農(nóng)業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)智能噴灑技術(shù)

步才捷

過度噴灑除草劑給農(nóng)業(yè)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。農(nóng)民每年花費(fèi)250億美元購買30億磅的除草劑，但是，這些化學(xué)物質(zhì)中的絕大部分都沒有噴灑到雜草上，而是落在土壤或健康作物上，或者被雨水帶走。采用傳統(tǒng)的噴灑技術(shù)，農(nóng)民因徒勞地噴灑除草劑而蒙受損失。此外，這些化學(xué)物質(zhì)污染了土壤，破壞了環(huán)境，同時(shí)，雜草本身也會(huì)對除草劑產(chǎn)生抗藥性。

效率低下的原因在于噴灑器的精度差。農(nóng)業(yè)技術(shù)供應(yīng)商聲稱，智能噴灑解決方案可以將除草劑的成本降低90 %，這是因?yàn)閮H在雜草上選擇性施用。使農(nóng)民從廣灑轉(zhuǎn)向物聯(lián)網(wǎng)智能噴灑的最突出技術(shù)是GPS導(dǎo)航、機(jī)器學(xué)習(xí)算法和用于雜草識(shí)別的計(jì)算機(jī)視覺。

為了幫助農(nóng)業(yè)企業(yè)節(jié)省資金并保護(hù)環(huán)境，讓我們來看看先進(jìn)技術(shù)如何為可持續(xù)、精準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)高效的除草劑施用塑造智能噴灑解決方案。

精準(zhǔn)施用除草劑的主要挑戰(zhàn)

而技術(shù)的進(jìn)步可以在噴灑之前和噴灑期間解決因傳統(tǒng)方法影響除草劑施用而給農(nóng)民來帶的主要挑戰(zhàn)。

1.對除草劑風(fēng)險(xiǎn)缺乏了解

通常，農(nóng)民無法充分評估與除草劑施用相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。農(nóng)田可能位于公共設(shè)施附近，而風(fēng)、雨和地下水會(huì)將化學(xué)物質(zhì)傳播到更廣泛的區(qū)域，從而危害環(huán)境。而為農(nóng)業(yè)企業(yè)或提供除草劑的供應(yīng)商可以在售賣階段甚至是調(diào)研階段，為其產(chǎn)品的可持續(xù)利用做出貢獻(xiàn)。

解決方案：依賴于動(dòng)態(tài)現(xiàn)場數(shù)據(jù)、現(xiàn)場地形熱圖和附近物體位置的風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)，可以推薦每個(gè)田間地塊的噴灑計(jì)劃并調(diào)整除草劑的銷售策略。這將使農(nóng)民能夠評估農(nóng)田狀況和整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，包括滑坡、地下水污染和自然資源流失等風(fēng)險(xiǎn)。

2.延遲噴灑

施用除草劑的最佳時(shí)機(jī)是在雜草冠層仍在生長時(shí)。在此階段，只需較少劑量就可以除掉雜草。相反，后期施用增加了除草劑只噴灑在葉冠上而沒有到達(dá)根部的風(fēng)險(xiǎn)，降低了效果。解決方案：通過精確繪圖和數(shù)據(jù)分析，可以及時(shí)施用除草劑。使用無人機(jī)收集田間圖像并應(yīng)用算法進(jìn)行識(shí)別可以在雜草生長的早期階段規(guī)劃噴灑，而繪圖技術(shù)則有助于在每個(gè)田間地塊上準(zhǔn)確分配除草劑，從而實(shí)現(xiàn)高效噴灑。

3.田間轉(zhuǎn)彎

在噴灑除草劑時(shí)，農(nóng)業(yè)機(jī)械會(huì)轉(zhuǎn)彎，并降低車速，而除草劑的流量則保持不變。這會(huì)導(dǎo)致在轉(zhuǎn)彎處過量噴灑?？紤]到噴灑器通常每次都沿著相同的路線移動(dòng)，因此相同的地點(diǎn)每年都會(huì)受到過量的劑量。

解決方案：農(nóng)業(yè)機(jī)械的GPS導(dǎo)航不是一個(gè)新概念，但是將轉(zhuǎn)向和流體流動(dòng)聯(lián)系起來可能是農(nóng)業(yè)技術(shù)公司的下一件大事。例如，約翰迪爾公司的ExactApply公司提供了一個(gè)由GPS控制的智能噴嘴系統(tǒng)，可在現(xiàn)場的每一個(gè)轉(zhuǎn)彎處立即響應(yīng)相關(guān)劑量。

