在過去的幾十年里，歐洲試圖在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域采納各種技術(shù)創(chuàng)新，旨在以最少的化肥或農(nóng)藥使用量來提高產(chǎn)量，同時降低成本并提高產(chǎn)品質(zhì)量。為此，歐盟資助了許多研究項目，以支持農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。這些技術(shù)創(chuàng)新包括無人機(jī)、無人地面車、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)和云計算。

1.ECHORD Plus Plus

ECHORD Plus Plus是一個歐盟項目，試圖通過促進(jìn)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界之間的合作來促進(jìn)機(jī)器人制造商、研究人員和用戶之間的互動。ECHORD Plus Plus資助了一系列面向應(yīng)用的研究子項目，其中七個專注于智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，分別是GARotics、MARS、SAGA、GRAPE、CATCH、INJEROBOTS和3DSSC：

GARotics（綠蘆筍采收機(jī)器人系統(tǒng)）子項目旨在為綠蘆筍開發(fā)一個機(jī)器人系統(tǒng)，與現(xiàn)有解決方案相比，該系統(tǒng)具有改進(jìn)的自動采收機(jī)制。該機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地檢測和采收田間的最終產(chǎn)品，從而減輕了季節(jié)性工人的需求。

MARS（移動農(nóng)業(yè)機(jī)器人群）子項目旨在開發(fā)一種移動農(nóng)業(yè)機(jī)器人（圖1），該機(jī)器人能夠合作并在機(jī)器人群中工作。MARS子項目主要關(guān)注玉米的播種過程，有三個主要方面。首先，其目的是減少播種過程中對種子、化肥和農(nóng)藥的需求。其次，由于開發(fā)的無人地面車體積足夠小，它避免了土壤壓實以及現(xiàn)有重型機(jī)械的主要能源消耗。最后，所提供的解決方案是靈活的、高度自動化的，并且操作簡單，這些參數(shù)在智慧農(nóng)業(yè)時代是至關(guān)重要的。

SAGA（農(nóng)業(yè)應(yīng)用的機(jī)器人群技術(shù)）子項目旨在展示諸如多臺機(jī)器人的合作和并行操作等技術(shù)。在這方面，少量的無人機(jī)被用來監(jiān)測和繪制大片甜菜田的地圖，以檢測雜草的存在并確定何時需要進(jìn)行除草程序。

GRAPE（葡萄園監(jiān)測和保護(hù)地面機(jī)器人）子項目旨在開發(fā)一種UGV（圖2），能夠執(zhí)行半自動的葡萄園監(jiān)測和農(nóng)業(yè)任務(wù)。例如，UGV能夠在葡萄園中使用生物技術(shù)，如綠色修剪、果穗尖部疏果和相對于傳統(tǒng)做法的精確噴灑。葡萄園中這種創(chuàng)新概念可以減少化學(xué)品的使用并提高產(chǎn)品的成本效益。

CATCH（黃瓜收集-綠色田野實驗）子項目的目標(biāo)是開發(fā)一個靈活、可重配置且具有成本效益的UGV，可以幫助在戶外田野中進(jìn)行收割。特別地，開發(fā)的UGV已經(jīng)在黃瓜收割上進(jìn)行了測試。

INJERROBOTS（通用的為幼苗接枝的機(jī)器人系統(tǒng)）子項目提議開發(fā)兩個靈活、協(xié)作的機(jī)器人臂，可以為園藝植物如番茄、辣椒、茄子、黃瓜、甜瓜和西瓜進(jìn)行接枝。

2. WaterBee

WaterBee（低成本、易用的智能灌溉調(diào)度系統(tǒng)）是一個旨在通過在農(nóng)業(yè)部門明智地管理水資源來減少水浪費(fèi)的歐盟項目。為此，設(shè)計了一個使用土壤濕度傳感器的智能灌溉系統(tǒng)，該傳感器集成在低成本的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，并由智能軟件進(jìn)行管理。具體來說，在種植區(qū)域部署了 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，為實際的實時土壤濕度狀況提供連續(xù)測量，這比以前任何其他已知方法更準(zhǔn)確、密度更高。結(jié)合歷史和預(yù)測氣象數(shù)據(jù)，智能軟件可以更準(zhǔn)確地確定作物的需水量。

