农业的互联未来：技术如何产生新的增长

最传统的行业之一（农业）必须接受数字化、互联驱动的转型，以克服不断增长的需求和日益剧烈的环境变化。

在过去的50年里，农业发生了根本性的转变。机械的进步扩大了农业设备的规模、速度和生产力，从而提高了更多土地的耕种效率。种子、灌溉和肥料也有了很大的改善，帮助农民提高了产量。现在，农业正处于另一场革命的早期，而这场革命的核心是数据和互联。人工智能分析、先进传感器和其他新兴技术可以进一步提高产量，提高水和其他投入的效率，并在作物种植和畜牧业中建立可持续性和韧性。

然而，如果没有坚实的通信基础设施，这一切都不可能实现。根据已有的资料显示，如果互联技术在农业中成功实施，到2030年，该行业可能为全球农业生产总值增加5000亿美元的附加值。这将比预期的总数提高7%至9%，并将在很大程度上缓解农民目前的压力。麦肯锡高级互联技术中心和麦肯锡全球研究所（MGI）的研究显示，在未来十年，在先进互联技术的推动下，将为全球GDP贡献2万亿至3万亿美元的附加值。

粮食需求在增长的同时，也面临土地和农业投入方面的限制。到2050年，世界人口有望达到97亿，需要相应增加70%的可供消费的卡路里，尽管产生这些卡路里所需的投入成本正在上升。到2030年，可供应的水仅能满足全球水需求的60%，能源、劳动力和农资成本的上升已经给农业生产的利润带来压力。同时全球大约四分之一的可耕地已经退化，需要进行重大恢复，才能再次大规模维持作物生产。此外，环境压力也在增加，如气候变化和灾难性天气事件的经济影响，以及社会压力，包括推动更合乎道德和可持续的农业实践，如提高农场动物福利标准，减少化学品和水的使用。

为了应对这些挑战，农业发展需要实现互联的数字化转型。然而，与全球许多其他行业相比，农业的数字化程度仍然较低。过去的进步大多是机械设备，以更强大和高效的机械的形式出现，或是以产量更高的种子和肥料的形式出现。现在需要更加复杂的数字工具来实现下一次生产力飞跃，以帮助农民更有效和可持续地使用资源。这些新技术可以优化决策，允许更好的风险和弹性管理，以提高产量和经济性。

农业互联技术应用面临两个重大障碍。一些地区缺乏必要的通信基础设施，因此发展互联至关重要。在已经拥有通信基础设施的地区，农场部署数字工具的速度较慢，因为其效果尚未得到充分证明。

全球疫情进一步加剧了农业在五个领域面临的其他挑战：效率、复原力、数字化、灵活性和可持续性。全球消费下降给利润率带来了压力，加剧了农民进一步控制成本的需求。陷入困境的全球供应链凸显了拥有更多本地供应商的重要性，这可能会提高小型农场的弹性。在这场全球疫情中，对体力劳动的严重依赖进一步影响了劳动力流动受限的农场，促使人们渴望更多的本地、可持续的采购，要求生产商调整长期做法。这场危机凸显了更广泛的数字化和自动化的必要性，而需求和销售渠道的突然转变凸显了敏捷适应的价值。

近年来，许多农民开始查阅土壤、作物、牲畜和天气等基本变量的数据。然而，很少有人能够使用先进的数字工具，将这些数据转化为有价值的、可操作的见解。在欠发达地区，几乎所有的农活都是手工的，很少或根本不涉及先进的连接或设备。

即使在互联技术先进的美国，目前也只有大约四分之一的农场使用通信设备来访问数据，而且这项技术并不完全是最先进的，运行在电信公司计划拆除的2G或3G网络上，或者运行在建设复杂且昂贵的极低频段物联网网络上。在任何一种情况下，这些网络只能支持有限数量的设备，并且缺乏实时数据传输的性能，而实时数据传输对于释放更先进和复杂的用例的价值至关重要。

尽管如此，目前在3G和4G蜂窝网络上运行的物联网技术在许多情况下足以实现更简单的案例，例如对作物和牲畜的高级监测。然而，在过去，硬件成本很高，因此在农业中实施物联网的商业案例并不成立。如今，设备和硬件成本正在迅速下降，一些供应商现在提供的解决方案会在投资的第一年带来回报。

然而，这些更简单的工具不足以释放互联对农业的所有潜在价值。为了实现这一目标，该行业必须充分利用数字应用程序和分析，这将需要低延迟、高带宽、高弹性，并支持LPWAN、5G和LEO卫星通信等先进前沿连接技术。

因此，农业互联面临的挑战是双重的：1.必须开发基础设施，以便在农业中使用互联技术。2.在已经存在通信基础的地方，必须提出强有力的商业案例，以便采用解决方案。好消息是，几乎所有地方的通信覆盖率都在增加。到2030年，先进通信基础设施将覆盖全球约80%的农村地区；一个明显的例外是非洲，那里只有四分之一的面积将被覆盖。开发更多、更有效的数字工具，并促进其广泛采用将会成为未来发展的关键。