4.實(shí)時(shí)雜草識(shí)別

即使是精確的雜草噴灑計(jì)劃也不能確保土壤和健康作物免受除草劑的侵害。廣撒式噴灑器在其工作范圍內(nèi)向所有作物噴灑除草劑，不管是不是雜草。智能噴灑器可以識(shí)別雜草并在移動(dòng)時(shí)進(jìn)行噴灑，而噴灑的時(shí)間窗口約為300 ms，這應(yīng)該是在眨眼間發(fā)生。

解決方案：智能噴灑最有前途的解決方案之一是實(shí)時(shí)識(shí)別雜草。計(jì)算機(jī)視覺和物體檢測在這一過程中起著至關(guān)重要的作用，其工作原理如下：攝像頭捕獲噴灑區(qū)域的圖像，人工智能（AI）引擎檢測雜草，當(dāng)噴灑器到達(dá)雜草時(shí)，噴頭接收到信號，只在確定的地點(diǎn)噴灑特定劑量的除草劑。

從老式噴灑到選擇性噴灑技術(shù)

農(nóng)業(yè)技術(shù)公司一致認(rèn)為，使用廣撒式噴灑器噴灑雜草的傳統(tǒng)方法需要進(jìn)行重大調(diào)整，種植者希望用軟件技術(shù)來改進(jìn)久經(jīng)考驗(yàn)的設(shè)備，以提高噴灑精度。

對提高噴灑精度貢獻(xiàn)最大的技術(shù)是GPS自動(dòng)轉(zhuǎn)向和引導(dǎo)、自動(dòng)控制臂架高度以適應(yīng)地形變化，以及根據(jù)噴灑機(jī)速度調(diào)整劑量的脈沖調(diào)制技術(shù)。

智能噴灑解決方案的工作原理

計(jì)算機(jī)視覺和數(shù)據(jù)分析是農(nóng)業(yè)選擇性噴灑的核心。這些技術(shù)可幫助噴灑設(shè)備區(qū)分植物葉類型，識(shí)別雜草并激活數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的行為。利用人工智能和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，智能噴灑過程分為2個(gè)主要階段。

第1階段識(shí)別并定義

配備攝像頭的噴灑器可以捕獲田地噴涂區(qū)域的實(shí)時(shí)圖像。通過學(xué)習(xí)雜草外形的輸入示例，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以識(shí)別圖像中的雜草并將其標(biāo)記為噴灑目標(biāo)。

此外，農(nóng)場噴灑算法可以區(qū)分作物，并將空曠的土壤排除在噴灑范圍之外，甚至可以標(biāo)記雜草的特定參數(shù)，例如其種類或冠層階段。

第2階段決定并采取行動(dòng)

一旦攝像頭捕捉到圖像，人工智能就會(huì)分析出是否有雜草，然后智能噴嘴就會(huì)以高精度瞄準(zhǔn)這些雜草，并噴灑適合雜草大小和年齡的除草劑。

智能噴灑解決方案用例

博世———智能噴灑，可精確施用除草劑

博世認(rèn)為除草劑可以增加產(chǎn)量，并有助于解決目前全球人口幾乎增加兩倍的難題。同時(shí)，博世的目標(biāo)是徹底改造農(nóng)用噴灑機(jī)械。他們的智能噴灑軟件涵蓋了整個(gè)噴灑操作，從記錄圖像到為每種雜草選擇除草劑類型。

Blue River科技———優(yōu)化每個(gè)農(nóng)場

Blue River推出了下一代農(nóng)業(yè)噴灑設(shè)備，承諾為農(nóng)民提供一種控制除草劑使用并防止雜草抗藥性的新方法。他們強(qiáng)調(diào)了智能噴灑解決方案的成本效益，聲稱可以消除如今農(nóng)民施用的90 %除草劑。

Greeneye科技———減少噴灑量，促進(jìn)生長

Greeneye應(yīng)用人工智能和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，從廣撒式噴灑大量除草劑轉(zhuǎn)向精確而有選擇性的農(nóng)用噴灑解決方案，從而徹底改變了除草劑的施用過程。他們的產(chǎn)品旨在減少導(dǎo)致土壤和水污染的除草劑施用，并解決除草劑抗藥性問題，同時(shí)保護(hù)健康作物免受與噴灑相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

智能噴涂技術(shù)可避免因廣撒式噴涂而導(dǎo)致的除草劑浪費(fèi)，從而為農(nóng)民和農(nóng)業(yè)企業(yè)節(jié)省資金。除了可預(yù)測和增加的投資回報(bào)之外，智能噴灑還可以防止有害劑量的除草劑噴灑在田地上并擴(kuò)散到環(huán)境中。

除草劑對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力以養(yǎng)活不斷增長的人口至關(guān)重要。盡管如此，仍應(yīng)控制其施用。物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)場噴灑軟件以及可持續(xù)發(fā)展理念可以幫助農(nóng)業(yè)企業(yè)明智地生產(chǎn)和銷售除草劑，并評估所有與除草劑相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。