WaterBee DA（WaterBee示范行動）是成功的WaterBee項目的下一階段。開發(fā)的原型已在歐洲各地種植各種農(nóng)作物的真實農(nóng)田中進(jìn)行了15 個月的測試和評估。上述示范行動已在愛沙尼亞、意大利、馬耳他、瑞典、西班牙和英國的12個田地中進(jìn)行。

在對各種作物和不同種植條件的試驗進(jìn)行評估期間，對參與的農(nóng)民有以下益處：(a) 平均節(jié)水率達(dá)到 21%，最高節(jié)水率高達(dá) 44%，(b) 減少灌溉用水灌溉活動的回報率高達(dá) 23%，(c) 出色的投資回報(ROI)，因為對于 1.5 公頃的小型農(nóng)場，WaterBee系統(tǒng)的償還期預(yù)計為 5 年。

3. Smart-AKIS

歐盟項目Smart-AKIS （歐洲農(nóng)業(yè)知識和創(chuàng)新系統(tǒng)（AKIS）致力于智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新驅(qū)動研究）旨在收集和傳播歐洲智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的最佳實踐。具體來說，其主要概念是實施一個自給自足的主題網(wǎng)絡(luò)，包含現(xiàn)有的科學(xué)知識以及最佳實踐，并以農(nóng)業(yè)實踐者易于理解和使用的格式提供。在這個方面，SMART-AKIS試圖彌合研究和農(nóng)業(yè)最終用戶之間的鴻溝。該項目基于五個歐盟項目的結(jié)果，分別是VALERIE、SOLINSA、PRO-AKIS、FRACTALS和AGRISPIN。

經(jīng)過近三年，SMART-AKIS主題網(wǎng)絡(luò)在在線平臺上展示和評估了200多種智慧農(nóng)業(yè)解決方案，超過50種解決方案被農(nóng)民和農(nóng)學(xué)家采納。

4. SWEEPER

歐盟項目SWEEPER（甜椒采摘機(jī)器人）旨在開發(fā)一個能夠在溫室中采摘辣椒的UGV，從而減輕農(nóng)場工人從事的不舒適和重復(fù)的任務(wù)。具體來說，開發(fā)的機(jī)器人系統(tǒng)試圖克服該領(lǐng)域之前實施中的障礙，如速度慢和選擇正確水果的成功率僅為33%。

已實施的UGV（圖3）已經(jīng)為辣椒采摘而設(shè)計和測試，但它可以輕松修改以適應(yīng)其他作物和任務(wù)，如采摘蘋果和葡萄或噴灑。SWEEPER項目基于之前的一個由歐盟資助的項目，名為CROPS，在該項目上為辣椒實施了收割技術(shù)，如定位和果實成熟度檢測。

5. VINEROBOT

VINEROBOT (葡萄園機(jī)器人) 是一個歐盟項目，旨在開發(fā)一種能夠監(jiān)測葡萄生長的新型無人地面車(UGV)。更具體地說，該UGV將負(fù)責(zé)葡萄園管理，如葡萄產(chǎn)量、營養(yǎng)生長、水分脅迫和葡萄成分，以實現(xiàn)更好的葡萄合成和葡萄酒品質(zhì)。這種自動化方法能夠比現(xiàn)有的手持設(shè)備傳統(tǒng)方法提供更好的結(jié)果。此外，與飛機(jī)或無人機(jī)的空中監(jiān)控相比，它可以提供更好的效果和更好的圖像質(zhì)量。

開發(fā)的VINEROBOT (圖4) 配備了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，以便不斷提高其在葡萄園管理方面的能力。

6. VINBOT

VINBOT（自主云計算葡萄園機(jī)器人，用于優(yōu)化產(chǎn)量管理和葡萄酒質(zhì)量）開發(fā)了一個負(fù)責(zé)葡萄園監(jiān)測和管理的UGV。它負(fù)責(zé)決策在葡萄產(chǎn)量估計和相關(guān)冠層特征、生成作物地圖，并記錄資產(chǎn)的狀態(tài)和位置等任務(wù)。此外，它配備了傳感器，使其能夠在葡萄園中自主漫游，并監(jiān)測葡萄和葡萄串，無需人工干預(yù)地預(yù)測未來的產(chǎn)量。所有生成的信息都上傳到云端，提供給葡萄酒生產(chǎn)者一種易于使用的方式，使他們有機(jī)會進(jìn)行準(zhǔn)確的決策。

