智能農(nóng)業(yè)依賴傳感器和無線網(wǎng)絡

作者：Richard Quinnell，特別項目總編輯

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和數(shù)據(jù)分析這兩個強大的趨勢正在為其工業(yè)和基礎設施應用產(chǎn)生大量新聞。但在這些技術的應用中，還有另一個應用領域正在悄然興起：食品生產(chǎn)。農(nóng)民通過更有針對性地利用化肥和水等資源來提高產(chǎn)量、減少損失并降低成本。這種“精準農(nóng)業(yè)”的起點是數(shù)據(jù)，傳感器和無線網(wǎng)絡在收集數(shù)據(jù)方面發(fā)揮著關鍵作用。

精準農(nóng)業(yè)主要涉及三種平臺類型：空中、地面移動和固定系統(tǒng)。盡管也有一些重疊，但平臺類型傾向于使用的傳感器和網(wǎng)絡技術確實有所不同。不過，這些平臺共享的一件事是，針對這一應用領域的許多競爭產(chǎn)品的功能集具有巨大的多樣性。

空中平臺尋求使用遙感從上方收集有關農(nóng)作物和田地的數(shù)據(jù)。傳感器可能位于有人駕駛的飛機或衛(wèi)星上，但越來越多地由固定翼或多直升機設計的無人機 (UAV) 攜帶。配備精密定位傳感器（例如u-bloxZED-F9P 精密 GNSS 模塊）的無人機特別適用于勘測中小型田地以進行植物健康監(jiān)測，而飛機和衛(wèi)星則可提供更大區(qū)域的勘測。

植物健康監(jiān)測中的主要傳感器是多光譜相機，可以在可見光和近紅外 (NIR) 光下拍攝高分辨率圖像。大多數(shù) CMOS 圖像傳感器可以提供這樣的圖像，盡管大多數(shù)商用相機不能。這種明顯矛盾的關鍵在于過濾。

下圖顯示了典型 CMOS 圖像傳感器（在本例中來自安森美半導體）的量子效率（即靈敏度）與 波長的函數(shù)關系。該傳感器在典型的拜耳排列中包括內(nèi)置的紅色、綠色和藍色濾光片，但即使使用藍色濾光片，在 IR 波長上仍然具有相當高的靈敏度。因此，大多數(shù)通用相機在傳感器前面添加了一個紅外阻擋濾光片，以更準確地呈現(xiàn)可見光著色。

典型的彩色圖像傳感器還包括通用相機試圖過濾掉的 NIR 靈敏度。（圖片：安森美半導體）

IR 感測然而，對于植物健康監(jiān)測來說，這種 IR 靈敏度是一件好事。與受脅迫的植物相比，健康植物的葉子會反射更多的紅外線并吸收更多的紅光。這導致植物科學家將“標準化差異植被指數(shù)”(NDVI) - (NIR ? Red)/(NIR + Red) 定義為植物健康的衡量標準。通過正確的過濾和一些基本的圖像處理，CMOS 圖像傳感器可以變成像SenteraAGX710 這樣的 NDVI 傳感器?？罩衅脚_提供了使用單個系統(tǒng)調(diào)查整個田地的植物健康所需的視角。

審核編輯 黃昊宇