氣候變化時代的大數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)
預(yù)計到2050年，全球人口將超過96億，他們?nèi)夹枰詵|西。這將要求我們在短短35年內(nèi)，使全球糧食產(chǎn)量翻倍。擔子不可謂不重?？紤]到氣候變化已經(jīng)對作物產(chǎn)量造成了顯著的負面影響，農(nóng)民需要得到盡可能多的幫助。步入“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”時代，一系列強大的大數(shù)據(jù)工具正在幫助農(nóng)民降低成本、提高產(chǎn)量和應(yīng)對氣候變化導(dǎo)致的環(huán)境新挑戰(zhàn)。
一部創(chuàng)新史：在氣候變化的影響下
毫無疑問，農(nóng)業(yè)早已開始轉(zhuǎn)向更注重數(shù)據(jù)驅(qū)動的實踐。當今的農(nóng)場到處是令人驚嘆的工程機械，這得益于幾十年來自動化和其他先進技術(shù)的發(fā)展，旨在用更少的人力生產(chǎn)出更多的糧食。種子由播種機自動播種，誤差僅為幾厘米。收割機在GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的指引下收割作物，達到了令人難以置信的精度。而且，無線網(wǎng)絡(luò)的拓展(現(xiàn)已在農(nóng)村地區(qū)全面安裝)能夠把有關(guān)土壤水分和其他環(huán)境因素的數(shù)據(jù)(如天氣)傳送到遠程服務(wù)器以供分析。
自動播種機是真正的工程奇跡
然而，雖然農(nóng)業(yè)技術(shù)取得了不可思議的進步，但氣候變化導(dǎo)致作物面臨不斷變化和(或)不利的生長環(huán)境，使自動化給世界各地農(nóng)民帶來的很多好處已然或開始變得蕩然無存。為此，我們需要加大創(chuàng)新力度。
氣候變化正在影響作物產(chǎn)量和抬高糧食價格
氣候變化正在影響作物產(chǎn)量。在世界上最重要的一些糧食產(chǎn)地，玉米和小麥的產(chǎn)量均出現(xiàn)下滑。例如，中國的玉米產(chǎn)量已減少7%，俄羅斯的小麥產(chǎn)量則重挫14%。
大數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
農(nóng)業(yè)有很多種形式，但無論是種植玉米的“巨型農(nóng)場”，還是釀造美酒的精品酒莊，各種農(nóng)業(yè)形式總是存在著幾個共同點：作物健康的重要性、成本效率和對利潤的需求。要是賺不到錢，農(nóng)場就經(jīng)營不下去。病蟲害泛濫、水分匱乏或不均、天氣不好和肥料昂貴，這些只是農(nóng)民為了保證盈利而所要面對的部分挑戰(zhàn)。
正如上文所說，雖然自動化系統(tǒng)令人驚嘆，土壤科學進步明顯，但氣候變化正在使局面變得越來越困難(具體取決于農(nóng)場的位置)。盡管如此，已有一些新的工具上線，使農(nóng)民有了更多的武器來應(yīng)付困難局面，比如無人機、價格低廉的聯(lián)網(wǎng)傳感器和強大的分析軟件，它們能按小時監(jiān)控現(xiàn)場變化，以實現(xiàn)快速響應(yīng)。
“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”這個名詞，就是指利用成本越來越低的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來提高產(chǎn)量(就該實例而言)，幫助農(nóng)民“贏得越來越艱苦的作物種植競賽”。
Climate Corporation是一家數(shù)據(jù)建模公司，在2013年被可持續(xù)農(nóng)業(yè)巨頭孟山都(Monsato Corporation)以9.3億美元收購。該公司首席執(zhí)行官大衛(wèi)·弗里德伯格(David Friedberg)說得好：
“農(nóng)業(yè)正在從直覺決策向分析決策轉(zhuǎn)變。”
大數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)實例
基思·拉雷比(Keith Larrabee)是一名農(nóng)場主，在美國加州薩克拉門托河谷擁有4,000英畝土地。盡管靠山近水，他那種植核桃和山核桃的果園還有3,000英畝稻田的灌溉用水和水價卻總是讓他放心不下。
24個月前，他開始把多支探測器按一定間隔插入堅果園土壤下5英尺處，測量每一處的土壤水分。
起初，拉雷比首次使用那些傳感器的時候，他不得不親自走到田間地頭，一個一個地查看和記錄這些傳感器的數(shù)據(jù)。這非常辛苦，而且要耗費好幾個小時。
