數位農業 一點一點進步中

科學和技術的進步,為世界各地的農民開闢了新的可能性。網路化的數位農場,已經讓農業變得更加有效率,也更加永續。

農業面貌已經發生了變化:高度自動化的拖拉機和聯合收割機,裝置著一大排感測器。而無人機(UAVs)、甚至軌道衛星已經不可或缺。直接將極為詳細的田野觀察數據,傳送至農民的平板電腦,很快就會成為農業的標準。當然,我們現在就具備這種能力。拜耳Field Phenomics專案開發經理Michael Schlemmer說明:「目前的商業衛星影像技術,使我們可以用30公分的解析度來分析一塊土地,無人機和一般飛機則提供更精細的尺寸。這代表現在可以從外太空診斷農作物的狀況、辨識單一植物。」世界各地的專家正在研究數位農業擁有的許多不同可能性。在許多地方,新的系統已開始在實務上協助農學家。

 

遙控感測

舉例而言,從2014年的生長季節開始,新的大豆品種在美國中西部地區進行測試。幾位農民參與了這項新品種與現有品種的比較測試。美國拜耳區域農學家Marshall Beatty表示:「借助遙控感測技術,讓我們能夠更有效地評估作物的生長情況。」例如,在無人機上安裝機載多光譜感測器,分析試驗田野所得到的紅外線圖像,便可立即顯示出需要注意的試驗田野區域。

Beatty解釋:「在危害植物的威脅因子出現在可見光光譜之前,就已經出現在近紅外線波段。」這是因為遙控感測技術,與我們一般使用的感測技術不同。例如,在Google Earth中,我們可以看到類似數位相片的實體色彩圖像。然而,機載影像感測器和在衛星上圍繞地球軌道運行的感測器,能夠測量行星表面所反射和發射的各種波長或「波段」的輻射。儘管人類的眼睛只能看見紅、綠、藍三種波長的光,但藉由使用遙控感測工具,可以偵測更寬廣的光譜頻率,例如近紅外線和短波紅外線。

這些不可見波段可以顯示大量有關農作物狀況的資訊,例如藉由它們的葉綠素含量和結構,來斷定整體的生命力。Beatty表示:「植物含有越多葉綠素,它吸收的藍光和紅光越多,我們看到的是反射的綠色光。」由於健康植物具有較高的葉綠素含量和活力,它們也產生更多的植物材料。這將導致近紅外線反射率的增加,此增加趨勢與紅外線圖像顯示的紅色區域相關聯。因此,在2014年大豆試驗期間,無須專業人員和陸地機器,農民和農作物專家就已經知道需要注意田野的哪些部分。

 

從精準農業開始……

雖然如此,陸地農業機器也在持續增加的資料庫中有所貢獻。透過衛星定位系統(GPS),還可以追蹤大多數正在田野中運作的拖拉機、聯合收割機和噴霧器,在各自的運作中監測和存儲數據。即使沒有駕駛員,也可以遠程監控這些機器。這些高科技設備配備了各種感測器,用於在生長季節蒐集農作物的健康狀況和最終產量收穫的數據,以及田野土壤組成及地形。

我們使用這些數據產出詳細的田野地圖,並存儲在資料庫中提供日後檢索。Schlemmer表示:「感謝衛星定位系統,我們追求精準農業的歷程已經進展一段時間了,所以現今,我們可以將這些歷史資料與即時資料一起新增到方程式中,以更加了解田野的狀態。」結合季節內精準度高的資料與過去季節的資料數據,能為現代農業帶來全新的維度。它使農民有辦法預見即將到來的收穫產量,管理各種投入,並讓他們提前對某些變化作出反應,以防止潛在的損失。另一種將歷史資料計入的方法,是整合害蟲事件的相關資訊。這甚至可以讓農民預見疾病的散播,或在很早的階段就查明事件。Schlemmer表示:「接下來的重要步驟是將所有資料組與系統結合,讓系統能夠以更自動化的方式產生和管理資訊。」此外,透過行動產品介面(如平板電腦)可以瀏覽所有的內容,因此甚至可以讓農民直接在田野中就做出重要決定。

 

 

……到農業決策

全球有數家新創公司,正試圖運用並理解這些龐大的資料來處理糧食不足的挑戰,以及提升未來農業的效率。其中一家新創企業是位於德國維爾茨堡(Wuerzburg)的green spin。該公司首席執行長Clemens Delatrée表示:「我們相信,如果能夠在正確的時間點提供關鍵資訊,農業的整個供應鏈都能獲得更多的利潤。如今已經有的大量資料,如果能被有效利用,便能協助農業管理中的決策過程。」

透過整合農場各方面的流程,這些管理工具可以提升農民的生活。管理工具最終可以涵蓋農場所有的生產區,從農作物種植到畜養牛和豬。可能會與整合農業應用程式的企業夥伴一起工作:種子公司可以根據土地狀況提供適合的農作物品種建議,一家公司提供可靠度高的天氣預報,而另一家公司則提供關於農民田野的土壤成分。這些系統還會將衛星和農業機器產生的資料整合到田野中。Delatrée解釋:「透過從衛星圖像中推斷出不同的參數,以及觀察特定季節的衛星圖像,並將它們與天氣和土壤資料結合起來,就可以精確計算出生物量和田野產量。」

 

最小規模

這些資訊是非常龐大的資料,不僅需要儲存空間,還需要大量的計算能力。Schlemmer解釋:「我們已經有硬體,但並不是每個人的筆記型電腦都是這樣。」雖然資料管理仍然是一項重大挑戰,但像green spin這樣企業的努力,是向前邁出的重要一步。Schlemmer總結:「數位農業的目的是將農業實踐調整到所需要的最小規模。我們現在達到的規模已經提高產量,並使農業更加永續一些。從長遠來看,數位農業將『一點一點地』徹底改變農業技術。」

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