農(nóng)用機械傳感器應用

傳感器在精準農(nóng)業(yè)中無處不在。

全球最大的技術推動力是在精準農(nóng)業(yè)（或特定地點的管理，SSM）中，傳感，信息技術和機械系統(tǒng)可以實現(xiàn)亞田間作物管理。盡管有這種推動力，但農(nóng)業(yè)界的接受仍是猶豫和軟弱，盡管大多數(shù)生產(chǎn)者承認他們最終將不得不采用SSM技術。

大多數(shù)人將初始成本，不確定的經(jīng)濟回報和技術復雜性視為限制因素。此外，鑒于最近對營養(yǎng)釋放和水/空氣質量的監(jiān)管要求，許多生產(chǎn)商認為，SSM的環(huán)境效益可能是最終采用技術的動力。

但是，中小型生產(chǎn)者比大型生產(chǎn)者具有明顯的劣勢。在大規(guī)模農(nóng)業(yè)中，規(guī)模經(jīng)濟和窄利潤率為大型生產(chǎn)者提供了經(jīng)濟優(yōu)勢。此外，大型生產(chǎn)者比小型生產(chǎn)者往往受過更多的教育，對技術的警惕性也較低。生產(chǎn)農(nóng)業(yè)的這些特征表明，包括SSM在內的大多數(shù)技術進步都不是規(guī)模中立的。

此外，如上所述，通常限制采用SSM的因素對大型生產(chǎn)商來說也沒有太大問題，從而給他們帶來了額外的競爭優(yōu)勢。較小的生產(chǎn)者應對這些競爭趨勢的一種方法是創(chuàng)建或進入獨特的市場，而其較小的規(guī)模是其優(yōu)勢所在。增值產(chǎn)品為有能力為消費者提供增值服務的生產(chǎn)者擴大了利潤空間，而處理少量原始產(chǎn)品并能更直接地與消費者接觸的小型生產(chǎn)者更經(jīng)常出現(xiàn)這種情況。

此外，較小的生產(chǎn)者可以通過減輕采用壁壘的方式，在技術世界中更具競爭力。通過將技術的初始成本分配給許多生產(chǎn)者，并共享有關如何使用該技術的信息，較小的生產(chǎn)者可能會更好地了解當前由大型生產(chǎn)者持有的技術采用及其收益。大學推廣計劃提供了寶貴的教育和應用幫助，以幫助生產(chǎn)者更加熟悉和使用新技術。

傳感器應用

傳感器在精準農(nóng)業(yè)中無處不在。

農(nóng)業(yè)和糧食系統(tǒng)（包括林業(yè)和自然資源）的生產(chǎn)，加工和管理的幾乎所有方面都涉及產(chǎn)品/資源屬性（例如數(shù)量，質量，大小，狀況）或其環(huán)境（例如食物雜質或農(nóng)業(yè)/森林的空氣，水和土壤）。

農(nóng)村經(jīng)濟及其基礎設施也受到影響。他們的生物識別活動包括檢查，監(jiān)視，跟蹤，庫存和評估。測量變量的數(shù)量及其測量頻率和詳細程度要求自動化，高分辨率和快速的技術。為了提高效率和明智的管理，需要收集越來越多的大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須進一步分析，解釋并應用于支持明智的決策。為了滿足我們對具有時空相關性的及時可靠信息的需求，需要在生物計量學和信息技術方面取得進步。

食品安全和質量是全國最大的公共問題/關注之一。安全和質量取決于檢查和監(jiān)視方法，該方法可以檢測污染物并區(qū)分有缺陷（或質量較差）的產(chǎn)品。鑒于無法對100％的任何食品進行快速，準確的手動，顯微或生物分析檢查，目前正在開發(fā)和測試的傳感器和儀器技術有望提供準確，快速（實時）的檢查功能，并且一致的。這些技術的范圍從檢測到蘋果內部的青紫到李斯特菌的10個細胞（一種特別強的食物病原體）到船上谷物中的昆蟲侵襲。

環(huán)境質量是基于傳感器的監(jiān)視可能會有所幫助的另一個領域。例如，動物飼養(yǎng)員可以在受限動物周圍使用空氣質量監(jiān)測，以將氨氣或臭氣排放保持在可接受的范圍內。對農(nóng)田中氮和磷的徑流進行水監(jiān)測可幫助調節(jié)淡水藻類繁殖和沿海帶缺氧。快速準確地測量土壤中固碳的能力可以促進碳信用和交易市場的更廣泛應用。

但是，這些類型的測量活動會產(chǎn)生特殊的問題，因為被測元素是分子元素，需要在大片土地上進行量化。然而，這些應用在科學上是可能的。仍需發(fā)展工程技術能力以使其經(jīng)濟實用。

動物生產(chǎn)中的精準農(nóng)業(yè)

像農(nóng)作物生產(chǎn)一樣，動物生產(chǎn)經(jīng)濟學的利潤空間很小。這使得每只動物的生長，發(fā)育，繁殖和福祉對于盈利企業(yè)至關重要。當前的技術使生產(chǎn)者可以監(jiān)視單個動物的飼料消耗，飼養(yǎng)場的運動，溫度，la行，產(chǎn)奶量，肉的成分和質量以及體重增加，而這些過程通常不需要任何人工干預或參與。