VINBOT (圖5)并不適合個體葡萄種植者，因為它仍然很昂貴，但它可能適合服務(wù)提供商和葡萄酒生產(chǎn)商。

7. FIGARO

FIGARO （靈活精確的灌溉平臺，用于提高農(nóng)場規(guī)模的水生產(chǎn)力）是一個歐盟資助的項目，重點(diǎn)是水管理，以減少淡水的使用。擬議的實施方案包括基于新精密技術(shù)的具有成本效益的精密灌溉管理系統(tǒng)，并在歐洲許多國家同時進(jìn)行了測試。更詳細(xì)地說，土壤、水和植物傳感器放置在田野周圍，他們的測量與從本地氣象站上傳到FIGARO灌溉管理平臺的信息相結(jié)合。根據(jù)這些信息的分析，開發(fā)的決策支持系統(tǒng)為農(nóng)民提供了具體而準(zhǔn)確的建議，告訴他們何時以及如何灌溉他們的作物。

8. Flourish

歐盟資助的Flourish項目（精密農(nóng)業(yè)的航空數(shù)據(jù)采集和分析，以及自動化地面干預(yù)）旨在彌合現(xiàn)有的和期望的自主機(jī)器人解決方案之間的差距。為此，F(xiàn)lourish提議并開發(fā)了一種與自主小型多旋翼無人機(jī)和多功能UGV（圖6）相結(jié)合的機(jī)器人解決方案。開發(fā)的無人機(jī)可以提供來自航拍的適當(dāng)信息，而UGV可以執(zhí)行有針對性的任務(wù)。例如，無人機(jī)可以勘查田地，并確定何時需要除草。UGV使用此信息導(dǎo)航到田野的關(guān)注區(qū)域，并在精確掃描作物后，對每種植物進(jìn)行分類，并只在檢測到的雜草上噴灑。Flourish項目已在甜菜和向日葵田中進(jìn)行測試和評估。

9. PANtHEOn

PANtHEOn （榛子果園的精密農(nóng)業(yè)）是一個正在進(jìn)行的歐盟資助的項目，旨在開發(fā)一個適合于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)使用的工業(yè)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)等效項。該聯(lián)盟將使用有限數(shù)量的 UGV 和無人機(jī)（圖 7）以單個植物的分辨率正確收集信息并執(zhí)行典型的農(nóng)業(yè)操作。所有獲得的數(shù)據(jù)都將收集在中央操作單元中進(jìn)行分析，并在現(xiàn)場進(jìn)行自動操作，例如灌溉系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。此外，農(nóng)學(xué)家可以使用該系統(tǒng)作為他們決策的支持。擬議的 SCADA 基礎(chǔ)設(shè)施將在大型榛子果園進(jìn)行測試和評估，預(yù)期結(jié)果是：(a) 增加榛子產(chǎn)量，(b) 減少農(nóng)藥使用，(c) 環(huán)保用水，以及 (d) 簡化大型果園的管理。

10. FOODIE

EU資助的FOODIE項目（歐洲的農(nóng)場導(dǎo)向開放數(shù)據(jù)）旨在基于云計算開發(fā)一個開放平臺中心，以提供與農(nóng)業(yè)部門相關(guān)的數(shù)據(jù)管理的計算和存儲資源。現(xiàn)有的開放數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)出版物和來自異構(gòu)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)鏈接用于向任何感興趣的利益相關(guān)者提供服務(wù)。具體來說，F(xiàn)OODIE平臺包含地圖、采樣數(shù)據(jù)、產(chǎn)量和施肥等農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)。此外，還將提供陸地衛(wèi)星圖像、農(nóng)產(chǎn)品統(tǒng)計指標(biāo)、自然數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、水文氣象數(shù)據(jù)等公共開放數(shù)據(jù)，以及VHR衛(wèi)星圖像和正射影像等商業(yè)數(shù)據(jù)。最后，該平臺包含自愿收集的數(shù)據(jù)，例如來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和OpenStreetMap 的數(shù)據(jù)。

FOODIE主要針對四個用戶群，即農(nóng)業(yè)部門、公共部門的利益相關(guān)者、對真實數(shù)據(jù)進(jìn)行大規(guī)模實驗感興趣的研究人員以及信息通信技術(shù)公司。

