精准农业中的传感器应用有哪些

农用机械传感器应用

传感器在精准农业中无处不在。

全球最大的技术推动力是在精准农业（或特定地点的管理，SSM）中，传感，信息技术和机械系统可以实现亚田间作物管理。尽管有这种推动力，但农业界的接受仍是犹豫和软弱，尽管大多数生产者承认他们最终将不得不采用SSM技术。

大多数人将初始成本，不确定的经济回报和技术复杂性视为限制因素。此外，鉴于最近对营养释放和水/空气质量的监管要求，许多生产商认为，SSM的环境效益可能是最终采用技术的动力。

但是，中小型生产者比大型生产者具有明显的劣势。在大规模农业中，规模经济和窄利润率为大型生产者提供了经济优势。此外，大型生产者比小型生产者往往受过更多的教育，对技术的警惕性也较低。生产农业的这些特征表明，包括SSM在内的大多数技术进步都不是规模中立的。

此外，如上所述，通常限制采用SSM的因素对大型生产商来说也没有太大问题，从而给他们带来了额外的竞争优势。较小的生产者应对这些竞争趋势的一种方法是创建或进入独特的市场，而其较小的规模是其优势所在。增值产品为有能力为消费者提供增值服务的生产者扩大了利润空间，而处理少量原始产品并能更直接地与消费者接触的小型生产者更经常出现这种情况。

此外，较小的生产者可以通过减轻采用壁垒的方式，在技术世界中更具竞争力。通过将技术的初始成本分配给许多生产者，并共享有关如何使用该技术的信息，较小的生产者可能会更好地了解当前由大型生产者持有的技术采用及其收益。大学推广计划提供了宝贵的教育和应用帮助，以帮助生产者更加熟悉和使用新技术。

传感器应用

传感器在精准农业中无处不在。

农业和粮食系统（包括林业和自然资源）的生产，加工和管理的几乎所有方面都涉及产品/资源属性（例如数量，质量，大小，状况）或其环境（例如食物杂质或农业/森林的空气，水和土壤）。

农村经济及其基础设施也受到影响。他们的生物识别活动包括检查，监视，跟踪，库存和评估。测量变量的数量及其测量频率和详细程度要求自动化，高分辨率和快速的技术。为了提高效率和明智的管理，需要收集越来越多的大量数据，这些数据必须进一步分析，解释并应用于支持明智的决策。为了满足我们对具有时空相关性的及时可靠信息的需求，需要在生物计量学和信息技术方面取得进步。

食品安全和质量是全国最大的公共问题/关注之一。安全和质量取决于检查和监视方法，该方法可以检测污染物并区分有缺陷（或质量较差）的产品。鉴于无法对100％的任何食品进行快速，准确的手动，显微或生物分析检查，目前正在开发和测试的传感器和仪器技术有望提供准确，快速（实时）的检查功能，并且一致的。这些技术的范围从检测到苹果内部的青紫到李斯特菌的10个细胞（一种特别强的食物病原体）到船上谷物中的昆虫侵袭。

环境质量是基于传感器的监视可能会有所帮助的另一个领域。例如，动物饲养员可以在受限动物周围使用空气质量监测，以将氨气或臭气排放保持在可接受的范围内。对农田中氮和磷的径流进行水监测可帮助调节淡水藻类繁殖和沿海带缺氧。快速准确地测量土壤中固碳的能力可以促进碳信用和交易市场的更广泛应用。

但是，这些类型的测量活动会产生特殊的问题，因为被测元素是分子元素，需要在大片土地上进行量化。然而，这些应用在科学上是可能的。仍需发展工程技术能力以使其经济实用。

动物生产中的精准农业

像农作物生产一样，动物生产经济学的利润空间很小。这使得每只动物的生长，发育，繁殖和福祉对于盈利企业至关重要。当前的技术使生产者可以监视单个动物的饲料消耗，饲养场的运动，温度，la行，产奶量，肉的成分和质量以及体重增加，而这些过程通常不需要任何人工干预或参与。

基于各种乳汁特征，也可能估计发情或疾病的可能性。由于围绕大型饲养操作的环境问题，频繁或连续的空气和水监控也变得很重要。这不仅涉及数据收集，还涉及数据分析以及可能的颗粒扩散模型或水文模型。

