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智慧农业在欧美

2021年12月27日

智慧农业在欧美

随着城市化进城和工业文明的快速发展,可耕地逐年减少。据不完全统计,在过去的四十年里,至少三分之一的耕地已经消失。与此相反的是,世界人口从从上个世界八十年代的45亿激增到现在的79亿,而农业工人数量急剧的减少,农村人口老龄化加剧(德国以农民以年轮一代为主除外),人类面临着极大的生存压力和挑战 ,1900 年的时候,一位农民养活4人,现在这个数字是 155 人——而且这个数字还在上升(来源:Rheinischer Landwirtschafts-Verband)。

在现代科技快速发展的时候,人类需要把Z先进的科技植入到现代农业中来,智慧农业正是在这一大背景下应运而生,而且有迅猛发展的趋势。

智慧农业Z突出的领域之一是数字化,也被认为是农业的第四次革命(Walter 等,2017)。上个世纪 90 年代中期, 美国将卫星导航系统安装在农业机械上,这是进入智慧农业的标志性事件。

欧盟已将通过增加创新来提高农业生产力,作为其政治目标(EU SCAR,2012,2013)。2017年,欧洲农业机械协会提出农业4.0(Farming 4.0)。德国是率先实施工业4.0的国家,依据工业4.0, 德国人率先提出了“农业4.0”概念。德国的大型农业机械都是由全球卫星定位系统(GPS)导航系统控制。德国农民的主体是青年人,他们中的绝大多数人都受过高等教育,具备了掌握先进科技的技能。

德国研究农业的专家克里斯汀在2018年5月1日的《德国的智慧农场:数字技术在农业的应用》一文中说“德国Z伟大的创新不是在高速公路上,而是在该国的田地和农场:自动驾驶高科技拖拉机、挤奶机器人和喂料机已经成为许多农民的标准设备。 智能农业是农业的未来,数字技术可实现高效和资源节约型农业。”

法国专门打造大数据农业体系。法国农业将 GPS 和GIS系统应用于联合收割机。英国政府启动了“农业技术战略”,实施未来农场(Future Farm)智慧农业项目,研发除草机器人替代化学农药除草,实现从播种到收获全过程的机器人化农业。

在政府政策的驱动下,数字农业这块新的蛋糕从天而降,农业装备制造商及其核心零件供应商,从中看到了巨大的商机。大马力拖拉机和多种经济类作物收割机械市场Z近几年一路高歌猛进。

发动机功率超过 130 千瓦 (kW) 或约 174 马力的拖拉机世界出口, 2017 年为 58亿 美元 ,德国和美国占到其中的 54%(国际贸易中心(ITC,2018)。世界知名的 24 家公司大型拖拉机制造商中 ,有5家引领世界市场:John Deere™、AGCO™、CNH™、SAME™ 和 Zetor™。尤其是John Deere™ 拥有在北美占据主导地位,2017 年销售 245,000 台拖拉机(拖拉机和联合收割机销售,2018 年)。市场的高度集中化,有利于大型农机企业快速投入到智慧农业这场新型的赛跑中来。

在这场赛跑中,农业机械巨头约翰.迪尔,很多年前就在做北美农村的土壤、气候以及病虫害等方面的大数据采集工作,给农民提供专业的咨询,什么时候施肥、农药,施什么样的肥料和农药,量是多少等等,约翰迪尔都会和当地的农业部门分享这样的大数据。Z近,约翰迪尔瞄准智慧农业,巨资收购了人工智能 (AI) -蓝河科技,利用蓝河科技AI植物智能识别技术,通过把相机、激光、传感器以及 GP应用到无人驾驶拖拉机、撒布机上,实施药物的精准喷洒,精准施肥,提高了效率,减少了除草剂和肥料的使用。

为迎接智慧农业的到来,在汽车行业占有垄断地位的德国博世力士乐公司不甘居后,从拖拉机的动力总成系统和农业机械的液压解决方案到智能农业的互联网产品, 从土壤准备,到播种,到施肥,撒农药,到无人驾驶装备技术,智能控制,博世力士乐全方位介入,他们正在将汽车技术嫁接到智慧农业。 从湿度、温度及其他气候数据的采集,到农业装备的远程诊断,博世将数据输入到云端,再传输到农民的手机上,为智慧农业提供精确及时的情报。

智慧农业在欧洲大陆快速兴起的时候,在北美农村也是如火如荼。

为促进智慧农业的发展,加拿大联邦政府推出国家创新超级集群计划,预算承诺为 9.5 亿加元,支持先进制造业、农业食品、健康/生物科学、清洁技术和数字产业(毕马威会计师事务所,2018 年)。2012 年至 2018 年 12 月期间,农业科技投资同比增长 43%,六年累计投入 5550亿 美元。