11. ERMES

ERMES （基于地球觀測的水稻信息服務(wù)模型）是一個歐盟資助的項目，旨在為區(qū)域和地方尺度的水稻部門提供服務(wù)。首先，已開發(fā)了區(qū)域水稻服務(wù)（RRS）作為一個向公共機(jī)關(guān)提供的區(qū)域規(guī)劃服務(wù)。具體來說，定制的農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)被用來監(jiān)測作物狀態(tài)和區(qū)域產(chǎn)量估算，以及警告潛在的生物和非生物風(fēng)險。其次，為了支持私營部門，地方水稻服務(wù)（LRS）提供了諸如產(chǎn)量變異模式、作物損壞和潛在生物和非生物風(fēng)險的信息。ERMES項目使用的數(shù)據(jù)來自衛(wèi)星圖像、無人機(jī)的航空視圖以及現(xiàn)場測量。

12. ENORASIS

歐盟資助的ENORASIS項目（環(huán)境優(yōu)化的灌溉管理與高精度衛(wèi)星數(shù)據(jù)的綜合使用和集成）旨在為農(nóng)民提供智能管理工具和服務(wù)，優(yōu)化水的使用。特別是，該項目為農(nóng)民帶來的好處是降低運(yùn)營成本，提高財產(chǎn)價值，并消除水流失污染。此外，ENORASIS對水公司的影響是增加運(yùn)營計劃能力、智能水價模型和長期決策投資規(guī)劃。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，項目聯(lián)盟已開發(fā)并測試了許多創(chuàng)新的技術(shù)、方法和模型，如基于衛(wèi)星觀測的天氣預(yù)報系統(tǒng)、優(yōu)化技術(shù)的智能灌溉系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于現(xiàn)場測量和監(jiān)測。

13. FRACTALS

歐盟資助的FRACTALS項目（未來互聯(lián)網(wǎng)啟用的農(nóng)業(yè)應(yīng)用）旨在支持ICT中小企業(yè)利用FIWARE平臺并實現(xiàn)適合農(nóng)業(yè)部門市場的創(chuàng)新應(yīng)用。經(jīng)過來自歐洲公司的提案公開征集，其中46家獲得了資金支持，創(chuàng)建了他們的市場準(zhǔn)備應(yīng)用。其中，三個是智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的，分別是N-eXpert、Smart-Plant和OLIWES。特別是，它們旨在實施農(nóng)場管理信息系統(tǒng)，支持農(nóng)民在決策中。

特別是，N-eXpert旨在減少資源投入，從而降低生產(chǎn)成本。基于田間營養(yǎng)狀態(tài)和需求差異的空間模式，實施了一個農(nóng)場管理信息系統(tǒng)，幫助農(nóng)民根據(jù)最新的施肥規(guī)定規(guī)劃他們的施肥策略。因此，使用指定數(shù)量的營養(yǎng)物質(zhì)在需要的時候和地方，他們產(chǎn)生了最佳的產(chǎn)量形成和最小化營養(yǎng)物質(zhì)的損失。

Smart-Plant子項目旨在幫助農(nóng)民通過實施的ICT在線解決方案優(yōu)化他們的生產(chǎn)。此解決方案能夠?qū)崟r提供可能出現(xiàn)的害蟲和疾病風(fēng)險，這些數(shù)據(jù)是從田間收集的。

OLIWES子項目已開發(fā)了一個農(nóng)場管理信息系統(tǒng)，支持農(nóng)民預(yù)防疾病，減少損壞，并減少在橄欖農(nóng)場上使用的殺蟲劑的使用。該系統(tǒng)使用歷史和地理位置數(shù)據(jù)、公告和算法，為任何個體情況創(chuàng)建一個完整的場景。

14. MISTRALE

歐盟資助的MISTRALE項目（監(jiān)測土壤濕度和水淹農(nóng)業(yè)和環(huán)境區(qū)域）旨在為農(nóng)民提供關(guān)于其田地的土壤濕度的相關(guān)信息。為此，它開發(fā)了一種集成到專用遙控飛行系統(tǒng) (RPAS) 中的 GNSS 反射測量傳感器。收集的圖像用于創(chuàng)建土壤濕度圖和洪水區(qū)域監(jiān)測。所開發(fā)的系統(tǒng)在葡萄園和馬鈴薯田中進(jìn)行了測試和評估。在葡萄園領(lǐng)域，結(jié)果并不令人滿意，因為葡萄酒根部的深度超出了GNSS-R的穿透深度。然而，在土豆領(lǐng)域，結(jié)果是有希望的，因為土豆的根在傳感器的探測深度之內(nèi)。

