實地探訪美國農業(yè)大數(shù)據(jù)的建設與應用

羅德尼·席林是美國伊利諾伊州的一個農場主，他和父親二人經營著1300英畝田地。他的父親已經83歲了，地里的活兒全靠席林自己上陣，即便在農忙時節(jié)，他也不用雇工，最好的幫手是農場里的那幾臺農業(yè)機械。

跟國內常見的農業(yè)機械比，這些機器高大得多，一臺噴藥機完全張開“臂膀”，翼展達36米。更重要的是，這些“大家伙”還很有“頭腦”——駕駛室里配備的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)和自動駕駛系統(tǒng)。即使在下田作業(yè)時，席林也遠沒有傳統(tǒng)農民那么辛苦，只要他愿意，完全可以坐在駕駛座上，一邊喝著咖啡，一邊用平板電腦瀏覽新聞，機器會按照設定的路線工作，施肥、打藥完全自動化，哪些地方打過，哪些地方沒打，絕對不會搞混，GPS上都顯示得清清楚楚。

大多數(shù)時候，席林會把平板電腦帶在身邊，內置的APP軟件會提醒他何時適宜下地查看，該打藥或是該施肥了，以及提供實時的和未來幾天的天氣數(shù)據(jù)。

在美國，像席林這樣“勞作”的農場主越來越多。農業(yè)生產模式正在從機械化向信息化轉變，以精準為特征的農業(yè)，正在讓種植變得更加容易。

美國的農業(yè)

美國農業(yè)約占其GDP的1.2%。美國不僅是世界上最大的工業(yè)化國家，而且也是世界上最大的農業(yè)發(fā)達國家。美國土地肥沃，氣候溫和，現(xiàn)有可耕地約1.52億公頃，牧場5.6億公頃。美國約有220萬個農場，每個農場平均面積約170公頃。2011年農業(yè)就業(yè)人數(shù)213萬人，占整個就業(yè)人口的1.45%。

美國是農業(yè)大國，但農業(yè)產值僅占美國經濟1.2%。美國有3億多人口，其中住在農村地區(qū)的人僅占約2%，從事農業(yè)生產的人不到1%，其中又只有半數(shù)將農業(yè)作為主業(yè)，根據(jù)美國農業(yè)部的數(shù)據(jù)，美國農場數(shù)量1935年達到峰值680萬個，農業(yè)人口超過1.27億，現(xiàn)如今農場數(shù)量只有220萬個，農民數(shù)量也降至300萬左右。

農業(yè)生產的盈利性從根本上保證了農業(yè)的吸引力。愛荷華州全職農民年收入基本都在5萬至7萬美元以上，有些農民可能會達到10萬至25萬美元，一般而言要比城市居民平均收入水平高。

美國是對農業(yè)數(shù)據(jù)收集比較齊全的國家，也是較早進行農業(yè)數(shù)據(jù)開放的國家，目前，有關農業(yè)數(shù)據(jù)的采集、共享和利用正幫助美國農業(yè)政策制定者對農業(yè)部門的發(fā)展制定各種政策。不僅如此，美國各大農場主協(xié)會以及涉農企業(yè)也不惜投入大量的時間、金錢以及花費巨大的精力去搜集被人們稱為“大數(shù)據(jù)”的涉農數(shù)據(jù)。

大數(shù)據(jù)對于農業(yè)的作用

隨著全球人口的增加，天氣的波動更加不穩(wěn)定，以及依賴石油的農業(yè)對于石化燃料的價格越來越敏感，必然激勵更多地運用新技術來提高作物產量，并管理風險。圍繞著基因組學、生物信息學以及計算生物學的研究活動都已經取得了重大的進展，使得科學家和組織能夠更好地養(yǎng)活全世界，并提高食品和農作物的質量。這些技術都涉及到龐大的數(shù)據(jù)集和計算分析，那么在此過程中，大數(shù)據(jù)的作用是什么？

首先，也是最重要的，農民需要測量和了解巨大和種類繁多的數(shù)據(jù)能夠帶來怎樣的影響，因為這些數(shù)據(jù)驅動著他們的耕作質量與產量。這些數(shù)據(jù)包括天氣數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、土壤細節(jié)、種子、化肥和作物藥劑等，充分利用這些數(shù)據(jù)對于土地進行長期管理和短期模擬，以實現(xiàn)產量和利潤的最大化。

其次，種子和肥料以及藥劑的供應商需要接收所有的這些數(shù)據(jù)，將其放入統(tǒng)一的模型中，并使用專用算法，以便向農民提供盡可能最優(yōu)化的解決方案和服務。

再次，農業(yè)機械制造商是整個價值鏈的另一個重要組成部分。他們不僅需要確保其資產能夠在最低成本保持最長的正常運行時間，還要支持移動數(shù)據(jù)采集，并讓這些瑣碎的信息在價值鏈能被實時獲取，以進行進一步的處理。

