气候变化时代的大数据农业

虽然自动化系统令人惊叹，土壤科学进步明显，但气候变化正在使局面变得越来越困难(具体取决于农场的位置)。尽管如此，已有一些新的工具上线，使农民有了更多的武器来应付困难局面，比如无人机、价格低廉的联网传感器和强大的分析软件，它们能按小时监控现场变化，以实现快速响应。“农业物联网”这个名词，就是指利用成本越来越低的联网技术来提高产量(就该实例而言)，帮助农民“赢得越来越艰苦的作物种植竞赛”。

每个传感器提供了两种警示颜色：蓝色表示水量过多，红色表示水量不足。再结合附近气象站的数据，拉雷比能够更加清楚地知道恰当的灌溉时机、位置和水量。灌溉可以按照他的目标进行调整，不管他是想促进作物生长，还是想避免霜冻。

原文翻译：

预计到2050年，全球人口将超过96亿，他们全都需要吃东西。这将要求我们在短短35年内，使全球粮食产量翻倍。担子不可谓不重。考虑到气候变化已经对作物产量造成了显著的负面影响，农民需要得到尽可能多的帮助。步入“农业物联网”时代，一系列强大的大数据工具正在帮助农民降低成本、提高产量和应对气候变化导致的环境新挑战。

一部创新史：在气候变化的影响下

毫无疑问，农业早已开始转向更注重数据驱动的实践。当今的农场到处是令人惊叹的工程机械，这得益于几十年来自动化和其他先进技术的发展，旨在用更少的人力生产出更多的粮食。种子由播种机自动播种，误差仅为几厘米。收割机在GPS卫星定位导航系统的指引下收割作物，达到了令人难以置信的精度。而且，无线网络的拓展(现已在农村地区全面安装)能够把有关土壤水分和其他环境因素的数据(如天气)传送到远程服务器以供分析。

自动播种机是真正的工程奇迹

然而，虽然农业技术取得了不可思议的进步，但气候变化导致作物面临不断变化和(或)不利的生长环境，使自动化给世界各地农民带来的很多好处已然或开始变得荡然无存。为此，我们需要加大创新力度。

气候变化正在影响作物产量和抬高粮食价格

气候变化正在影响作物产量。在世界上最重要的一些粮食产地，玉米和小麦的产量均出现下滑。例如，中国的玉米产量已减少7%，俄罗斯的小麦产量则重挫14%。

大数据农业和农业物联网

农业有很多种形式，但无论是种植玉米的“巨型农场”，还是酿造美酒的精品酒庄，各种农业形式总是存在着几个共同点：作物健康的重要性、成本效率和对利润的需求。要是赚不到钱，农场就经营不下去。病虫害泛滥、水分匮乏或不均、天气不好和肥料昂贵，这些只是农民为了保证盈利而所要面对的部分挑战。

正如上文所说，虽然自动化系统令人惊叹，土壤科学进步明显，但气候变化正在使局面变得越来越困难(具体取决于农场的位置)。尽管如此，已有一些新的工具上线，使农民有了更多的武器来应付困难局面，比如无人机、价格低廉的联网传感器和强大的分析软件，它们能按小时监控现场变化，以实现快速响应。

“农业物联网”这个名词，就是指利用成本越来越低的联网技术来提高产量(就该实例而言)，帮助农民“赢得越来越艰苦的作物种植竞赛”。

Climate Corporation是一家数据建模公司，在2013年被可持续农业巨头孟山都(Monsato Corporation)以9.3亿美元收购。该公司首席执行官大卫·弗里德伯格(David Friedberg)说得好：

“农业正在从直觉决策向分析决策转变。”

大数据农业实例

基思·拉雷比(Keith Larrabee)是一名农场主，在美国加州萨克拉门托河谷拥有4,000英亩土地。尽管靠山近水，他那种植核桃和山核桃的果园还有3,000英亩稻田的灌溉用水和水价却总是让他放心不下。

24个月前，他开始把多支探测器按一定间隔插入坚果园土壤下5英尺处，测量每一处的土壤水分。

起初，拉雷比首次使用那些传感器的时候，他不得不亲自走到田间地头，一个一个地查看和记录这些传感器的数据。这非常辛苦，而且要耗费好几个小时。

他没有那么多的时间，因此只能一周一次，有时甚至更少。但现如今，他每隔15分钟就能得到这25个传感器的数据，因为这些传感器已经以无线方式接入到了覆盖整个果园的太阳能信息收集站网络中。其中一个收集站会通过蜂窝网络信号，把收集到的信息发送到主数据库。拉雷比可使用笔记本电脑、平板电脑和智能手机来登录和查看数据，基本没有延迟。