15. GATES

GATES項目（利用游戲技術(shù)培訓(xùn)智能農(nóng)業(yè)專業(yè)人員）是一個由歐盟資助的項目，旨在開發(fā)基于游戲的培訓(xùn)平臺，并傳授農(nóng)業(yè)人員關(guān)于智能農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)中的適用性。尤其是，他們被教授有關(guān)可用設(shè)備、經(jīng)濟(jì)效益以及智能農(nóng)業(yè)對環(huán)境的影響。開發(fā)的游戲擁有易于使用的界面，提供愉快的游戲體驗，并可在各種平臺上使用，如Android、iOS、Windows和Web。它有三種不同的游戲模式：“主要故事”、“成為專家”和“模擬”游戲模式。具體來說，第一個游戲模式重點(diǎn)是提高玩家對現(xiàn)有智能農(nóng)業(yè)技術(shù)及其應(yīng)用所帶來的好處的認(rèn)識。第二種模式專注于更復(fù)雜的場景，使玩家深入了解傳感器、機(jī)械、軟件和服務(wù)等各個方面。最后，在第三種游戲模式中，使用來自歐洲不同氣候帶的往年天氣數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)和土壤數(shù)據(jù)等真實數(shù)據(jù)。因此，用戶可以在特定地區(qū)選擇他們的作物，在模擬模式下使用真實數(shù)據(jù)進(jìn)行培訓(xùn)。在季節(jié)結(jié)束時，他們能夠與其他玩家比較自己的表現(xiàn)。這款游戲主要針對各種用戶群體，如農(nóng)學(xué)學(xué)生、農(nóng)業(yè)顧問、銷售代理和農(nóng)民。

16. ROMI

ROMI項目（微型農(nóng)場機(jī)器人）是一個正在進(jìn)行的項目，針對微型農(nóng)場。該聯(lián)盟旨在開發(fā)一個UGV（無人地面車輛），能夠執(zhí)行除草、作物監(jiān)測以及收集任何單個植物的詳細(xì)信息等任務(wù)。UGV也將得到UAV（無人機(jī)）的支持，負(fù)責(zé)從整個作物中獲取全球信息。通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的先進(jìn)3D植物分析將提供有用的信息，幫助農(nóng)民做出決策。ROMI將使用新的自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)來處理未預(yù)測到的情況。預(yù)期的好處是農(nóng)民的人工勞動減少25%，以及生產(chǎn)率的提高。

17. WEAM4i

WEAM4i項目（灌溉用水和能源高級管理）的目標(biāo)是開發(fā)一個智能電網(wǎng)系統(tǒng)，減少智能灌溉系統(tǒng)中的水和能源消耗。此外，該項目的另一個目標(biāo)是實施一個ICT云平臺，為本地田野中的現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)提供決策支持系統(tǒng)(DSS)應(yīng)用。在三個歐盟國家進(jìn)行了所提議技術(shù)的演示和評估，結(jié)果在水使用和能源消耗方面都令人滿意。

18. CHAMPI-ON

CHAMPI-ON項目（新鮮市場采摘和處理蘑菇的全自動系統(tǒng)）是一個由歐盟資助的項目，已經(jīng)開發(fā)了一個自動機(jī)器人機(jī)制，用于采摘和處理“姬松茸-雙孢蘑菇”蘑菇。具體來說，機(jī)器人系統(tǒng)配備了一個相機(jī)，能夠識別下一個具有適當(dāng)生長水平的蘑菇。然后，機(jī)器人手臂接手收割并將其放置在托盤上。為了完成這項任務(wù)，已經(jīng)使用圖像處理算法來識別38-60毫米大小的蘑菇，并確保不損壞選中的蘑菇或鄰近的蘑菇。與其他自動化機(jī)制相比，該系統(tǒng)的好處是減少 80% 的勞動力，并且防止了蘑菇的白皮受到損壞。