除了農民、農企、種子化肥供應商和農業(yè)機械制造商以外，氣象站和實驗室、貿易商和行業(yè)合作伙伴、技術和解決方案提供商也是這個日益復雜的生態(tài)系統(tǒng)的一部分。他們對于來自無數(shù)信息源的大數(shù)據(jù)也有著巨大的需要。

大數(shù)據(jù)進田

大數(shù)據(jù)在農業(yè)中應用最普遍的領域之一就是精準農業(yè)。通過對氣候、土壤和空氣質量、作物成熟度，甚至是設備和勞動力的成本及可用性方面的實時數(shù)據(jù)收集，預測分析可以用來做出更明智的決策，而這就是所謂的精準農業(yè)。在精準農業(yè)中，控制中心實時收集并處理數(shù)據(jù)，來幫助農民在播種、施肥和收割作物等方面做出最明智的決策。遍布田間的傳感器用于測量土壤和周圍空氣的溫度與濕度。此外，衛(wèi)星圖像和無人機會被用來拍攝田地的照片。隨著時間的推移，圖像會顯示作物成熟，加上對未來48小時的精準天氣預測模型，就可以建立模型并進行模擬，從而預測未來的情況，并幫助農民做出前瞻性的決策。

就如文中剛開始所提到的農場主席林對農場的土地情況了如指掌，他甚至聘請了專業(yè)服務公司，在田地中，每4英畝設1個取樣點，做土壤的分析測試。完成后，席林得到一份書面報告，除了給出各個地塊詳細的土壤成分數(shù)據(jù)，還有種植不同作物時所需要的肥料、水分以及未來產量等數(shù)據(jù)。據(jù)此，他可以精確安排農場的生產計劃。

隨著種植活動，土壤的成分是動態(tài)變化的。因此，每過三年，席林會重新做一次土壤分析，每次要花費5000多美元。不過，由于精確數(shù)據(jù)意味著幾乎最高的投入產出比，席林還是很樂意花這筆錢的。

在席林的平板電腦里，安裝了ClimateCorporation的氣象數(shù)據(jù)軟件。他把農場的坐標和相關信息通過軟件上傳，即可獲得農場范圍內的實時天氣信息，如溫度、濕度、風力、雨水等，這些信息可以幫助他判斷每個地塊的播種、收獲、耕作時間。

事實上，從生產規(guī)劃、種植前準備、種植期管理，直到采收，席林每年要做40多項決策。這些決策大多環(huán)環(huán)相扣，如果哪一步選錯了，那就不得不忍受減產的后果。

影響作物生長的因素有很多，土壤、氣候、水分、品種、病蟲害和雜草等，作物產量是這些因素的綜合結果。因此，在現(xiàn)代農業(yè)領域，農民光憑經驗做出決策已遠遠不夠，需要依靠科學、概率和專業(yè)分析得出優(yōu)化決策。

物聯(lián)網發(fā)展帶來的智能化農機

大數(shù)據(jù)讓農民開始用移動設備管理農場，可以掌握實時的土壤濕度、環(huán)境溫度和作物狀況等信息，大幅度提高了管理的精確性。然而，再好的決策，也需要硬件設備去實施。

其實，精準農業(yè)的概念和設想，最早由美國在20世紀80年代初提出，經10年后才進入生產應用，彼時技術和設備的儲備已基本具備。

PrecusionPlanting專門制造與精準農業(yè)配套的設備。這些設備可以固定在大馬力拖拉機后部，同步運行的播種機和其他設備上。以播種為例，經過數(shù)據(jù)加載，它們能夠根據(jù)天氣的變化進行不同深度、不同間距以及不同品種的播種活動。

在大田中，即使相隔兩三米遠的兩塊土地，土壤的水分含量、營養(yǎng)情況、農作物的生長情況都可能不相同。過去幾千年中，農民并不區(qū)分這種差異，會把同樣的品種以等間距播種下去。如今，精準農業(yè)顛覆了這一傳統(tǒng)，在肥力高的地方密植，在肥力低的地方稀植，還可以更換種子品種。這些作業(yè)都是隨著播種機的行進，自動完成的。僅此一項改變，即可給玉米帶來每公頃300公斤-600公斤的增產。

精準農業(yè)下的農業(yè)機械必須是智能化的，通常安裝有衛(wèi)星導航系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、計算機設備，以及必要的傳感器，這樣才能“理解”大數(shù)據(jù)分析軟件給出的信息，并準確地執(zhí)行。

智能化的農業(yè)機械也大大提高了作業(yè)質量，單粒播比率可以提高到99%。農民可以實時監(jiān)控播種機的準確率，如果出現(xiàn)大面積異常，可以馬上停機，檢查糾正播種機。以前，如果播種機出了毛病，農民很難立即發(fā)現(xiàn)，而只能接受損失。

理想情況下，播下的種子應在地里有同樣的深度，如果種得深了，種子出苗晚，不利于競爭陽光和養(yǎng)分；淺了，則抗倒伏性不好。現(xiàn)在，智能化的農機可根據(jù)土地的松軟程度，自動調節(jié)播種動作，以便所有種子處于同樣的深度。