尽管动物标签已经使用了数十年，但现在可以附加可以测量和记录动物状况（例如温度或心率）的电子标签。温度升高可能表示发情发作或可能的疾病状况。电子标签也可以用于识别和营销目的。

已经开发或提议了许多用于水产养殖的饲喂，测量和监测系统。在每只动物的生产过程中，对动物护理和喂养的投资是巨大的。新的工具和技术可以帮助生产商获得投资回报。

作物生产中的精准农业

特定地点的作物管理（SSM）使用多种技术来分别管理田间的不同部分。田间自然的，固有的可变性意味着机械化耕作传统上只能对“平均”土壤，养分，水分，杂草和生长条件进行作物处理。

必然地，这导致除草剂，农药，灌溉和化肥的过量使用和过量使用-除了那些真正平均水平的稀有场所之外。毯式应用产生的化学过量物最终流失或从田间浸出到地下水和地表水中。当前大多数SSM做法都将精确的全球定位与特定于位置的测量结合使用-现场数据收集（例如土壤变量或虫害发生）或遥感数据（例如来自飞机或卫星）-量化空间可变的现场条件。

然后，在田间作业中，根据记录在管理区域地图上的空间参考管理决策来调整治疗方案。现在，正在开发可以实时“随时随地”感测微场所特定条件并可以自动调整处理以满足每个场所独特需求（可变速率施氮）的精密技术。后面这些类型的技术不需要先验的空间信息，而是依赖于同时测量土壤或植物条件并进行处理的能力。

实际上，SSM更类似于传统的农业实践，在传统农业实践中，小规模，非机械化农业允许进行空间可变的处理。当时，农民对每个田地的每个小角落都拥有深入的了解，并且由于农艺实践主要是手工的，因此可以很容易地将这些知识转化为针对特定地点的文化实践。

后来，农业机械化降低了劳动力成本（主要投入成本），并允许大量增加产量，同时浪费了其他更便宜的投入（肥料，除草剂）。由于这些其他成本在最近几十年中已经增加，并且现在正在考虑环境成本，因此生产商正在寻求可变利率技术，以最大程度地降低投入成本并减轻对环境的担忧。

林业精密农业

由于涉及的地理区域很大（在许多情况下是偏远地区），遥感和地理信息系统在林业中的应用早于在农业中被采用。不健康树木的叶子（无论是昆虫，疾病，干旱还是空气污染）与健康树叶的反射率不同。具有足够的空间和波长分辨率，在某些情况下，还可以区分不同的树种。

因为树木不是唯一可以与卫星图像（可以看到水，草地，灌木丛，岩石等）区别开来的景观特征，所以许多类型的土地管理人员和政策制定者都可以使用详细的土地特征度量。另外，由于将遥感数据与数字地形数据和地面库存数据结合在一起，可以形成详细的风景图片。

光检测和测距（LIDAR）使用激光传感器以3D格式分析森林，以生成森林冠层的垂直结构及其所在的地形。利用树木的高度和树冠信息，可以轻松估算树木的直径和生物量，以及其他森林特征。生物量估计对于预测碳储量很重要。由于木材是主要的经济资源，因此在估算木材的数量和价值以及将每棵树的一部分分配给其最佳木材产品方面也付出了很多努力。这些估计值使土地所有者可以更有效地管理林地，并在木材运往适当的加工厂时减少浪费。

虽然遥感在精密林业中发挥着重要作用，但“较少遥感”的遥感已经引起人们的兴趣并被采用。现在，全球定位系统使库存工作人员可以更轻松地定位永久性样本地。在永久性地块后，清查人员可以使用：（1）数码相机对树木成像（以供日后办公室处理）并捕获林下物种的存在和发展，以及（2）超声设备以确定树木的稳健性和疾病发生率。

在某些木材采伐作业中，采伐设备能够在砍伐树木时测量并计算树木的体积。然后，对于细化操作，操作员将确切知道何时已移除适当的木材量。随着机器人技术和机电一体化技术（电子和机械系统的结合）的不断发展，可能会在林分中直接进行更多的精确活动。