加拿大农业和农业食品部 (AAFC) 于 2017 年进行了一项自愿电子调查,261 名农民积极参与(在加拿大西部经营着总计近 405,000 公顷的农田), 98% 的受访者使用基于 GPS 的自动导航系统,80% 使用自动转向,70% 使用 ASC,以及用于监测储存谷物的温度和湿度传感器技术(Steele,2017 年)。 Turland 和 Slade(2018 年)在萨斯喀彻温省对 514 名农民进行了抽样调查,并报告了 GPS 自动导航系统的类似使用(94%);大约 50% 的受访者拥有具有产量监控功能的联合收割机。不到 50% 的受访者(Steele,2017 年)使用了可变速率技术(作物投入处方图),Turland 和 Slade(2018 年)记录了不到 30%。

数字技术为农业创新提供了无限的可能,使今天的农民比以往任何时候都更有效在经济上取得成功,无线技术和更高带宽的集成将支持流程,从而实现人机交互 (HMI)、机器对机器 (M2M) 通信和自动驾驶汽车的使用(Bacco 等人,2018 年)。

为保障农民的利益,加拿大从国家到地方政府立法规定了农业设备制造商和经销商之间的关系(农业设备法规,2019 年),要求设备经销商、制造商和分销商在本省销售的新机器上提供长达十年的维修零件,此外,在规定时间内提供这些维修。指定的时间段,例如,在萨斯喀彻温省必须在 72 小时内完成播种或收获等关键使用期间的紧急维修(Garvey,2015 年)。

在政府的驱动下,北美企业在推进智慧农业方面快马扬鞭,不遗余力。加拿大DOT™公司 ,1992 年推出了一款独特的开沟机,可将土壤干扰降至Z低,土壤水分得到保存。SeedMaster公司创造了多项行业第一,包括大型免耕空气播种机(SeedMaster,2018a)。通过聘请杰出技术人才,太空探索和 PA 技术开发专业知识(Raven,N.d.),成功应用于控制 DOT™ 的移动硬件和软件上。

北美的农业专家认为,要想推进智慧农业,必须要让农民口袋装满美元。加拿大的农民虽然农村工人人数在减少,老龄化加剧,但是农民的收入还是十分可观的。在加拿大,一台全新的拖拉机售价 700,000 美元,一台全新的大型播种机的售价可能在 700,000 美元范围内,两者想加140 万美元,对于北美大部分农民来说,是负担得起的。所以在加拿大推进智慧农业有较好的经济基础。

和加拿大比,美国农业基础更强。从上个世纪90年代开始,美国政府每年拨款10多亿美元推进农业信息化技术的应用。

智能农机已经从传统的拖拉机延伸到智能化施肥机械,智能玉米精密播种施肥机,智能化灌溉机械,智能化播种机械,智能化设施农业装备,智能温室等。

由于法规、传感器成本高、农民缺乏信任等因素,无人机器人大规模入市受到了限制,但是,近年来,很多高科技企业都推出了各种各样的无人驾驶农机具。美国成功研制一种激光拖拉机,利用激光导航,误差精确到25 cm; 另一家农业机械公司研究推出了施肥机器人;法国发明了葡萄园的机器人,修剪藤蔓、剪 除嫩芽、监控土壤和藤蔓的健康状况等;美国波士顿研制出育苗机器人;英国、日本研发了挤奶机器人;澳大利亚发明了一种像牧羊犬的机器人。

在数据采集方面,美国69.6%的农场采用传感器采集数据,农业机器人应用到播种、喷药、收割等农业生产中。美国大型农场人工智能设备和技术普及率高达80%;美国玉米、小麦主产区39%的生产者都使用了人工智能技术,大型农场人工智能设备和技术普及率高达80%,人工智能技术已使玉米产量提高13%,种植成本下降15%,從而促进了农户经济效益的提高。

智慧农业活动已经渗透到土壤耕作、播种和种植、栽培、施肥和分配、害虫防治、收获、灌溉、排水、运输、储存、处理早期作物的残留物等个方面。欧美发达国家,正在利用 GPS 自动导航、 图像识别技术、 计算机总线通信技术等汽车航天技术来提高机器的操控性、机动性和人员作业舒适性。

推行智慧农业,必然离不开智能农机。智能农机是基础。所以,欧美各国及日本很多年前就加大投入,开发大型智能化的农机,开发无人驾驶农机。而我们的农机在智能农机方面还处在一个初级阶段。

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