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農業中的物聯網智能噴灑技術

2020-11-18 09:20 物聯之家網

導讀:符合成本效益的物聯網智能噴灑技術,旨在最大限度地減少除草劑對環境的有害影響。

過度噴灑除草劑給農業帶來了嚴峻的挑戰。農民每年花費250億美元購買30億磅的除草劑,但是,這些化學物質中的絕大部分都沒有噴灑到雜草上,而是落在土壤或健康作物上,或者被雨水帶走。采用傳統的噴灑技術,農民因徒勞地噴灑除草劑而蒙受損失。此外,這些化學物質污染了土壤,破壞了環境,同時,雜草本身也會對除草劑產生抗藥性。

效率低下的原因在于噴灑器的精度差。農業技術供應商聲稱,智能噴灑解決方案可以將除草劑的成本降低90%,這是因為僅在雜草上選擇性施用。使農民從廣灑轉向物聯網智能噴灑的一些最突出技術是GPS導航、機器學習算法和用于雜草識別的計算機視覺。

為了幫助農業企業節省資金并保護環境,讓我們來看看先進技術如何為可持續、精準和經濟高效的除草劑施用塑造智能噴灑解決方案。

精準施用除草劑的主要挑戰

采用傳統方法,農民面臨影響除草劑施用的4個主要挑戰。而技術進步可以在噴灑之前和噴灑期間解決這些挑戰。

1. 對除草劑風險缺乏了解

通常,農民無法充分評估與除草劑施用相關的風險。農田可能位于公共設施附近,而風、雨和地下水會將化學物質傳播到更廣泛的區域,從而危害環境。而為農業企業提供除草劑的供應商可以在早期階段為其產品的可持續利用做出貢獻,甚至在他們向農民出售除草劑之前。

解決方案:依賴于動態現場數據、現場地形熱圖和附近物體位置的風險評估系統,可以推薦每個田間地塊的噴灑計劃并調整除草劑的銷售策略。這將使農民能夠評估農田狀況和整個生態系統的潛在風險,包括滑坡、地下水污染和自然資源流失等風險。

2. 延遲噴灑

施用除草劑的最佳時機是在雜草冠層仍在生長時。在此階段,只需較少劑量就可以除掉雜草。相反,后期施用增加了除草劑只噴灑在葉冠上而沒有到達根部的風險,進而降低噴灑效果。

解決方案:通過精確繪圖和數據分析,可以在雜草上及時施用除草劑。使用無人機收集田間圖像并應用算法進行識別可以在雜草生長的早期階段規劃噴灑,而繪圖技術則有助于在每個田間地塊上準確分配除草劑,從而實現高效噴灑。

3. 田間轉彎

在噴灑除草劑時,農業機械會轉彎,并降低車速,而除草劑的流量則保持不變。這會導致在轉彎處過量噴灑。考慮到噴灑器通常每次都沿著相同的路線移動,因此相同的地點每年都會受到過量的劑量。

解決方案:農業機械的GPS導航不是一個新概念,但是將轉向和流體流動聯系起來可能是農業技術公司的下一件大事。例如,約翰迪爾公司的ExactApply公司提供了一個由GPS控制的智能噴嘴系統,可在現場的每一個轉彎處立即響應相關劑量。

4. 實時雜草識別

即使是精確的雜草噴灑計劃也不能確保土壤和健康作物免受除草劑的侵害。廣撒式噴灑器在其工作范圍內向所有作物噴灑除草劑,不管是不是雜草。智能噴灑器可以識別雜草并在移動時進行噴灑,而噴灑的時間窗口約為300毫秒,這應該是在眨眼間發生。

解決方案:智能噴灑最有前途的解決方案之一是實時識別雜草。計算機視覺和物體檢測在這一過程中起著至關重要的作用,其工作原理如下:攝像頭捕獲噴灑區域的圖像,人工智能(AI)引擎檢測雜草,當噴灑器到達雜草時,噴頭接收到信號,只在確定的地點噴灑特定劑量的除草劑。

從老式噴灑到選擇性噴灑技術

農業技術公司一致認為,使用廣撒式噴灑器噴灑雜草的傳統方法需要進行重大調整。種植者希望用軟件技術來改進久經考驗的設備,以提高噴灑精度。

對提高噴灑精度貢獻最大的技術是GPS自動轉向和引導、自動控制臂架高度以適應地形變化,以及根據噴灑機速度調整劑量的脈沖調制技術。

智能噴灑解決方案的工作原理

計算機視覺和數據分析是農業選擇性噴灑的核心。這些技術可幫助噴灑設備區分植物葉類型,識別雜草并激活數據驅動的行為。利用人工智能和計算機視覺技術,智能噴灑過程分為2個主要階段。

第1階段——識別并定義:

配備攝像頭的噴灑器可以捕獲田地噴涂區域的實時圖像。通過學習雜草外形的輸入示例,機器學習算法可以識別圖像中的雜草并將其標記為噴灑目標。

此外,農場噴灑算法可以區分作物,并將空曠的土壤排除在噴灑范圍之外,甚至可以標記雜草的特定參數,例如其種類或冠層階段。

第2階段——決定并采取行動:

一旦攝像頭捕捉到圖像,人工智能就會分析出是否有雜草,然后智能噴嘴就會以高精度瞄準這些雜草,并噴灑適合雜草大小和年齡的除草劑。

智能噴灑解決方案用例

▲博世——智能噴灑,可精確施用除草劑

博世說,除草劑可以增加產量,并有助于解決目前全球人口幾乎增加兩倍的難題。同時,博世的目標是徹底改造農用噴灑機械。他們的智能噴灑軟件涵蓋了整個噴灑操作,從記錄圖像到為每種雜草選擇除草劑類型。

▲Blue River科技——-優化每個農場

Blue River推出了下一代農業噴灑設備。該公司承諾為農民提供一種控制除草劑使用并防止雜草抗藥性的新方法。他們強調了智能噴灑解決方案的成本效益,聲稱可以消除如今農民施用的90%除草劑。

▲Greeneye科技——-減少噴灑量,促進生長

Greeneye應用人工智能和深度學習技術,從廣撒式噴灑大量除草劑轉向精確而有選擇性的農用噴灑解決方案,從而徹底改變了除草劑的施用過程。他們的產品旨在減少導致土壤和水污染的除草劑的施用,并解決除草劑抗藥性問題,同時保護健康作物免受與噴灑相關的風險。

總結

智能噴涂技術可避免因廣撒式噴涂而導致的除草劑浪費,從而為農民和農業企業節省資金。除了可預測和增加的投資回報之外,智能噴灑還可以防止有害劑量的除草劑噴灑在田地上并擴散到環境中。

除草劑對于提高農業生產力以養活不斷增長的人口至關重要。盡管如此,仍應控制其施用。物聯網智慧農場噴灑軟件以及可持續發展理念可以幫助農業企業明智地生產和銷售除草劑,并評估所有與除草劑相關的風險。


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