大数据“下田”,未来农业将成为世界上最重要的产业之一

罗德尼·席林(RodneySchilling)是美国伊利诺伊州的一个农场主,他和父亲二人经营着1300英亩(约7900亩)田地。他的父亲已经83岁了,地里的活儿全靠席林自己上阵,即便在农忙时节,他也不用雇工,最好的帮手是农场里的那几台农业机械。

跟国内常见的农业机械比,这些机器高大得多,一台喷药机完全张开“臂膀”,翼展达36米。更重要的是,这些“大家伙”还很有“头脑”——驾驶室里配备的全球卫星导航系统和自动驾驶系统。即使在下田作业时,席林也远没有传统农民那么辛苦,只要他愿意,完全可以坐在驾驶座上,一边喝着咖啡,一边用平板电脑浏览新闻,机器会按照设定的路线工作,施肥、打药完全自动化,哪些地方打过,哪些地方没打,绝对不会搞混,GPS上都显示得清清楚楚。

大多数时候,席林会把平板电脑带在身边,内置的APP软件会提醒他何时适宜下地查看,该打药或是该施肥了,以及提供实时的和未来几天的天气数据。

在美国,像席林这样“劳作”的农场主越来越多。农业生产模式正在从机械化向信息化转变,以精准为特征的农业,正在让种植变得更加容易。

美国的农业

美国农业约占其GDP的1.2%。美国不仅是世界上最大的工业化国家,而且也是世界上最大的农业发达国家。美国土地肥沃,气候温和,现有可耕地约1.52亿公顷,牧场5.6亿公顷。美国约有220万个农场,每个农场平均面积约170公顷。2011年农业就业人数213万人,占整个就业人口的1.45%。

美国是农业大国,但农业产值仅占美国经济1.2%。美国有3亿多人口,其中住在农村地区的人仅占约2%,从事农业生产的人不到1%,其中又只有半数将农业作为主业,根据美国农业部的数据,美国农场数量1935年达到峰值680万个,农业人口超过1.27亿,现如今农场数量只有220万个,农民数量也降至300万左右。

农业生产的盈利性从根本上保证了农业的吸引力。爱荷华州全职农民年收入基本都在5万至7万美元以上,有些农民可能会达到10万至25万美元,一般而言要比城市居民平均收入水平高。

美国是对农业数据收集比较齐全的国家,也是较早进行农业数据开放的国家,目前,有关农业数据的采集、共享和利用正帮助美国农业政策制定者对农业部门的发展制定各种政策。不仅如此,美国各大农场主协会以及涉农企业也不惜投入大量的时间、金钱以及花费巨大的精力去搜集被人们称为“大数据”的涉农数据。

大数据对于农业的作用

随着全球人口的增加,天气的波动更加不稳定,以及依赖石油的农业对于石化燃料的价格越来越敏感,必然激励更多地运用新技术来提高作物产量,并管理风险。围绕着基因组学、生物信息学以及计算生物学的研究活动都已经取得了重大的进展,使得科学家和组织能够更好地养活全世界,并提高食品和农作物的质量。这些技术都涉及到庞大的数据集和计算分析,那么在此过程中,大数据的作用是什么?

首先,也是最重要的,农民需要需要测量和了解数据巨大和种类繁多的数据能够带来怎样的影响,因为这些数据驱动着他们的耕作质量与产量。这些数据包括天气数据、GPS数据、土壤细节、种子、化肥和作物药剂等,充分利用这些数据对于土地进行长期管理和短期模拟,以实现产量和利润的最大化。

其次,种子和肥料以及药剂的供应商需要接收所有的这些数据,将其放入统一的模型中,并使用专用算法,以便向农民提供尽可能最优化的解决方案和服务。

再次,农业机械制造商是整个价值链的另一个重要组成部分。他们不仅需要确保其资产能够在最低成本保持最长的正常运行时间,还要支持移动数据采集(如土壤样本、水分监视器和传感器、田间作物颜色、生长速率、天气破坏、营养水平、农作物品种等),并让这些琐碎的信息在价值链能被实时获取,以进行进一步的处理。

除了农民、农企、种子化肥供应商和农业机械制造商以外,气象站和实验室、贸易商和行业合作伙伴、技术和解决方案提供商也是这个日益复杂的生态系统的一部分。他们对于来自无数信息源的大数据也有着巨大的需要。

