创新突破：精准型农业与气候不确定性

到2050年，世界人口预计将达到90亿。虽然地球上的人口数量会增加，但可用于农业的土地数量是有限的 —— 可耕地面积的有限性使得每一块土地都需要更高的产量以满足不断增长的人口需求。

受气候变化的影响，可能会导致生产更多的粮食变得越发困难。温暖的大气层含有更多的水分，使得产生强烈暴雨的可能性更大。气候变化也可能增加干旱的风险。同时气温升高可能会增加植物发生病虫害的可能性。

IEEE高级会员、葡萄牙里斯本大学教授Octavian Adrian Postolache指出，农民可能无法依靠过去的经验来种植未来的作物。

精准农业可能是解决其中一些紧迫挑战的关键。

在最近的一次网络研讨会上，作为IEEE仪器与测量协会杰出讲师项目的一部分（https://ieee-ims.org/smart-sensing-systems-and-ai-precision-agriculture-climate-changes-era），Postolache描述了通过整合物联网、卫星技术、无人机、云计算、移动连接和人工智能等技术，为农业带来新的可能性。

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什么是精准农业？

精准农业一词是指为水、农药和化肥等农业投入找到“黄金地带”的技术组合，以最大限度地提高产量和效率。这是关于这些投入的适量性——不要太多以至于多余的投入被浪费，也不要太少以至于农民的产量低于他们的能力。

它出现在20世纪90年代，通过使用GPS引导的拖拉机（https://spectrum.ieee.org/john-deere-and-the-birth-of-precision-agriculture），农民可以减少作物行之间的宽度，从而增加他们在一块土地上的种植量。拖拉机主要用于种植玉米和小麦等行作物的大型农场。根据美国农业部的数据（https://www.ars.usda.gov/oc/utm/benefits-and-evolution-of-precision-agriculture/），在美国，一半的大型行作物生产农场依赖拖拉机指导。但精准农业并不局限于拖拉机。人们越来越多地使用无人机施用杀虫剂。

但在美国和世界各地，中小型农场占农业生产的大部分。把精准农业的工具交到这些农民手中可以帮助提高产量。Postolache设想了这一领域的大规模发展，他称之为“以固定和移动节点为特征的分布式传感系统”。他说，这些工具现在已经可用。

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新兴工具

根据联合国的一份报告，撒哈拉以南非洲和亚洲80%的粮食来自小农场。新兴的精准农业工具可能能够为较小的农场和种植行作物以外的作物的农场提供服务。

这些工具包括以下内容：

土壤传感器测量土壤中的水分含量和养分，如氮、钾和磷。过度浇水和过度施肥在农业中很常见。土壤传感器可以用来准确识别需要关注的地区，并使农民能够减少不需要的化肥使用。Postolache的网络研讨会详细介绍了为此目的开发的几种传感器、使用它们的一些条件以及校准它们的气象考虑因素。

无人机和卫星可用于遥感，以监测缺水、害虫渗透或植物健康地区。无人机还可以用于精确灌溉以及化肥和农药的施用。此外，Postolache的网络研讨会指出，无人机和卫星数据可以与固定土壤传感器协同工作，创建农场的全面图像。

云和雾计算，用于存储和分析传感器和无人机收集的数据。雾计算架构将有助于在较小的设备上存储和处理数据，使自动化决策更接近来源。

移动通信，便于将数据从物联网设备和传感器传输到云端。平板电脑和智能手机等移动设备可能是精准农业中最重要的工具之一，可以用来控制单个设备和机器。

人工智能可以更好地利用数据，这是精准农业的生命线。例如，想象一下，一个农民检测到某种形式的作物损失，但无法确定其来源。农民可能能够使用图像识别系统来识别造成损害的害虫。该系统可能进一步建议减轻损害的最佳行动方案。人工智能还可以帮助农民灌溉作物和优化投入。

精准农业诞生于传统农业实践与现代技术的结合，已成为高效和可持续农业的基石。数据分析与古老的农业传统的融合不仅是一种技术进化，也是实现全球粮食安全和可持续农业的必要步骤。通过定制农场投入的部署和实时监测作物健康状况，精准农业有助于培育更具生产力和可持续性的农业景观，确保各种规模的农场都能在当今的数字时代蓬勃发展。