智能農(nóng)業(yè)依賴傳感器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

作者：Richard Quinnell，特別項(xiàng)目總編輯

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和數(shù)據(jù)分析這兩個(gè)強(qiáng)大的趨勢(shì)正在為其工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用產(chǎn)生大量新聞。但在這些技術(shù)的應(yīng)用中，還有另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域正在悄然興起：食品生產(chǎn)。農(nóng)民通過(guò)更有針對(duì)性地利用化肥和水等資源來(lái)提高產(chǎn)量、減少損失并降低成本。這種“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的起點(diǎn)是數(shù)據(jù)，傳感器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在收集數(shù)據(jù)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)主要涉及三種平臺(tái)類型：空中、地面移動(dòng)和固定系統(tǒng)。盡管也有一些重疊，但平臺(tái)類型傾向于使用的傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)確實(shí)有所不同。不過(guò)，這些平臺(tái)共享的一件事是，針對(duì)這一應(yīng)用領(lǐng)域的許多競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的功能集具有巨大的多樣性。

空中平臺(tái)尋求使用遙感從上方收集有關(guān)農(nóng)作物和田地的數(shù)據(jù)。傳感器可能位于有人駕駛的飛機(jī)或衛(wèi)星上，但越來(lái)越多地由固定翼或多直升機(jī)設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī) (UAV) 攜帶。配備精密定位傳感器（例如u-bloxZED-F9P 精密 GNSS 模塊）的無(wú)人機(jī)特別適用于勘測(cè)中小型田地以進(jìn)行植物健康監(jiān)測(cè)，而飛機(jī)和衛(wèi)星則可提供更大區(qū)域的勘測(cè)。

植物健康監(jiān)測(cè)中的主要傳感器是多光譜相機(jī)，可以在可見(jiàn)光和近紅外 (NIR) 光下拍攝高分辨率圖像。大多數(shù) CMOS 圖像傳感器可以提供這樣的圖像，盡管大多數(shù)商用相機(jī)不能。這種明顯矛盾的關(guān)鍵在于過(guò)濾。

下圖顯示了典型 CMOS 圖像傳感器（在本例中來(lái)自安森美半導(dǎo)體）的量子效率（即靈敏度）與 波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系。該傳感器在典型的拜耳排列中包括內(nèi)置的紅色、綠色和藍(lán)色濾光片，但即使使用藍(lán)色濾光片，在 IR 波長(zhǎng)上仍然具有相當(dāng)高的靈敏度。因此，大多數(shù)通用相機(jī)在傳感器前面添加了一個(gè)紅外阻擋濾光片，以更準(zhǔn)確地呈現(xiàn)可見(jiàn)光著色。

典型的彩色圖像傳感器還包括通用相機(jī)試圖過(guò)濾掉的 NIR 靈敏度。（圖片：安森美半導(dǎo)體）

IR 感測(cè)然而，對(duì)于植物健康監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，這種 IR 靈敏度是一件好事。與受脅迫的植物相比，健康植物的葉子會(huì)反射更多的紅外線并吸收更多的紅光。這導(dǎo)致植物科學(xué)家將“標(biāo)準(zhǔn)化差異植被指數(shù)”(NDVI) - (NIR ? Red)/(NIR + Red) 定義為植物健康的衡量標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)正確的過(guò)濾和一些基本的圖像處理，CMOS 圖像傳感器可以變成像SenteraAGX710 這樣的 NDVI 傳感器?？罩衅脚_(tái)提供了使用單個(gè)系統(tǒng)調(diào)查整個(gè)田地的植物健康所需的視角。

審核編輯 黃昊宇