大数据进田

大数据在农业中应用最普遍的领域之一就是精准农业。通过对气候、土壤和空气质量、作物成熟度,甚至是设备和劳动力的成本及可用性方面的实时数据收集,预测分析可以用来做出更明智的决策,而这就是所谓的精准农业。在精准农业中,控制中心实时收集并处理数据,来帮助农民在播种、施肥和收割作物等方面做出最明智的决策。遍布田间的传感器用于测量土壤和周围空气的温度与湿度。此外,卫星图像和无人机会被用来拍摄田地的照片。随着时间的推移,图像会显示作物成熟,加上对未来48小时的精准天气预测模型,就可以建立模型并进行模拟,从而预测未来的情况,并帮助农民做出前瞻性的决策。

就如文中刚开始所提到的农场主席林对农场的土地情况了如指掌,他甚至聘请了专业服务公司,在田地中,每4英亩设1个取样点,做土壤的分析测试。完成后,席林得到一份书面报告,除了给出各个地块详细的土壤成分数据,还有种植不同作物时所需要的肥料、水分以及未来产量等数据。据此,他可以精确安排农场的生产计划。

随着种植活动,土壤的成分是动态变化的。因此,每过三年,席林会重新做一次土壤分析,每次要花费5000多美元。不过,由于精确数据意味着几乎最高的投入产出比,席林还是很乐意花这笔钱的。

在席林的平板电脑里,安装了ClimateCorporation的气象数据软件。他把农场的坐标和相关信息通过软件上传,即可获得农场范围内的实时天气信息,如温度、湿度、风力、雨水等,这些信息可以帮助他判断每个地块的播种、收获、耕作时间。

事实上,从生产规划、种植前准备、种植期管理,直到采收,席林每年要做40多项决策。这些决策大多环环相扣,如果哪一步选错了,那就不得不忍受减产的后果。

影响作物生长的因素有很多,土壤、气候、水分、品种、病虫害和杂草等,作物产量是这些因素的综合结果。因此,在现代农业领域,农民光凭经验做出决策已远远不够,需要依靠科学、概率和专业分析得出优化决策。

物联网发展带来的智能化农机

大数据让农民开始用移动设备管理农场,可以掌握实时的土壤湿度、环境温度和作物状况等信息,大幅度提高了管理的精确性。然而,再好的决策,也需要硬件设备去实施。

其实,精准农业的概念和设想,最早由美国在20世纪80年代初提出,经10年后才进入生产应用,彼时技术和设备的储备已基本具备。

PrecusionPlanting专门制造与精准农业配套的设备。这些设备可以固定在大马力拖拉机后部,同步运行的播种机和其他设备上。以播种为例,经过数据加载,它们能够根据天气的变化进行不同深度、不同间距以及不同品种的播种活动。

在大田中,即使相隔两三米远的两块土地,土壤的水分含量、营养情况、农作物的生长情况都可能不相同。过去几千年中,农民并不区分这种差异,会把同样的品种以等间距播种下去。如今,精准农业颠覆了这一传统,在肥力高的地方密植,在肥力低的地方稀植,还可以更换种子品种。这些作业都是随着播种机的行进,自动完成的。仅此一项改变,即可给玉米带来每公顷300公斤-600公斤的增产。

精准农业下的农业机械必须是智能化的,通常安装有卫星导航系统、自动驾驶系统、计算机设备,以及必要的传感器,这样才能“理解”大数据分析软件给出的信息,并准确地执行。

智能化的农业机械也大大提高了作业质量,单粒播比率可以提高到99%。农民可以实时监控播种机的准确率,如果出现大面积异常,可以马上停机,检查纠正播种机。以前,如果播种机出了毛病,农民很难立即发现,而只能接受损失。

理想情况下,播下的种子应在地里有同样的深度,如果种得深了,种子出苗晚,不利于竞争阳光和养分;浅了,则抗倒伏性不好。现在,智能化的农机可根据土地的松软程度,自动调节播种动作,以便所有种子处于同样的深度。