基于各種乳汁特征，也可能估計發(fā)情或疾病的可能性。由于圍繞大型飼養(yǎng)操作的環(huán)境問題，頻繁或連續(xù)的空氣和水監(jiān)控也變得很重要。這不僅涉及數(shù)據(jù)收集，還涉及數(shù)據(jù)分析以及可能的顆粒擴散模型或水文模型。

盡管動物標簽已經(jīng)使用了數(shù)十年，但現(xiàn)在可以附加可以測量和記錄動物狀況（例如溫度或心率）的電子標簽。溫度升高可能表示發(fā)情發(fā)作或可能的疾病狀況。電子標簽也可以用于識別和營銷目的。

已經(jīng)開發(fā)或提議了許多用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的飼喂，測量和監(jiān)測系統(tǒng)。在每只動物的生產(chǎn)過程中，對動物護理和喂養(yǎng)的投資是巨大的。新的工具和技術可以幫助生產(chǎn)商獲得投資回報。

作物生產(chǎn)中的精準農(nóng)業(yè)

特定地點的作物管理（SSM）使用多種技術來分別管理田間的不同部分。田間自然的，固有的可變性意味著機械化耕作傳統(tǒng)上只能對“平均”土壤，養(yǎng)分，水分，雜草和生長條件進行作物處理。

必然地，這導致除草劑，農(nóng)藥，灌溉和化肥的過量使用和過量使用-除了那些真正平均水平的稀有場所之外。毯式應用產(chǎn)生的化學過量物最終流失或從田間浸出到地下水和地表水中。當前大多數(shù)SSM做法都將精確的全球定位與特定于位置的測量結合使用-現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集（例如土壤變量或蟲害發(fā)生）或遙感數(shù)據(jù)（例如來自飛機或衛(wèi)星）-量化空間可變的現(xiàn)場條件。

然后，在田間作業(yè)中，根據(jù)記錄在管理區(qū)域地圖上的空間參考管理決策來調整治療方案。現(xiàn)在，正在開發(fā)可以實時“隨時隨地”感測微場所特定條件并可以自動調整處理以滿足每個場所獨特需求（可變速率施氮）的精密技術。后面這些類型的技術不需要先驗的空間信息，而是依賴于同時測量土壤或植物條件并進行處理的能力。

實際上，SSM更類似于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)實踐，在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)實踐中，小規(guī)模，非機械化農(nóng)業(yè)允許進行空間可變的處理。當時，農(nóng)民對每個田地的每個小角落都擁有深入的了解，并且由于農(nóng)藝實踐主要是手工的，因此可以很容易地將這些知識轉化為針對特定地點的文化實踐。

后來，農(nóng)業(yè)機械化降低了勞動力成本（主要投入成本），并允許大量增加產(chǎn)量，同時浪費了其他更便宜的投入（肥料，除草劑）。由于這些其他成本在最近幾十年中已經(jīng)增加，并且現(xiàn)在正在考慮環(huán)境成本，因此生產(chǎn)商正在尋求可變利率技術，以最大程度地降低投入成本并減輕對環(huán)境的擔憂。

林業(yè)精密農(nóng)業(yè)

由于涉及的地理區(qū)域很大（在許多情況下是偏遠地區(qū)），遙感和地理信息系統(tǒng)在林業(yè)中的應用早于在農(nóng)業(yè)中被采用。不健康樹木的葉子（無論是昆蟲，疾病，干旱還是空氣污染）與健康樹葉的反射率不同。具有足夠的空間和波長分辨率，在某些情況下，還可以區(qū)分不同的樹種。

因為樹木不是唯一可以與衛(wèi)星圖像（可以看到水，草地，灌木叢，巖石等）區(qū)別開來的景觀特征，所以許多類型的土地管理人員和政策制定者都可以使用詳細的土地特征度量。另外，由于將遙感數(shù)據(jù)與數(shù)字地形數(shù)據(jù)和地面庫存數(shù)據(jù)結合在一起，可以形成詳細的風景圖片。

光檢測和測距（LIDAR）使用激光傳感器以3D格式分析森林，以生成森林冠層的垂直結構及其所在的地形。利用樹木的高度和樹冠信息，可以輕松估算樹木的直徑和生物量，以及其他森林特征。生物量估計對于預測碳儲量很重要。由于木材是主要的經(jīng)濟資源，因此在估算木材的數(shù)量和價值以及將每棵樹的一部分分配給其最佳木材產(chǎn)品方面也付出了很多努力。這些估計值使土地所有者可以更有效地管理林地，并在木材運往適當?shù)募庸S時減少浪費。

雖然遙感在精密林業(yè)中發(fā)揮著重要作用，但“較少遙感”的遙感已經(jīng)引起人們的興趣并被采用。現(xiàn)在，全球定位系統(tǒng)使庫存工作人員可以更輕松地定位永久性樣本地。在永久性地塊后，清查人員可以使用：（1）數(shù)碼相機對樹木成像（以供日后辦公室處理）并捕獲林下物種的存在和發(fā)展，以及（2）超聲設備以確定樹木的穩(wěn)健性和疾病發(fā)生率。

在某些木材采伐作業(yè)中，采伐設備能夠在砍伐樹木時測量并計算樹木的體積。然后，對于細化操作，操作員將確切知道何時已移除適當?shù)哪静牧俊ｋS著機器人技術和機電一體化技術（電子和機械系統(tǒng)的結合）的不斷發(fā)展，可能會在林分中直接進行更多的精確活動。