精准农业
Precision agriculture
数字技术下农业发展
预计到2050 年世界人口将达到约90 亿，但地球表面只有 4% 可用于农业，并且农业人力也面临着巨大的空缺。因而，最大限度地提高粮食产量对我们所有人来说都至关重要。
精准农业(Precision agriculture) 是通过观察、测量和回应农作物生长以进行农业管理，在保护资源的同时优化投入的回报率。精准农业也是第三波现代农业革命的重要组成部分。第一次农业革命，机械化农业增加了农业的效率和量级，1960年代新的基因改造技术引发了绿色革命，提高了农作物的产量。而依赖信息技术、传感器、GPS、控制系统、自动化设施及机器人、物联网、大数据分析、云端运算等数字技术，将进一步让农作物或畜牧业变得更加精确和可控。
1. 需要收集哪些变量？
精确农业是基于数字技术的植物地貌学方法，它将多年的作物生长稳定性、基础特征与地形拓扑属性联系起来。而GPS、GNSS、无人机和传感技术等的出现，帮助农民或研究人员可以在田地中更加精准地定位和测量作物空间环境的变化：
1. 作物的产量和生长情况（密度、形态、冠层活力、生物量）
2. 土壤类型和地形特征（良好的作物周期、现实收益目标、土壤坡度和方向）
3. 土壤检测（有机质含量、水分含量、氮水平、pH、矿物等等）
4. 其他动植物生长情况（植物生长状况、动物行为、昆虫研究、杂草和害虫）
5. 气候检测和精准灌溉（温度、光照度、湿度）
6. 精准牲畜饲养（检测牲畜繁殖、健康、精神、大小等情况）
植被类别分析，影响种植和畜牧范围
这里有些是静态的测量，比如空间地貌、水文和分布状况等等。通过辨别分析可以帮助判断作物选择和面积。
地形地貌，影响灌溉水文等等
水文分析
但许多数值实际上是变量，需要通过长时间的测绘和检测以观察和记录作物的变化，从而判断影响植物健康、产量的因子，从而及时地投入优化产物。
流速控制
2. 怎么进行收集？
在智慧农业中主要有两大主轴，一是智慧生产，囊括了人机协同作业、智慧化标准化集团化栽培、构建GIS空间资讯和大数据分析决策；二是数位服务，包括巨量分析、物联网、云端技术等等以进行侦测、预警和预防。
氮含量分析
像DJI Phantom这样的无人机支持精准农业，它们相对便宜，可以由新手飞行员操作。这些农用无人机可以配备多光谱或 RGB 相机来捕捉田地的许多图像，这些图像可以使用摄影测量的方法，创建农田的正投影。
除了用于处理和分析植物指数的传统红色、绿色、蓝色值之外，这些多光谱图像每个像素还包含多个值。这些无人机能够捕捉图像并提供额外的地理参考，以在软件的协助下构建精确的地形图。
毕竟人的眼睛对于绿色最为敏感，很多农民都是通过绿色程度来判断植物长势。但实际上对生物量（Biomass）能反映的相似红外线缺乏判别能力，而这正是传感器可以帮助的地方。
目前高精度的农场测绘带来的多个优势：
1. 精确的杂草和害虫图可作为现代大型喷雾器的输入，这些喷雾器旨在以分米精度进行喷雾。仅在需要的地方喷洒可节省成本并减少化学品和肥料使用对环境的影响。
2. 当相邻行种植两种不同的植物物种时，可以精确定位以监测每个物种。
3. 现场勘测完成速度更快，覆盖范围更广。利用高精度定位和方向信息消除了对图像拼接软件的需要。图像被投影到地形模型上，创建 “直接地理配准”，可以直接用于分析。
为了更好地土地利用，前期的探测需要采集空间分辨率、光谱分辨率、时效性（分析化肥和除草剂的效率）、覆盖频率（作物的关键时期）。除了无人机，还可以通过在地传感器等等进行测量。可以在XY轴基础上增加Z轴的检测。
激光扫描或者3D scanner形成点云，也可以很好地帮助还原植物生长状况。
另外，还有面部识别技术和牲畜监测，为牲畜和奶牛养殖带来了类似的革命，使农民能够跟踪个别动物，发现健康不良的最早迹象，并监控饲养模式。
使用 Dataloop 进行牲畜监控数据管理
3. 回应式解决方案
这些地形图和分析图可用于将作物健康与地形相关联，其结果可用于可变速率技术 (VRT) ，即能够针对特定地点改变土壤和作物施用输入的速率，通过控制水、肥料、除草剂、生长剂等等的投放速率，以优化农作物投入。从空中作物监测到自动定向喷洒，精准农业和自动化正变得司空见惯
除了速率这些分析数据可以指导耕作、肥料的施用、作物种植、喷涂灌溉、前置分析收获和产量图。比如，可以通过了解植物变化范围和原因，以控制肥料和灌溉的实施区域、范围和面积。
也可以通过收成分析，确定哪里的作物已经成熟。从而帮助农民进行精准收割，清晰明了地了解作物的收成状况。
4. 精准农业的好处
精准农业为农民提供了丰富的信息，帮助他们建立农场记录、改进种植方案、促进更大的可溯源性、加强农产品的营销、改善农产品的质量、优化投入产出比、分区管理。并从经济学和环境保护上，获得更多的收益。
在更加智能化的机器的帮助下，还可以减少人工的投入，解决农业人力欠缺的问题。
Agbot Robot
不过需要注意的是，精准农业是基于特定场地的管理，而非可以适用于所有地方。一个场地的精准计算需要数据的积累，需要研究不同的产地大小、作物类别、土壤环境、不确定的气候和水环境、有机质和营养，以判断农业方案的最优解。当然，在大数据和物联网的帮助下，这些分析变得更加容易。
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