随着互联的日益普及，这些工具将使农业具备新的能力：

到本世纪末，加强农业互联可以为全球国内生产总值增加5000多亿美元，使该行业的生产率提高7%至9%。然而，这一价值的很大一部分将需要对互联基础设施进行投资，而如今农业基本上没有这一投资。其他行业已经使用LPWAN、云计算等技术，以及更便宜、更好的传感器，这可以显著减少投资。五个使用案例——作物监测、牲畜监测、建筑和设备管理、无人机农业和自动农业机械——其中增强的互联已经处于使用的早期阶段，未来便可能实现农业繁荣所需的更高产量、更低成本和可持续性。

需要注意的是，农业互联的价值创造在不同地区的应用并不相同。例如，在收益率已经相当高的北美，监测解决方案的价值创造潜力不如亚洲或非洲，因为这些地区提高生产力的空间要大得多。

最初，具有更大投资能力和更好数字化激励措施的大型农场将更易获得潜在价值。农业互联更容易对大片土地进行提升改造，并且开发物联网解决方案的固定成本在大型生产设施中比在小型家庭农场中更容易回收。与肉类和乳制品相比，互联在这些行业中实现了更多的案例，因为农场的平均规模较大，参与者整合程度相对较高，互联技术的适用性更好，因为物联网特别适合对许多变量进行静态监测。

农业互联提供了多种方法来改善对作物的观察和护理。整合天气数据、灌溉、营养和其他系统可以通过更准确地识别和预测不足之处来改善资源利用并提高产量。例如，用于监测土壤状况的传感器可以通过LPWAN进行通信，指导灌溉设备调整水分和养分的施用。传感器还可以从田地的偏远角落提供图像，帮助农民做出更明智、更及时的决定，并获得疾病或害虫等问题的早期预警。

智慧监测还可以帮助农民优化收割窗口。监测作物的质量特征——比如含糖量和水果颜色——可以帮助农民最大限度地提高作物的收入。

如今，大多数物联网网络都无法支持设备之间的图像传输，更不用说自主图像分析了，也无法支持足够高的设备数量和密度来准确监测大视场。窄带物联网（NB-IoT）和5G有望解决这些带宽和连接密度问题。到2030年，使用土壤、农场设备和农场管理人员之间更多、更顺畅的连接，可以释放1300亿至1750亿美元的价值。

雨生云智慧农业系统利用LoRa+局域网与LoRa+4G网关的无线网络结构进行搭建，满足农业物联网碎片化、低成本、大连接的需求，具备高效、稳定、可靠、操作简单、长续航等特点。系统将水肥设备、通讯设备、执行机构、灌溉管网、电磁水阀、控制器、传感器等多种设备连接，形成一个有机的硬件控制系统，实现作物监测、环境传感、设备控制、数据分析和智能灌溉决策。

在大规模牲畜管理中，预防疾病爆发和发现遇险动物至关重要，因为大多数动物都是在近距离饲养的，其饲养方式确保它们能够轻松通过高度自动化的处理系统。测量温度、脉搏和血压等指标的芯片和身体传感器可以早期发现疾病，防止群体感染并改善质量。农民们已经在使用供应商的耳标技术来监测奶牛的体温、健康状况和位置，或者使用电子项圈等技术来在疾病爆发时实施全面的电子追踪。同样，环境传感器可以触发畜舍通风或供暖的自动调整，改善消费者日益关注的养殖条件。到2030年，更好地监测动物健康和生长条件可以产生700亿至900亿美元的价值。

用于监测和测量仓库水平的芯片和传感器可以触发自动重新排序，降低农民的库存成本，其中许多农民已经在使用Blue Level Technologies等公司的此类系统。类似的工具还可以通过监测和自动优化储存条件，提高投入品的保质期，减少收获后的损失。监测建筑物和设备的状况和使用情况也有可能减少能源消耗。连接到设备上并连接到预测性维护系统的计算机视觉和传感器可以降低维修成本，延长机械和设备的寿命。

到2030年，这些解决方案可以节省400亿至600亿美元的成本。

大约20年来，农业一直在使用无人机遥控直升机来帮助进行作物喷洒。现在，下一代无人机开始影响该行业，能够快速高效地调查大片地区的作物和畜群，或者作为一个中继系统，将实时数据传输到其他的设备和设施。无人机还可以使用计算机视觉分析田间条件，并在作物最需要的地方提供精确的干预措施，如肥料、营养素和杀虫剂。或者他们可以在偏远地区播种，从而降低设备和劳动力成本。通过降低成本和提高产量，无人机的使用可以产生850亿至1150亿美元的价值。

更精确的GPS控制与计算机视觉和传感器相结合，可以推动智能和自主农业机械的部署。农民可以在没有人为干预的情况下同时在田里操作各种设备，从而腾出时间和其他资源。与人工操作的机器相比，自动机器在田间作业时也更高效、更精确，这可以节省燃料并提高产量。到2030年，通过更好的连通性提高机器的自主权可以创造500亿至600亿美元的附加价值。