无线联网的土壤水分、作物产量、种子密度和肥料浓度传感器，为拉雷比提供了所种作物的最新信息，一分钟都不会耽误。

拉雷比使用了一款名叫PTC ThingWorx的软件。该软件为每个传感器提供了两种警示颜色：蓝色表示水量过多，红色表示水量不足。再结合附近气象站的数据，拉雷比能够更加清楚地知道恰当的灌溉时机、位置和水量。灌溉可以按照他的目标进行调整，不管他是想促进作物生长，还是想避免霜冻。拉雷比说：

“我们做的所有事情，水泵的每次启动，全都是要花钱的。如果我能按照我的需求，准确地控制灌溉，我就不会面临任何浪费的危险，也能够更好地管理果园的健康状况。我认为这就意味着寿命更长的果园、长势更好的作物和质量更高的产品。”

不用说，利用这种高效的“农业物联网”，拉雷比也获得了更多的营收和更多的利润。

“农用无人机”时代和精准农业

无人机是另一种越来越方便农民部署使用的大数据工具，正在变得极为有用，尤其是在大型作业方面。无人机能收集航拍数据，帮助农民更好地了解和预测作物产量，确定作物健康状况和杂草生长情况，评估虫害程度，也许还有最重要的一点(就环境可持续性而言)，监控肥料和灌溉的覆盖情况及施用水平。

使用载人飞机拍摄作物的费用超过每小时1,000美元，而使用无人机的成本就要低得多。只需要不到1,000美元就能买到一架无人机，具体价格取决于机型。不过在实际投用前，使用者必须先向联邦航空局(FAA)申请和取得无人机飞行许可。

无人机喷洒杀虫剂，快速、高效、目标明确

无人机可被用于完成多种多样的农事：

从杀虫剂和肥料的精准投放，到多种格式的航拍影像，无人机正在努力帮助我们提高农业效率

除了杀虫剂的精准投放以外，无人机还具有强大的成像能力，远远不只是航拍照片那么简单。以下这张红外图像被用来查明作物健康状况欠佳的区域，根据叶绿素水平进行分辨。再加上卫星数据和其他的传感器信息，比如水分水平和肥料分配，就可以弄清楚低产区出现的原因：

无人机可提供红外图像，上图是在探测叶绿素水平。

对于连续性较强的自动化无人机作业，德国Skysense公司开发了一套无人机系统，配备田间充电板和机棚。有限的电池容量和高昂的现场操作员雇佣成本，严重限制了更多传统的无人机作业。以下这张照片显示了Skysense无人机及其具划时代意义的充电板。

德国Skysense农用无人机和田间自动充电板

Skysense充电板采用结实又防水的铝板，供无人机着陆的面积很大，可进行无线充电。它非常薄，只有1.5英寸(不到4厘米)厚，而且非常轻，仅重4磅(不到2公斤)。这种充电板的充电速度和常规充电器一样快，支持市面上几乎所有的多旋翼和垂直起降无人机。

Skysense机棚则是正在开发阶段的另一款产品，供无人机在飞行间歇停靠和充电。这种机棚采用防护结构，包含充电板，可远程控制，并且可以在无人机和云数据存储之间实现数据同步。

总结

对农业而言，作物产量和经营成本是成败关键。降低成本的同时保持或提高产量，是显而易见的务农目标。在利润萎缩的时候，能提高利润的技术必将受到田间劳动者的高度关注。为了说明这一点，请看以下数字：种植玉米的净利润为每英亩25至50美元，因此一间面积为1,000英亩的农场就只有2.5万至5万美元净利!农民通常并不富裕。

所以也难怪他们会想方设法利用技术来更好地预测、了解和(或)应对自然环境，尤其是在气候变化给农业生产带来巨大困扰的情况下。大数据解决方案、云软件、农用无人机和精准农业是现在和未来的工具，希望它们能让作物茁壮成长、提高产量，让越来越多的全球人口都能填饱肚子。