未来,农民是“世界上最酷的职业” 智能农业

高科技不仅可以促进城市发展,同样能助力农业发展—未来的农民不会再过着面朝黄土背朝天的生活,畜牧业的发展方式也会发生翻天覆地的变化。

  现在,人们对农产品的需求量在增加,农产品的生产成本也呈上涨趋势—价格增长较快的是原材料和能源。与此同时,农产品的价格却在下跌,尤其是传统农产品的价格。农业要振兴,就必须实现高效生产以及增加产量。

  眼下的农民都成了技术专家—他们开始用移动设备管理自己的农场,大幅度提高了管理的精确性。不仅如此,他们也不再只关注市场涨跌或者设备的运行情况。在M2M(Machine-to-Machine)技术的帮助下,他们还可以掌握实时的土壤质量、土壤湿度以及家畜的心理状态。
 

图1:未来智能农场里的奶牛可以发短信
图1:未来智能农场里的奶牛可以发短信

  来源:Orange

  全面控制设备

  必须在短期内种植并收获的农作物非常适合使用M2M技术—因为对于这类作物来说,精准掌握燃料库存以及控制机器操作是非常重要的。M2M传感器可以控制机器,并监视其运行情况。

  农民朋友可以通过GPS和无线局域网来实现并优化对机器的控制。为了提高控制的精准度,他们也可以参考通过GPRS传输到机器上的校正数据。通过显示屏,他们可以看到所有信息,从而控制机器并设置机器之后的动作。一旦机器没有执行命令,警报器就会发出警报。此外,警报器还可以防止机器被盗。

  自动转向系统可以保证让机器一直行驶在预定轨道上,检测到的土壤代码可以帮助机器向指定位置精确施肥或者播种。

  传感器使一切成为可能
图2:精准农业(Precision Farming)的工作原理
图2:精准农业(Precision Farming)的工作原理

  来源:www.it-business.de

  使用传感器可以让机器自动开启。例如,水泵不仅可以在水位达到一定标准时自动开启,还可以在检测到附近有牲畜时开启。不过,要实现上述功能,必须要有移动接口或者基于PC的接口。

  通过传感器确认土壤湿度之后再浇水,不仅能够适时为作物补充水分,而且能有效节省水资源;通过传感器来监控或者调控温室内的温度和日照,也能够节省水资源和能源。农民朋友们通过智能手机就可以调节温室的遮阳和通风,这样一来,他们的工作时间就大大减少,晚上和周末有充分的休息时间。

  粮仓和饲料仓也可以实现无线监控—除了监控库存,还可以监控温度和湿度。仓库的消耗数据会被记录下来,当库存低于警戒线时,传感器会通过GSM或者GPRS移动网络来触发警报器。传感器还可以检测粮食和饲料是否出虫或者腐烂,一旦发现情况也会发出警报。

  施肥优化

  与其他行业不同,农业对气候(风向、日照、气压、湿度、雨水等)的依赖很大,同时还要提防病虫害的发生。何时播种、何时收获、何时浇水、浇多少水、何时施肥、何时除虫,都要视具体的天气情况和病虫害情况决定。

  水在土壤中是如何活动的?碳循环和氮循环是怎样进行的?这些问题,土壤中的传感器都能回答。它们可以探测出土壤的湿度和养料的丰富程度,并在合适的时候给作物浇水或者施肥,而且完全不会影响日常的耕作。

  如果能掌握天气预报、严寒和暴风雨预警数据的话,农民朋友就可以更好地规划耕作了。IP摄像头可以帮助农民朋友监控作物的生长和健康状况,并控制杂草的数量。

  大数据土壤接口

  业界正在研究一种封闭的全自动循环系统,其中包括了全面收集数据、分析检测结果等各个步骤。研究这个系统的第一步就是研发“智能微尘”(smart dust)。智能微尘是以RF为基础的无线网络设备的总称,包括微机电系统传感器、机器人或者其他设备,可以探测周围诸多环境参数,包括光线、温度、摇动以及化学复合物等等。