通过全流程的精打细算,精准农业可以极大地节约化肥、水、农药等投入,把各种原料的使用量控制在非常准确的程度,让农业经营像工业流程一样连续地进行,从而实现规模化经营。

大数据公司在农业应用中的案例

孟山都公司(Monsanto)

虽然该公司已经被妖魔化为企业贪婪和罪恶的代表,但也正是它使得农业产业发生了革命性的改变。成立于1901年的孟山都公司最初是销售DDT、牛激素、多氯联苯(PCB)和阿斯巴甜的化学公司。从20世纪80年代起,孟山都公司开始购买种子企业并投资于生物技术研究,战略性地过渡成为一家农业公司。孟山都公司早在公众认识到之前就看到了农业的长期机会,并投注于此。该公司认为,农业大数据是个价值数十亿美元的投资,而其在2012年5月到2014年2月间收购的几家农场数据分析公司也验证了这一点。

2012年初,孟山都公司收购了精密播种(Precision Planting)公司,该公司生产的硬件和软件能够在田间播种空间、深度以及根系方面向农民提供帮助。2013年10月,孟山都公司以9.3亿美金收购了农业数据科学的最大的公司之一,即位于旧金山的气象数据分析公司——气候集团(Climate Corporation),标志着要转向数据与生物技术解决方案的整合。而金融时报(Financial Times)报道说,孟山都公司的这一收购行动标志着首宗重大的“大数据”收购顺利完成。随后,在2014年2月,气候集团买下了总部设在旧金山的土壤测试服务公司Solum。而孟山都公司的主要软件产品Fieldscripts适用于所有的这些系统,以确定土壤的生产力和产量。

MySmartFarm

农民都不可避免地要使用数据,有机农业运营更需要采集大量的耕作数据。MySmartFarm的创始人兼首席执行官Wolfgang van Loeper正在利用大数据来改造农业。MySmartFarm致力于为农民创造一种环境,让他们的耕种更适应自然,即更多地利用大自然的技巧,用更低的成本收获庄稼,并让作物含有更多的重要的天然植物营养素,这些营养素在经过大量化学处理的农产品中含量很少。

MySmartFarm是个SaaS系统,它将收集到的数据与预测数据相结合,帮助农民对预测或趋势做出反应。通过MySmartFarm系统,农民能够拥有他所有的数据,包括收获、施肥、实验室、天气、疾病,以及来自当地土壤或叶片水分和卫星传感器的传感器数据,同时还能有重要的映射和地理信息系统数据。MySmartFarm将所有这些数据与气候数据相结合,并产生新的情报。将其加入农民自身完整的安全存储的数据中,农民可以得出一个非常方便的管理仪表板,指明面对众多的参数时,要做出快速而高效的决策,最重要的是什么,从而更及时地采取行动。

MySmartFarm将推动农民走向更可持续的耕作实践活动,这不仅仅是节约水和化学品,更是帮助他们通过知识转移(比如成功并且盈利的,或者是更加生态的耕作实践),转向更农业生态化的做法。

FarmLogs

FarmLogs依靠移动网络,通过数据驱动的方式帮助耕作的农民快速有效地预测利润、跟踪开支,更有效地安排工作。最棒的是,该软件利用GPS可以给出任何给定位置的历史气象数据。农民朋友们可以利用该软件的移动应用,快速记下笔记和输入数据。它为古老的农业行业带来了一场根本性革命。

“FarmLogs让农民获得他们的田间情况变得非常容易。雨水、养分、作物健康、土壤条件以及机器的所有数据都可以通过直观的Web/移动用户界面进行分析和交付,”FarmLogs的创始人以及CEO沃尔马表示。“我们从学术界获得了最先进的精准农业研究,然后我们把它用在美国的每一个农场。”

结语:有人认为,数据带来的趋势会鼓励大规模种植单一作物,从而实现技术有效性的最大化,因此可能会造成科技趋势排挤小型农场;但另一些人认为,随着大数据成本的迅速下降,小农场主也能使用这些技术来不断加强自身。但无论如何,我们正在迈进一个人口更多、资源更少的时代,这使得农业成为世界上最重要的产业之一。最终,农业会赢得全世界的尊重。

内容来源:199IT

原文发布于微信公众号 - 灯塔大数据(DTbigdata)

原文发表时间:2016-06-06

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