通過全流程的精打細算，精準農業(yè)可以極大地節(jié)約化肥、水、農藥等投入，把各種原料的使用量控制在非常準確的程度，讓農業(yè)經營像工業(yè)流程一樣連續(xù)地進行，從而實現(xiàn)規(guī)模化經營。

大數(shù)據(jù)公司在農業(yè)應用中的案例

孟山都公司

雖然該公司已經被妖魔化為企業(yè)貪婪和罪惡的代表，但也正是它使得農業(yè)產業(yè)發(fā)生了革命性的改變。成立于1901年的孟山都公司最初是銷售DDT、牛激素、多氯聯(lián)苯和阿斯巴甜的化學公司。從20世紀80年代起，孟山都公司開始購買種子企業(yè)并投資于生物技術研究，戰(zhàn)略性地過渡成為一家農業(yè)公司。孟山都公司早在公眾認識到之前就看到了農業(yè)的長期機會，并投注于此。該公司認為，農業(yè)大數(shù)據(jù)是個價值數(shù)十億美元的投資，而其在2012年5月到2014年2月間收購的幾家農場數(shù)據(jù)分析公司也驗證了這一點。

2012年初，孟山都公司收購了精密播種公司，該公司生產的硬件和軟件能夠在田間播種空間、深度以及根系方面向農民提供幫助。2013年10月，孟山都公司以9.3億美金收購了農業(yè)數(shù)據(jù)科學的最大的公司之一，即位于舊金山的氣象數(shù)據(jù)分析公司——氣候集團，標志著要轉向數(shù)據(jù)與生物技術解決方案的整合。而金融時報報道說，孟山都公司的這一收購行動標志著首宗重大的“大數(shù)據(jù)”收購順利完成。隨后，在2014年2月，氣候集團買下了總部設在舊金山的土壤測試服務公司Solum。而孟山都公司的主要軟件產品Fieldscripts適用于所有的這些系統(tǒng)，以確定土壤的生產力和產量。

MySmartFarm

農民都不可避免地要使用數(shù)據(jù)，有機農業(yè)運營更需要采集大量的耕作數(shù)據(jù)。MySmartFarm的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官WolfgangvanLoeper正在利用大數(shù)據(jù)來改造農業(yè)。MySmartFarm致力于為農民創(chuàng)造一種環(huán)境，讓他們的耕種更適應自然，即更多地利用大自然的技巧，用更低的成本收獲莊稼，并讓作物含有更多的重要的天然植物營養(yǎng)素，這些營養(yǎng)素在經過大量化學處理的農產品中含量很少。

MySmartFarm是個SaaS系統(tǒng)，它將收集到的數(shù)據(jù)與預測數(shù)據(jù)相結合，幫助農民對預測或趨勢做出反應。通過MySmartFarm系統(tǒng)，農民能夠擁有他所有的數(shù)據(jù)，包括收獲、施肥、實驗室、天氣、疾病，以及來自當?shù)赝寥阑蛉~片水分和衛(wèi)星傳感器的傳感器數(shù)據(jù)，同時還能有重要的映射和地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)。MySmartFarm將所有這些數(shù)據(jù)與氣候數(shù)據(jù)相結合，并產生新的情報。將其加入農民自身完整的安全存儲的數(shù)據(jù)中，農民可以得出一個非常方便的管理儀表板，指明面對眾多的參數(shù)時，要做出快速而高效的決策，最重要的是什么，從而更及時地采取行動。

MySmartFarm將推動農民走向更可持續(xù)的耕作實踐活動，這不僅僅是節(jié)約水和化學品，更是幫助他們通過知識轉移，轉向更農業(yè)生態(tài)化的做法。

FarmLogs

FarmLogs依靠移動網絡，通過數(shù)據(jù)驅動的方式幫助耕作的農民快速有效地預測利潤、跟蹤開支，更有效地安排工作。最棒的是，該軟件利用GPS可以給出任何給定位置的歷史氣象數(shù)據(jù)。農民朋友們可以利用該軟件的移動應用，快速記下筆記和輸入數(shù)據(jù)。它為古老的農業(yè)行業(yè)帶來了一場根本性革命。

“FarmLogs讓農民獲得他們的田間情況變得非常容易。雨水、養(yǎng)分、作物健康、土壤條件以及機器的所有數(shù)據(jù)都可以通過直觀的Web/移動用戶界面進行分析和交付，”FarmLogs的創(chuàng)始人以及CEO沃爾馬表示?！拔覀儚膶W術界獲得了最先進的精準農業(yè)研究，然后我們把它用在美國的每一個農場?！?/p>

結語：有人認為，數(shù)據(jù)帶來的趨勢會鼓勵大規(guī)模種植單一作物，從而實現(xiàn)技術有效性的最大化，因此可能會造成科技趨勢排擠小型農場；但另一些人認為，隨著大數(shù)據(jù)成本的迅速下降，小農場主也能使用這些技術來不斷加強自身。但無論如何，我們正在邁進一個人口更多、資源更少的時代，這使得農業(yè)成為世界上最重要的產業(yè)之一。最終，農業(yè)會贏得全世界的尊重。

（來源：中商情報網）