jī)，這已成為監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)和發(fā)現(xiàn)問題區(qū)域的公認(rèn)方法?，F(xiàn)在最先進(jìn)的方法是將 NDVI 地圖下載到拖拉機(jī)，從而調(diào)整輸送到田間的肥料。

美國(guó)聯(lián)邦航空管理局 （FAA） 最近報(bào)告稱，在美國(guó)注冊(cè)的 160 萬(wàn)架無(wú)人機(jī)中，有 7% 用于農(nóng)業(yè)用途。這代表美國(guó)有超過 100，000 架活躍的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)。雖然只占整個(gè)商用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的一小部分，但農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域已成為一個(gè)重要的創(chuàng)收現(xiàn)實(shí)。數(shù)據(jù)的收集越來(lái)越成為機(jī)器人的角色。無(wú)論是自動(dòng)化谷倉(cāng)、農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)還是自動(dòng)拖拉機(jī)，數(shù)據(jù)不再是新的石油；這是新作物。

IMU在農(nóng)業(yè)中的利用

智能農(nóng)業(yè)中使用的機(jī)器人主要分為兩大類：空中（無(wú)人機(jī)）和陸上（如拖拉機(jī)和收割機(jī)）。在這兩種情況下，機(jī)器人的功能都依賴于各種類型的傳感器。其中一項(xiàng)功能是用于導(dǎo)航和穩(wěn)定的慣性系統(tǒng)，它必須滿足高性能、可靠性和準(zhǔn)確性的要求；低偏置漂移；低偏置不穩(wěn)定性；并且在溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的性能——所有這些都以可承受的價(jià)格——證明投資的合理性。

無(wú)人機(jī)可以（通過攝像頭）監(jiān)測(cè)農(nóng)田的健康和狀況，通常用于中小型農(nóng)田（《20 公頃）的施肥，作為更昂貴的飛機(jī)施肥解決方案的替代方案。將相機(jī)對(duì)準(zhǔn)地面時(shí)，無(wú)人機(jī)導(dǎo)航和穩(wěn)定非常重要，因?yàn)橛斜匾老鄼C(jī)正在捕捉什么。在 10 米的高度，5° 的誤差會(huì)導(dǎo)致 80 厘米的誤差。

雖然 GPS 對(duì)于無(wú)人機(jī)導(dǎo)航可能足夠準(zhǔn)確，但相機(jī)穩(wěn)定需要強(qiáng)大的慣性測(cè)量單元 （IMU） 解決方案。

用于農(nóng)業(yè)的陸基機(jī)器人車輛導(dǎo)航作物行，需要厘米級(jí)精度以避免損壞植物。這些機(jī)器中的大多數(shù)都具有精確的 GPS 系統(tǒng)，可以讓駕駛員知道車輛的位置并防止雙重受精或缺乏受精。然而，在機(jī)器人行駛的情況下，GPS 可能會(huì)受到限制，例如在樹下，信號(hào)可能會(huì)丟失。這就是需要 IMU 或姿態(tài)航向參考系統(tǒng) （AHRS） 解決方案的地方?；?a target="_blank">微機(jī)電系統(tǒng) （MEMS） 的 IMU 裝備精良，可滿足陸地應(yīng)用對(duì)高性能和低尺寸、重量、功耗和成本 （SWAP-C） 的要求。

審核編輯：郭婷