用DIY精确耕作养活世界

燃料和化肥价格处于历史高位，世界各地的农民都在争相寻找方法来维持他们的经营利润率。大型商业农场正在利用人工智能和尖端硬件来规划他们的操作和自动化任务。监测土壤质量的广泛的传感器网络，使用计算机视觉监测作物健康的无人机，以及自主拖拉机，都是正在利用的工具，以大幅提高效率。然而，这些系统可能过于昂贵，对于小型农场来说，其成本很难说得过去。世界上5.7亿多农场中的绝大多数都是小型农场：规模小于2公顷的农场。这些农民中的许多人无法获得投资新设备的资金，他们严重依赖旧机器和人力。为了帮助缩小精准农业技术的差距，使更多的农民能够获得这种技术，一个农民社区正在为一个名为AgOpenGPS的项目做出贡献，以利用可负担的开源技术应对其中的一些挑战。

直线行驶似乎是一项简单的任务，但是当你在没有任何引导设备的情况下连续数小时操作拖拉机时，每次经过的所有这些微小的偏差加起来就会增加资源成本。农民们传统上会在田地的两端使用粘土盘来创建虚拟线，他们会在第一次通过时遵循这些虚拟线。随后的作业会沿着之前的边缘进行，但根据所使用的设备类型，视野会受到限制，操作也会很粗糙。你真的必须依靠你的周边视野，同时控制其他几个系统。类似于你的手机导航应用程序的指导系统已经被用来帮助为操作员提供关于他们的位置的实时反馈，而最新的系统实现了自动转向的完全自主性。AgOpenGPS试图通过使用GPS（可选择与其他传感器数据相融合）来解决这个问题，以自动引导拖拉机。该解决方案可以保持几厘米的通过精度，执行自动转弯和智能控制种子或化肥的喂食量。所有这些都不需要操作员的人工干预。

让精准农业为大众所接受

AgOpenGPS（AOG）是由加拿大农民和软件开发人员Brian Tischler创建的一个开源的自动转向解决方案。布莱恩对商业解决方案的专有性质感到失望，所以他创建了自己的解决方案。AOG提供了一个完整的自动转向解决方案，包括硬件设计文件、实时微控制器固件和在PC上运行的软件，任何能够处理电烙铁并懂得一些基本编程的人都可以使用。该项目需要根据被自动化的设备类型进行一些修补，但AOG社区加起来已经投入了数千小时，使该平台能够为大众所接受。一些农民在他们的方向盘上安装了电机，而不是接入电子控制系统。其他人则花了几百个小时逆向工程通信协议，以接入现代拖拉机。

杰克，一个农民和机械师，是众多利用空闲时间从事AgOpenGPS项目的贡献者之一。他不是一个专业的电子工程师，但他自学了如何设计和制造印刷电路板，并成为开发多合一AgOpenGPS自动转向控制器的团队的一员。杰克多年来收获了自动转向系统的好处，并致力于为那些买不起昂贵的商业系统的农民提供这种技术的便利。零售自动转向解决方案的安装费用从5000美元到30000美元以上不等，而建立一个AOG系统的费用约为700美元起。他帮助安装自动转向设备的农民之一，最初每年的化肥支出为10万美元。在他们实施该系统的第一年，他们看到消费减少了20%。"一些运行OpenAgGPS的农民改装了拖拉机，你甚至在拍卖会上都找不到。我说的是发展中国家的农民，他们使用的是20世纪60年代的拖拉机，上面布满了锈迹，然而他们意识到，只要投资大约700美元，他们就能在一个季节内赚回这笔钱。"

杰克说，虽然自动转向设备有许多经济效益，但一个非常重要的因素是减少操作者的疲劳。在使用自动转向器之前，他的手在一天的工作后会抽筋，他的身体会被耗尽。这对他来说不再是一个问题，因为他现在可以专注于他的设备正在做的事情，而不是连续几个小时为保持设备在一条直线上而奋斗。

OpenAgGPS的与众不同之处

今天，所有类型的车辆都有商业自动转向套件，无论它们是需要售后安装，还是作为OEM的高级选项提供，但这些解决方案都有不少挑战。为了达到厘米级的通过精度，精确解决方案中使用的GNSS接收机依赖于所谓的GNSS校正数据。这是一个数据流，接收器可以用它来提高其精度，从米到厘米。这些数据如何到达接收器，消耗多少带宽，以及实施成本如何，都构成了实施这些系统的额外成本。今天，这些系统依靠一系列的无线通信方法将校正数据流传到车辆。农民可以部署一个本地基站，用来监测环境条件并产生校正数据。然后，这些数据通过ISM波段无线电、Wi-Fi或长距离蓝牙无线电传输到车辆上。基于卫星的接收器也是可用的，但通常价格很高，因为硬件和数据成本都很昂贵。

AOG解决方案利用u-blox ZED-F9P和ZED-F9R厘米级定位模块，为系统提供可靠和准确的定位数据。这些模块以可扩展的价格提供调查级别的精度，供大众市场采用，使AgOpenGPS等项目能够为全球农民提供负担得起的解决方案。ZED-F9R集成了一个惯性测量单元（IMU）和一个车轮刻度输入，以执行综合传感器融合，提高了在树木或结构附近等高多径反射区域的性能。ZED-F9P可以配置为独立的漫游器，为拖拉机提供定位数据，也可以配置为基站，通过无线电链路产生本地校正。安装和管理本地基站的额外成本和复杂性是考虑基于SSR-RTK系统的原因。

考虑到精准农业的使用情况，u-blox推出了PointPerfect，这是一个大陆性的SSR-RTK校正流，能够在美国大陆和欧洲实现可扩展的精准定位，其他市场也即将推出。有了SSR-RTK，整个大陆都有一个修正流，而本地基站只能提供10公里以内的修正。不需要安装基站，因为校正是通过IP或卫星连接进行的。对于拥有配套基础设施的农民来说，安装基站可能不是问题，但在本地基站不可行的情况下，PointPerfect是一个不错的选择。接收PointPerfect校正的最常见的通信方式是通过本地蜂窝模块，如u-blox LARA-R6 Cat-1蜂窝调制解调器，或使用u-blox NEO-D9S L波段接收器通过卫星。基于卫星的选项非常适用于无法通过Wi-Fi或蜂窝网络连接进行互联网访问的使用情况。

以最小的投资彻底改变生产力

获得负担得起的厘米级定位使自动转向和自主割草机等用例成为可能。发展中市场的农民没有机会获得农业技术的进步，生产力继续保持低下。在许多市场，几十年前的设备仍在运行。OpenAgGPS可以支持几乎所有的拖拉机，只需稍作修改，就能以最小的投资带来生产力的革命。这些解决方案可以释放资源，让农民履行其他职责，对他们的业务产生更大的影响，而不是传统上枯燥和危险的任务。

AOG社区正在继续研究下一代解决方案，以帮助世界各地的农民获得有助于提高其生产力和发展其业务的技术。AOG社区已经发展到2500多个成员，他们不断地改进项目的功能和可及性。

u-blox拥有广泛的GNSS、蜂窝和短程无线电模块组合，以及校正和通信服务，使自主解决方案能够被大众市场采用。

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