無人機、機器人和GPS設備應用到高科技現代農業

　   3月23日，今天的現代農業已經進入高科技領域，大多數20世紀的農民甚至無法再認出它們。畢竟僅僅在100年前，美國現代農業剛剛用內燃機取代畜力。而在過去20年間，全球定位系統（GPS）、電子傳感器以及其他新式工具的出現，已經將農業進一步推向“科技仙境”。
 
　　除了時髦的空調和音響系統外，現代大型拖拉機的封閉艙室內還配備了計算機顯示器，可以顯示機械性能、農田位置、操作播種機等附帶設備等。今天令人感到驚異的這些技術，還只是未來農業的開始。自動駕駛機械和無人機將可以自動檢測和治療出現病蟲害的農作物，這些工具在那些被稱為“精準農業”的農場中將變得司空見慣。
 
　　所有這些高科技產品的最終目的是優化農業，無論是從經濟角度還是環境角度來看。我們只想找到最佳投入量（包括水、化肥、殺蟲劑、燃料以及勞動力等），以便更高效地種植高產作物。
 
　　GPS提供超本地化信息
 
　　每次至少有3顆軌道衛星可參與計算你的距離，幫助GPS提供你在地球上任何地方的精確位置信息。因此，配置有GPS接收器的農業機械能夠識別它們在農場中的位置，調解操作，以便在這個位置上最大化地提高生產力或效率。
 
　　以土壤施肥為例。農民可使用GPS接收器確定預選的農田，并收集其土壤樣本。然后對樣本進行實驗分析，并建立地理信息系統施肥圖。在本質上，這是一種計算機數據庫程序。利用這類地圖，農民就可精確確定每個取樣農田區的施肥量。變量技術（VRT）施肥機可以精確地在農田中噴灑所需肥料。這個過程就是“精準農業”的典范。
 
　　信息、分析與工具
 
　　“精準農業”要求在3個方面取得成功。它需要特定位置信息，比如土壤-肥力圖；它要求對特定位置信息進行理解，并有作出決策的能力；做出決策往往需要計算機的模擬幫助，后者需要利用數學和統計學分析土壤肥力與作物產量之間的可變關系。
 
　　最終，農民必須擁有實施管理決策的物理工具。比如，配置有GPS系統的變量技術施肥機可根據每塊農田位置自動調節施肥量。“精準農業”的其他例證還包括：根據土壤類型不同，施行不同的播種率；利用傳感器來識別雜草、疾病或害蟲，以便使用最相配的殺蟲劑等。
 
　　特定位置信息的作用除了幫助繪制土壤條件地圖和提高產量外，還可利用衛星圖片顯示農作物的健康狀況。現在，無人機可以收集高度清晰的農作物和農田照片。這些照片通過計算機分析可顯示不同的反射光，據此科學家可了解農作物的健康狀況和土壤類型等。比如，圖中健康作物呈現清晰的亮色，而有病作物則呈現暗色，這可以被用于確定棉根腐病的存在。將來，農民或只需對感染區進行治療。無人機的優勢還包括成本低廉、照片細節清晰等，但有關它們在農業領域使用的合法性依然在探討中。
 
　　自動化
 
　　自動導航，即以GPS為基礎的系統可指引拖拉機以更加精確的模式作業，甚至超過真人操作。當前，安全擔憂完全限制了更小機械的無人駕駛潛力。全自動或機器人耕種機械已經開始小規模地出現在高利潤農業中，比如葡萄、苗圃作物、某些水果和蔬菜等。
 
　　自動機械可以取代人類，完成更加繁瑣的任務，比如手工收割蔬菜。他們利用傳感技術，包括機械視覺，可檢測位置、莖葉大小等信息，然后在作業過程中通知機械。日本已經成為這一領域的領導者。日本農業往往被劃分成更小的田塊，該國也是機器人技術也處于世界領先水平。但是自動機械在美國也正在崛起，特別是加州，那里有美國許多特產作物。
 
　　飛行機器人的發展將導致當前大多數人類操作的無人機被取代，它們擁有機械視覺和類似人手的鉗子。許多偵察任務，比如病蟲害，要求人走到很遠的地方，獲取代表植物的葉片，然后反復查看其是否存在病蟲害。研究人員正開發一種技術，可以利用飛行機器人執行這些任務，無需人類參與。
 
　　育種+傳感器+機器人
 
　　高通量植物表型（HTPP）是一種未來化“精準農業”技術，它是遺傳學、傳感器以及機器人的結合體。它可被用于研發新的作物品種，或提高作物營養含量、耐抗旱以及抗病蟲害的能力。HTPP技術采用多個傳感器測量植物的重要物理數據，比如高度、葉片數量、大小、形狀、角度、顏色、枯萎程度、莖厚、結果數量等。這些都屬于表型特征，也是植物遺傳代碼的物理表達。科學家可以將這些數據與特定植物的已知遺傳數據對比。
 
　　再加上傳感器，科學家可以非常迅速地獲得成千上萬種植物的表型特征，育種學家和遺傳學家可據此決定哪些品種將被排除，哪些可進一步測試，這將大大加速農作物改良的進程。
 
　　過去20年間，農業生產領域已經發生巨變。很難想象未來數年內，其將發展到何種程度。但是農業高科技創新的步伐只會越來越大。如果10年后看到這樣一幕，請不必感到驚訝：你沿著高速公路駕車行駛，看到有小型直升機在農田上空飛行，并降落到農作物身上，利用機器鉗子采摘葉片、利用照相機和機械視覺查看病蟲害，隨后重新起飛查看其他農作物。