未来农场会长什么样？无人机、机器人和GPS齐上阵

3月23日，今天的农业已经进入高科技领域，大多数20世纪的农民甚至无法再认出它们。毕竟仅仅在100年前，美国农业刚刚用内燃机取代畜力。而在过去20年间，全球定位系统（GPS）、电子传感器以及其他新式工具的出现，已经将农业进一步推向“科技仙境”。

除了时髦的空调和音响系统外，现代大型拖拉机的封闭舱室内还配备了计算机显示器，可以显示机械性能、农田位置、操作播种机等附带设备等。今天令人感到惊异的这些技术，还只是未来农业的开始。自动驾驶机械和无人机将可以自动检测和治疗出现病虫害的农作物，这些工具在那些被称为“精准农业”的农场中将变得司空见惯。

所有这些高科技产品的最终目的是优化农业，无论是从经济角度还是环境角度来看。我们只想找到最佳投入量（包括水、化肥、杀虫剂、燃料以及劳动力等），以便更高效地种植高产作物。

GPS提供超本地化信息

每次至少有3颗轨道卫星可参与计算你的距离，帮助GPS提供你在地球上任何地方的精确位置信息。因此，配置有GPS接收器的农业机械能够识别它们在农场中的位置，调解操作，以便在这个位置上最大化地提高生产力或效率。

以土壤施肥为例。农民可使用GPS接收器确定预选的农田，并收集其土壤样本。然后对样本进行实验分析，并建立地理信息系统施肥图。在本质上，这是一种计算机数据库程序。利用这类地图，农民就可精确确定每个取样农田区的施肥量。变量技术（VRT）施肥机可以精确地在农田中喷洒所需肥料。这个过程就是“精准农业”的典范。

　信息、分析与工具

“精准农业”要求在3个方面取得成功。它需要特定位置信息，比如土壤-肥力图；它要求对特定位置信息进行理解，并有作出决策的能力；做出决策往往需要计算机的模拟帮助，后者需要利用数学和统计学分析土壤肥力与作物产量之间的可变关系。

最终，农民必须拥有实施管理决策的物理工具。比如，配置有GPS系统的变量技术施肥机可根据每块农田位置自动调节施肥量。“精准农业”的其他例证还包括：根据土壤类型不同，施行不同的播种率；利用传感器来识别杂草、疾病或害虫，以便使用最相配的杀虫剂等。

特定位置信息的作用除了帮助绘制土壤条件地图和提高产量外，还可利用卫星图片显示农作物的健康状况。现在，无人机可以收集高度清晰的农作物和农田照片。这些照片通过计算机分析可显示不同的反射光，据此科学家可了解农作物的健康状况和土壤类型等。比如，图中健康作物呈现清晰的亮色，而有病作物则呈现暗色，这可以被用于确定棉根腐病的存在。将来，农民或只需对感染区进行治疗。无人机的优势还包括成本低廉、照片细节清晰等，但有关它们在农业领域使用的合法性依然在探讨中。

自动化

自动导航，即以GPS为基础的系统可指引拖拉机以更加精确的模式作业，甚至超过真人操作。当前，安全担忧完全限制了更小机械的无人驾驶潜力。全自动或机器人耕种机械已经开始小规模地出现在高利润农业中，比如葡萄、苗圃作物、某些水果和蔬菜等。

自动机械可以取代人类，完成更加繁琐的任务，比如手工收割蔬菜。他们利用传感技术，包括机械视觉，可检测位置、茎叶大小等信息，然后在作业过程中通知机械。日本已经成为这一领域的领导者。日本农业往往被划分成更小的田块，该国也是机器人技术也处于世界领先水平。但是自动机械在美国也正在崛起，特别是加州，那里有美国许多特产作物。

飞行机器人的发展将导致当前大多数人类操作的无人机被取代，它们拥有机械视觉和类似人手的钳子。许多侦察任务，比如病虫害，要求人走到很远的地方，获取代表植物的叶片，然后反复查看其是否存在病虫害。研究人员正开发一种技术，可以利用飞行机器人执行这些任务，无需人类参与。

育种+传感器+机器人

高通量植物表型（HTPP）是一种未来化“精准农业”技术，它是遗传学、传感器以及机器人的结合体。它可被用于研发新的作物品种，或提高作物营养含量、耐抗旱以及抗病虫害的能力。HTPP技术采用多个传感器测量植物的重要物理数据，比如高度、叶片数量、大小、形状、角度、颜色、枯萎程度、茎厚、结果数量等。这些都属于表型特征，也是植物遗传代码的物理表达。科学家可以将这些数据与特定植物的已知遗传数据对比。

再加上传感器，科学家可以非常迅速地获得成千上万种植物的表型特征，育种学家和遗传学家可据此决定哪些品种将被排除，哪些可进一步测试，这将大大加速农作物改良的进程。

过去20年间，农业生产领域已经发生巨变。很难想象未来数年内，其将发展到何种程度。但是农业高科技创新的步伐只会越来越大。如果10年后看到这样一幕，请不必感到惊讶：你沿着高速公路驾车行驶，看到有小型直升机在农田上空飞行，并降落到农作物身上，利用机器钳子采摘叶片、利用照相机和机械视觉查看病虫害，随后重新起飞查看其他农作物。