从设备自动化到数据收集和分析,农业的数字化发展已经成为美国农场生活的现实。未来的“数字农民”也许会把更多的时间花在键盘上,而不是花在田里或谷仓。

硅谷机器人研发公司放眼自动耕地技术

一家位于硅谷的科技初创公司Bear Flag Robotics研发的产品中最令人意外的功能要数——耕地。

该公司正在开发自动拖拉机,Case IH、John Deere和Kubota等设备公司也在钻研这一领域。但总部位于加州森尼维尔的Bear Flag公司的商业模式有一个创新点——它不生产拖拉机。相反,它运用传感器和执行器使现有的拖拉机在无人驾驶状态下犁地。

这些技术并不像看上去那么科幻。从设备自动化到数据收集和分析,农业的数字化发展已经成为美国农场生活的现实:自动驾驶系统使用GPS接收器保持行距笔直,避免缝隙或重叠,适用于从拖拉机、收获联合收割机到带有100英尺宽吊杆的喷雾器等各种设备。精密播种机和肥料系统可以通过卫星导航精确到一英寸或更少。

但在大多数情况下,这些操作仍然需要控制员在控制中心把关。

Bear Flag的首席执行官Igino Cafiero表示:“自动化操作会先成为公司的一种服务,然后才会演变为一种产品。”该公司的利基是提供二次耕作,在收获完成后部署其设备,为下一次种植准备好土地。

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(左图的iPad展示了一辆配备Bear Flag机器人技术的无人驾驶拖拉机在加州犁地时将遵循的模式。右图摄像机是Bear Flag自主技术制导系统的一部分,它使用的传感器类似于正在研发中的自动驾驶汽车。)

Cafiero说,对无人驾驶农业设备的需求正在加剧,原因是严重的劳动力短缺,这推动了工资和工人的流动性。配备了Bear Flag技术的拖拉机可以在没有司机的情况下全天候工作,使用的传感器类似于正在开发的自动道路车辆中的传感器:激光定位器、雷达和数字录像。

这些感应设备提供的不仅仅是Cafiero所说的环境感知(这对附近工人和牲畜的作业提供安全保障),还包括收集土地数据以提高效率。Bear Flag的目标是将无人技术扩展到种植和喷洒等长期以来需要人类监督的工作,同时它还计划扩展到劳动密集型作物的收割任务,包括坚果和行栽作物。

作物对气候的依赖,使农业大数据看到机遇

农业的各个环节都迫切需要提高生产力。联合国8月份发布的一份报告摘要显示,到2050年,全球人口预计将达到97亿,要养活他们面临着严峻的挑战。极端天气、土壤流失、移民压力等问题都会使土地和水资源紧张,还会扰乱粮食供应。

纵观历史,农业是极不稳定的事业,它依赖天气、行情、成熟度、预期产量等。农业也被视为最适合大规模数据收集和分析的行业,因此,与数据库和计算机硬件联系紧密的技术公司看到了机遇。

以IBM为例,它把公司的业务带入“云”中,这不是指现在常说的云计算或虚拟数据存储库,而是真正飘在天上的云。IBM在2016年收购了气象公司Weather Company,将超级计算机的实力带入了像“老农夫的年鉴”那样使用了几个世纪的老土天气记录方式。

Jeff Keiser是Weather Company农业企业解决方案经理,他知道的比农业分析还多。他还在印第安纳州种植玉米和大豆,在那里,他遇到了许多与能够利用IBM沃森农业决策平台解决问题的食品生产商。

“伴随着寒冷的春天,随之而来的是高温和大量降雨,这是非常具有挑战性的一年。”Keiser 说,“我本来计划在四月完成播种,但实际拖到了六月。”

Weather Company首席执行官Cameron Clayton表示,IBM的决策平台将于10月迎来它的一周年纪念日,它的设计目的是接收卫星图像和农场设备上的传感器数据,这些传感器监测种子数量、营养水平和肥料流量等。一个1000英亩的带有传感器的农场需要的大规模分析和存储能力只有IBM才能提供。

该平台覆盖了全球超过200万英亩的农田,根据卫星和大气数据提供了局部地区6个月的天气预报。

该系统广泛利用IBM在人工智能方面的经验,为玉米、大豆、小麦、大麦等作物建立管理模型。每一个模型都需要6个月到1年的时间来组装以及分析虫害控制和肥料需求在内的各种问题。这并不是个一刀切的解决方案:这些模型是针对特定的作物量身定做的,例如生产用于炸薯条的更长的土豆或用于酿造啤酒的大麦。

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(图为Weather Company农业综合企业解决方案经理Jeff Keiser,图为他在印第安纳州自己的一块地里种植玉米。右图为IBM Watson农业决策平台中的操作仪表板显示的作物产量预测。)

Clayton在新西兰的一个牧羊场长大,认为人类不会完全脱离农场的运营。他说:“我们不想从农业变得完全自动化。”

IBM的目的是为农民提供一个控制面板。农民检查农田状况时,可以从智能手机或iPad上拍摄照片,自动上传到决策平台,以诊断作物健康状况。该系统提供了一个快速分析和建议的补救措施,有点像一个农作物的WebMD(网络医生)服务。长期目标是提供实时增长的建议,与设备制造商的合作也有潜力更好地利用传感器、设备监控和无人机,降低远程检查的劳动密集程度。

现代温室实现自动化管理,小型企业也受益

自动化惠及一些规模较小的种植者。Penny Gritt Goff是位于西弗吉尼亚州红房子的Midway温室的第三代运营经理。该公司利用计算机监控技术,对三英亩(约合9公顷)的水培温室进行温度、湿度、营养水平和其他数据的监测。在这些水培温室里,生菜生长在流动的水中,番茄生长在椰子壳上。

当温室里太热时,电脑系统会发出警报,同时温室也会自己采取行动,铺上遮阳布以减少阳光照射(或在冬天保持热量),打开和关闭通风口,调节灌溉。 

  “自动控制系统降低了失误的可能性。”Goff说,“它还减少了对人工监控的某些方面的需求。我们可以增加更先进的设备,但以这种规模,在经济上是不可行的。”