到2050年，世界人口預計將達到90億。雖然地球上的人口數量會增加，但可用于農業(yè)的土地數量是有限的 —— 可耕地面積的有限性使得每一塊土地都需要更高的產量以滿足不斷增長的人口需求。

受氣候變化的影響，可能會導致生產更多的糧食變得越發(fā)困難。溫暖的大氣層含有更多的水分，使得產生強烈暴雨的可能性更大。氣候變化也可能增加干旱的風險。同時氣溫升高可能會增加植物發(fā)生病蟲害的可能性。

IEEE高級會員、葡萄牙里斯本大學教授Octavian Adrian Postolache指出，農民可能無法依靠過去的經驗來種植未來的作物。

精準農業(yè)可能是解決其中一些緊迫挑戰(zhàn)的關鍵。

在最近的一次網絡研討會上，作為IEEE儀器與測量協(xié)會杰出講師項目的一部分（https://ieee-ims.org/smart-sensing-systems-and-ai-precision-agriculture-climate-changes-era），Postolache描述了通過整合物聯(lián)網、衛(wèi)星技術、無人機、云計算、移動連接和人工智能等技術，為農業(yè)帶來新的可能性。

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什么是精準農業(yè)？

精準農業(yè)一詞是指為水、農藥和化肥等農業(yè)投入找到“黃金地帶”的技術組合，以最大限度地提高產量和效率。這是關于這些投入的適量性——不要太多以至于多余的投入被浪費，也不要太少以至于農民的產量低于他們的能力。

它出現在20世紀90年代，通過使用GPS引導的拖拉機（https://spectrum.ieee.org/john-deere-and-the-birth-of-precision-agriculture），農民可以減少作物行之間的寬度，從而增加他們在一塊土地上的種植量。拖拉機主要用于種植玉米和小麥等行作物的大型農場。根據美國農業(yè)部的數據（https://www.ars.usda.gov/oc/utm/benefits-and-evolution-of-precision-agriculture/），在美國，一半的大型行作物生產農場依賴拖拉機指導。但精準農業(yè)并不局限于拖拉機。人們越來越多地使用無人機施用殺蟲劑。

但在美國和世界各地，中小型農場占農業(yè)生產的大部分。把精準農業(yè)的工具交到這些農民手中可以幫助提高產量。Postolache設想了這一領域的大規(guī)模發(fā)展，他稱之為“以固定和移動節(jié)點為特征的分布式傳感系統(tǒng)”。他說，這些工具現在已經可用。

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新興工具

根據聯(lián)合國的一份報告，撒哈拉以南非洲和亞洲80%的糧食來自小農場。新興的精準農業(yè)工具可能能夠為較小的農場和種植行作物以外的作物的農場提供服務。

這些工具包括以下內容：

土壤傳感器測量土壤中的水分含量和養(yǎng)分，如氮、鉀和磷。過度澆水和過度施肥在農業(yè)中很常見。土壤傳感器可以用來準確識別需要關注的地區(qū)，并使農民能夠減少不需要的化肥使用。Postolache的網絡研討會詳細介紹了為此目的開發(fā)的幾種傳感器、使用它們的一些條件以及校準它們的氣象考慮因素。

無人機和衛(wèi)星可用于遙感，以監(jiān)測缺水、害蟲滲透或植物健康地區(qū)。無人機還可以用于精確灌溉以及化肥和農藥的施用。此外，Postolache的網絡研討會指出，無人機和衛(wèi)星數據可以與固定土壤傳感器協(xié)同工作，創(chuàng)建農場的全面圖像。

云和霧計算，用于存儲和分析傳感器和無人機收集的數據。霧計算架構將有助于在較小的設備上存儲和處理數據，使自動化決策更接近來源。

移動通信，便于將數據從物聯(lián)網設備和傳感器傳輸到云端。平板電腦和智能手機等移動設備可能是精準農業(yè)中最重要的工具之一，可以用來控制單個設備和機器。

人工智能可以更好地利用數據，這是精準農業(yè)的生命線。例如，想象一下，一個農民檢測到某種形式的作物損失，但無法確定其來源。農民可能能夠使用圖像識別系統(tǒng)來識別造成損害的害蟲。該系統(tǒng)可能進一步建議減輕損害的最佳行動方案。人工智能還可以幫助農民灌溉作物和優(yōu)化投入。

精準農業(yè)誕生于傳統(tǒng)農業(yè)實踐與現代技術的結合，已成為高效和可持續(xù)農業(yè)的基石。數據分析與古老的農業(yè)傳統(tǒng)的融合不僅是一種技術進化，也是實現全球糧食安全和可持續(xù)農業(yè)的必要步驟。通過定制農場投入的部署和實時監(jiān)測作物健康狀況，精準農業(yè)有助于培育更具生產力和可持續(xù)性的農業(yè)景觀，確保各種規(guī)模的農場都能在當今的數字時代蓬勃發(fā)展。