到2050年，世界人口預計將達到90億。雖然地球上的人口數(shù)量會增加，但可用于農(nóng)業(yè)的土地數(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(nóng)民可能無法依靠過去的經(jīng)驗來種植未來的作物。

精準農(nóng)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(wǎng)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(wǎng)、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(nóng)業(yè)帶來新的可能性。

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什么是精準農(nóng)業(yè)？

精準農(nóng)業(yè)一詞是指為水、農(nóng)藥和化肥等農(nóng)業(yè)投入找到“黃金地帶”的技術組合，以最大限度地提高產(chǎn)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(nóng)民的產(chǎn)量低于他們的能力。

它出現(xiàn)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(nóng)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(nóng)場。根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部的數(shù)據(jù)（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(chǎn)農(nóng)場依賴拖拉機指導。但精準農(nóng)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(nóng)場占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大部分。把精準農(nóng)業(yè)的工具交到這些農(nóng)民手中可以幫助提高產(chǎn)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(xiàn)在已經(jīng)可用。

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新興工具

根據(jù)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(nóng)場。新興的精準農(nóng)業(yè)工具可能能夠為較小的農(nóng)場和種植行作物以外的作物的農(nóng)場提供服務。

這些工具包括以下內(nèi)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(nóng)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(nóng)民能夠減少不需要的化肥使用。Postolache的網(wǎng)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(nóng)藥的施用。此外，Postolache的網(wǎng)絡研討會指出，無人機和衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以與固定土壤傳感器協(xié)同工作，創(chuàng)建農(nóng)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(shù)據(jù)。霧計算架構將有助于在較小的設備上存儲和處理數(shù)據(jù)，使自動化決策更接近來源。

移動通信，便于將數(shù)據(jù)從物聯(lián)網(wǎng)設備和傳感器傳輸?shù)皆贫恕Ｆ桨?a href="http://www.www27dydycom.cn/v/tag/1247/" target="_blank">電腦和智能手機等移動設備可能是精準農(nóng)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(shù)據(jù)，這是精準農(nóng)業(yè)的生命線。例如，想象一下，一個農(nóng)民檢測到某種形式的作物損失，但無法確定其來源。農(nóng)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(nóng)民灌溉作物和優(yōu)化投入。

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