氣候變化時代的大數據農業
預計到2050年，全球人口將超過96億，他們全都需要吃東西。這將要求我們在短短35年內，使全球糧食產量翻倍。擔子不可謂不重。考慮到氣候變化已經對作物產量造成了顯著的負面影響，農民需要得到盡可能多的幫助。步入“農業物聯網”時代，一系列強大的大數據工具正在幫助農民降低成本、提高產量和應對氣候變化導致的環境新挑戰。
一部創新史：在氣候變化的影響下
毫無疑問，農業早已開始轉向更注重數據驅動的實踐。當今的農場到處是令人驚嘆的工程機械，這得益于幾十年來自動化和其他先進技術的發展，旨在用更少的人力生產出更多的糧食。種子由播種機自動播種，誤差僅為幾厘米。收割機在GPS衛星定位導航系統的指引下收割作物，達到了令人難以置信的精度。而且，無線網絡的拓展(現已在農村地區全面安裝)能夠把有關土壤水分和其他環境因素的數據(如天氣)傳送到遠程服務器以供分析。
自動播種機是真正的工程奇跡
然而，雖然農業技術取得了不可思議的進步，但氣候變化導致作物面臨不斷變化和(或)不利的生長環境，使自動化給世界各地農民帶來的很多好處已然或開始變得蕩然無存。為此，我們需要加大創新力度。
氣候變化正在影響作物產量和抬高糧食價格
氣候變化正在影響作物產量。在世界上最重要的一些糧食產地，玉米和小麥的產量均出現下滑。例如，中國的玉米產量已減少7%，俄羅斯的小麥產量則重挫14%。
大數據農業和農業物聯網
農業有很多種形式，但無論是種植玉米的“巨型農場”，還是釀造美酒的精品酒莊，各種農業形式總是存在著幾個共同點：作物健康的重要性、成本效率和對利潤的需求。要是賺不到錢，農場就經營不下去。病蟲害泛濫、水分匱乏或不均、天氣不好和肥料昂貴，這些只是農民為了保證盈利而所要面對的部分挑戰。
正如上文所說，雖然自動化系統令人驚嘆，土壤科學進步明顯，但氣候變化正在使局面變得越來越困難(具體取決于農場的位置)。盡管如此，已有一些新的工具上線，使農民有了更多的武器來應付困難局面，比如無人機、價格低廉的聯網傳感器和強大的分析軟件，它們能按小時監控現場變化，以實現快速響應。
“農業物聯網”這個名詞，就是指利用成本越來越低的聯網技術來提高產量(就該實例而言)，幫助農民“贏得越來越艱苦的作物種植競賽”。
Climate Corporation是一家數據建模公司，在2013年被可持續農業巨頭孟山都(Monsato Corporation)以9.3億美元收購。該公司首席執行官大衛·弗里德伯格(David Friedberg)說得好：
“農業正在從直覺決策向分析決策轉變。”
大數據農業實例
基思·拉雷比(Keith Larrabee)是一名農場主，在美國加州薩克拉門托河谷擁有4,000英畝土地。盡管靠山近水，他那種植核桃和山核桃的果園還有3,000英畝稻田的灌溉用水和水價卻總是讓他放心不下。
24個月前，他開始把多支探測器按一定間隔插入堅果園土壤下5英尺處，測量每一處的土壤水分。
起初，拉雷比首次使用那些傳感器的時候，他不得不親自走到田間地頭，一個一個地查看和記錄這些傳感器的數據。這非常辛苦，而且要耗費好幾個小時。
他沒有那么多的時間，因此只能一周一次，有時甚至更少。但現如今，他每隔15分鐘就能得到這25個傳感器的數據，因為這些傳感器已經以無線方式接入到了覆蓋整個果園的太陽能信息收集站網絡中。其中一個收集站會通過蜂窩網絡信號，把收集到的信息發送到主數據庫。拉雷比可使用筆記本電腦、平板電腦和智能手機來登錄和查看數據，基本沒有延遲。