他沒有那么多的時間，因此只能一周一次，有時甚至更少。但現(xiàn)如今，他每隔15分鐘就能得到這25個傳感器的數(shù)據(jù)，因為這些傳感器已經(jīng)以無線方式接入到了覆蓋整個果園的太陽能信息收集站網(wǎng)絡(luò)中。其中一個收集站會通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號，把收集到的信息發(fā)送到主數(shù)據(jù)庫。拉雷比可使用筆記本電腦、平板電腦和智能手機來登錄和查看數(shù)據(jù)，基本沒有延遲。
無線聯(lián)網(wǎng)的土壤水分、作物產(chǎn)量、種子密度和肥料濃度傳感器，為拉雷比提供了所種作物的最新信息，一分鐘都不會耽誤。
拉雷比使用了一款名叫PTC ThingWorx的軟件。該軟件為每個傳感器提供了兩種警示顏色：藍色表示水量過多，紅色表示水量不足。再結(jié)合附近氣象站的數(shù)據(jù)，拉雷比能夠更加清楚地知道恰當?shù)墓喔葧r機、位置和水量。灌溉可以按照他的目標進行調(diào)整，不管他是想促進作物生長，還是想避免霜凍。拉雷比說：
“我們做的所有事情，水泵的每次啟動，全都是要花錢的。如果我能按照我的需求，準確地控制灌溉，我就不會面臨任何浪費的危險，也能夠更好地管理果園的健康狀況。我認為這就意味著壽命更長的果園、長勢更好的作物和質(zhì)量更高的產(chǎn)品。”
不用說，利用這種高效的“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”，拉雷比也獲得了更多的營收和更多的利潤。
“農(nóng)用無人機”時代和精準農(nóng)業(yè)
無人機是另一種越來越方便農(nóng)民部署使用的大數(shù)據(jù)工具，正在變得極為有用，尤其是在大型作業(yè)方面。無人機能收集航拍數(shù)據(jù)，幫助農(nóng)民更好地了解和預(yù)測作物產(chǎn)量，確定作物健康狀況和雜草生長情況，評估蟲害程度，也許還有最重要的一點(就環(huán)境可持續(xù)性而言)，監(jiān)控肥料和灌溉的覆蓋情況及施用水平。
使用載人飛機拍攝作物的費用超過每小時1,000美元，而使用無人機的成本就要低得多。只需要不到1,000美元就能買到一架無人機，具體價格取決于機型。不過在實際投用前，使用者必須先向聯(lián)邦航空局(FAA)申請和取得無人機飛行許可。
無人機噴灑殺蟲劑，快速、高效、目標明確
無人機可被用于完成多種多樣的農(nóng)事：
從殺蟲劑和肥料的精準投放，到多種格式的航拍影像，無人機正在努力幫助我們提高農(nóng)業(yè)效率
除了殺蟲劑的精準投放以外，無人機還具有強大的成像能力，遠遠不只是航拍照片那么簡單。以下這張紅外圖像被用來查明作物健康狀況欠佳的區(qū)域，根據(jù)葉綠素水平進行分辨。再加上衛(wèi)星數(shù)據(jù)和其他的傳感器信息，比如水分水平和肥料分配，就可以弄清楚低產(chǎn)區(qū)出現(xiàn)的原因：
無人機可提供紅外圖像，上圖是在探測葉綠素水平。
對于連續(xù)性較強的自動化無人機作業(yè)，德國Skysense公司開發(fā)了一套無人機系統(tǒng)，配備田間充電板和機棚。有限的電池容量和高昂的現(xiàn)場操作員雇傭成本，嚴重限制了更多傳統(tǒng)的無人機作業(yè)。以下這張照片顯示了Skysense無人機及其具劃時代意義的充電板。
德國Skysense農(nóng)用無人機和田間自動充電板
Skysense充電板采用結(jié)實又防水的鋁板，供無人機著陸的面積很大，可進行無線充電。它非常薄，只有1.5英寸(不到4厘米)厚，而且非常輕，僅重4磅(不到2公斤)。這種充電板的充電速度和常規(guī)充電器一樣快，支持市面上幾乎所有的多旋翼和垂直起降無人機。
Skysense機棚則是正在開發(fā)階段的另一款產(chǎn)品，供無人機在飛行間歇?？亢统潆?。這種機棚采用防護結(jié)構(gòu)，包含充電板，可遠程控制，并且可以在無人機和云數(shù)據(jù)存儲之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。
總結(jié)
對農(nóng)業(yè)而言，作物產(chǎn)量和經(jīng)營成本是成敗關(guān)鍵。降低成本的同時保持或提高產(chǎn)量，是顯而易見的務(wù)農(nóng)目標。在利潤萎縮的時候，能提高利潤的技術(shù)必將受到田間勞動者的高度關(guān)注。為了說明這一點，請看以下數(shù)字：種植玉米的凈利潤為每英畝25至50美元，因此一間面積為1,000英畝的農(nóng)場就只有2.5萬至5萬美元凈利!農(nóng)民通常并不富裕。
所以也難怪他們會想方設(shè)法利用技術(shù)來更好地預(yù)測、了解和(或)應(yīng)對自然環(huán)境，尤其是在氣候變化給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大困擾的情況下。大數(shù)據(jù)解決方案、云軟件、農(nóng)用無人機和精準農(nóng)業(yè)是現(xiàn)在和未來的工具，希望它們能讓作物茁壯成長、提高產(chǎn)量，讓越來越多的全球人口都能填飽肚子。