  播种机器和上述埋在土壤中的全自动系统构成了“土壤接口”,可以将作物的实时情况(作物细胞、分子层面的变化)反馈给农民朋友。不过,由于价格昂贵,现在大面积使用这种技术的可能性不大。

图3:Zim Plant Technology公司生产的磁传感器可以让植物说话
图3:Zim Plant Technology公司生产的磁传感器可以让植物说话

  来源:www.it-business.de

  动物与机器的对话:最新的研究成果

  M2M技术在畜牧业中的应用最为引人注目,所有品种的牲畜都可以被监控。但是,对牲畜的监控是有场所限制的,只能监控牲畜棚里的各项参数,如活动情况、进食情况、对环境的反应灵敏度、鸟类下蛋的大小、料肉比等等。

  关于文章开头提到的能发短信的奶牛—这是欧洲的一个M2M技术试点项目,有5000个农场参加。参加项目的奶牛体内都被植入了传感器,可以通过短距离无线通信信号发出信息,数据收集员可以在指定地点(例如牧场、必经道路)读取奶牛的生命体征数据。

图1:未来智能农场里的奶牛可以发短信
图4:MSR动物博客记录的奶牛一天之内的咀嚼活动

  来源:MSR

 

  会发短信的奶牛和会写日记的猪

  用传感器监控牲畜的目的,是为了及时了解其发情期并准确预测生产时间。一旦奶牛的行为或体温出现异常,传感器就会自动发出短信,提醒兽医或者农场主注意。

  这些数据会被收集到一个互联网平台中。一头奶牛一年的数据传输量约为200MB,这些数据不仅可以让奶牛提高产量,还有别的用途—加拿大地区的部分奶牛产奶后会自动更新自己的推特(Twitter)。

  在伊比利亚,自由放牧的猪会发信息向饲主汇报自己的身体状况以及目前所处位置,这样可以避免猪群之间疾病的传播。

  背后的技术

  使用上述所有应用程序的基础,是稳定可用的蜂窝连接以及M2M技术SIM卡,开启漫游功能之后就可以使用多个移动运营商的服务。

  如果GSM网络不够用,还可以使用窄带和宽带的868兆赫兹(Megahertz)技术。只有在网络连接、应用程序及其融合顺利进行的情况下,M2M技术才能真正体现出它的优势。
图5:M2M技术为大数据分析提供了一系列原始数据
图5:M2M技术为大数据分析提供了一系列原始数据

  来源:www.it-business.de

  为了给每一位客户提供个性化的M2M技术服务,Orange公司在布鲁塞尔建立了自己的国际M2M中心。这里可以计划、制定、测试M2M项目,并在投入运行之后提供管理服务。各种传感器和测量设备都可以通过M2M技术与数字、模拟或者串行接口连接起来。

  使用M2M技术的设备必须满足抗打击以及防水方面的要求,最常使用的就是RFID系统,包括应答器和读取器。

  读取器由射频器、带接口的控制模块以及一根天线或者线圈组成。应答器一般是密封的,其动力来自电容器。应答器安装在牲畜体内或者体外,可以被传感器检测到。

  农民成为世界上最酷的职业

  由于传感器和芯片的成本太高,M2M技术目前还未在农业领域中大批投入使用。但情况不会永远这样。DaVinci研究所所长、资深未来研究学者Thomas Frey认为,消费者和生产者的数量在共同增长,只要这个趋势延续下去,未来对传感器的需求就会逐渐增长。

  垂直农业为我们描述了一副似乎在科幻小说中才会出现的场景:从地下到地上的每一层都是高生产效率的温室和生产基地,配备全自动的机器人技术。

  随着人们对农产品需求的不断扩大,农业会成为推动技术革新的强劲动力,未来农民的工作内容以及职业形象也会彻底改变—用Thomas Frey的话来说就是:未来,农民是“世界上最酷的职业”。

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