無線聯網的土壤水分、作物產量、種子密度和肥料濃度傳感器，為拉雷比提供了所種作物的最新信息，一分鐘都不會耽誤。
拉雷比使用了一款名叫PTC ThingWorx的軟件。該軟件為每個傳感器提供了兩種警示顏色：藍色表示水量過多，紅色表示水量不足。再結合附近氣象站的數據，拉雷比能夠更加清楚地知道恰當的灌溉時機、位置和水量。灌溉可以按照他的目標進行調整，不管他是想促進作物生長，還是想避免霜凍。拉雷比說：
“我們做的所有事情，水泵的每次啟動，全都是要花錢的。如果我能按照我的需求，準確地控制灌溉，我就不會面臨任何浪費的危險，也能夠更好地管理果園的健康狀況。我認為這就意味著壽命更長的果園、長勢更好的作物和質量更高的產品。”
不用說，利用這種高效的“農業物聯網”，拉雷比也獲得了更多的營收和更多的利潤。
“農用無人機”時代和精準農業
無人機是另一種越來越方便農民部署使用的大數據工具，正在變得極為有用，尤其是在大型作業方面。無人機能收集航拍數據，幫助農民更好地了解和預測作物產量，確定作物健康狀況和雜草生長情況，評估蟲害程度，也許還有最重要的一點(就環境可持續性而言)，監控肥料和灌溉的覆蓋情況及施用水平。
使用載人飛機拍攝作物的費用超過每小時1,000美元，而使用無人機的成本就要低得多。只需要不到1,000美元就能買到一架無人機，具體價格取決于機型。不過在實際投用前，使用者必須先向聯邦航空局(FAA)申請和取得無人機飛行許可。
無人機噴灑殺蟲劑，快速、高效、目標明確
無人機可被用于完成多種多樣的農事：
從殺蟲劑和肥料的精準投放，到多種格式的航拍影像，無人機正在努力幫助我們提高農業效率
除了殺蟲劑的精準投放以外，無人機還具有強大的成像能力，遠遠不只是航拍照片那么簡單。以下這張紅外圖像被用來查明作物健康狀況欠佳的區域，根據葉綠素水平進行分辨。再加上衛星數據和其他的傳感器信息，比如水分水平和肥料分配，就可以弄清楚低產區出現的原因：
無人機可提供紅外圖像，上圖是在探測葉綠素水平。
對于連續性較強的自動化無人機作業，德國Skysense公司開發了一套無人機系統，配備田間充電板和機棚。有限的電池容量和高昂的現場操作員雇傭成本，嚴重限制了更多傳統的無人機作業。以下這張照片顯示了Skysense無人機及其具劃時代意義的充電板。
德國Skysense農用無人機和田間自動充電板
Skysense充電板采用結實又防水的鋁板，供無人機著陸的面積很大，可進行無線充電。它非常薄，只有1.5英寸(不到4厘米)厚，而且非常輕，僅重4磅(不到2公斤)。這種充電板的充電速度和常規充電器一樣快，支持市面上幾乎所有的多旋翼和垂直起降無人機。
Skysense機棚則是正在開發階段的另一款產品，供無人機在飛行間歇停靠和充電。這種機棚采用防護結構，包含充電板，可遠程控制，并且可以在無人機和云數據存儲之間實現數據同步。
總結
對農業而言，作物產量和經營成本是成敗關鍵。降低成本的同時保持或提高產量，是顯而易見的務農目標。在利潤萎縮的時候，能提高利潤的技術必將受到田間勞動者的高度關注。為了說明這一點，請看以下數字：種植玉米的凈利潤為每英畝25至50美元，因此一間面積為1,000英畝的農場就只有2.5萬至5萬美元凈利!農民通常并不富裕。
所以也難怪他們會想方設法利用技術來更好地預測、了解和(或)應對自然環境，尤其是在氣候變化給農業生產帶來巨大困擾的情況下。大數據解決方案、云軟件、農用無人機和精準農業是現在和未來的工具，希望它們能讓作物茁壯成長、提高產量，讓越來越多的全球人口都能填飽肚子。
