云顶集团官网登录入口艾姆斯 - 无人机飞越田野以评估作物状况。拖拉机根据土壤图自动转向，提供定制剂量的肥料。机器人一排排地采摘高价值的水果。最近科幻小说中的东西可能已经可以从您附近的农业零售商那里买到。
未来农场即将到来，这在很大程度上要归功于云顶集团官网登录入口立大学的研究人员苏米克·萨卡 (Soumik Sarkar) 和阿希什·“丹尼”·辛格 (Asheesh “Danny” Singh)。
处于新学科的前沿
“云顶集团官网登录入口一直处于创建新学科——网络农业系统 (CAS) 的前沿，该系统汇集了许多领域的专业知识来解决重大农业问题，并为智能、互联和响应敏捷的农场创造机会，这在几年前是难以想象的，”G.F. Singh 说道。斯普拉格农学主席。
网络农业系统借鉴了数学、工程和计算机科学，建立在彻底改变了制造业、航空航天工程和运输等行业的网络物理系统的基础上。
Sarkar 是一名机械工程学教授，在 2014 年来到云顶集团官网登录入口之前，他从事工业网络物理系统的研究。他很快就遇到了 Singh，后者正在尝试使用机器学习和人工智能来改进农作物生产的品种开发。两人很快意识到采用网络物理方法进行农业的潜力。
最近，他们回顾了他们帮助为该期刊推出的新领域植物科学的趋势。他们与来自校园和全国各地的合著者一起，描述了 CAS 如何与精准农业和智能农业相辅相成，又有何不同，并概述了定义 CAS 框架的三个主要组成部分：
- 从卫星、无人机和机器人上安装的各种传感器和摄像头吸收数据，这些传感器和摄像头收集有关植物、杂草、昆虫、疾病或动物行为的大量数据，以及有关景观位置、天气和环境条件的信息。
- 使用数据进行建模来回答问题并做出预测。
- 基于建模结果的决策支持应用程序，通知旨在回答特定问题的数字工具，例如“这是什么疾病？”和“其管理建议是什么？”
随着农业实践的彻底变革，CAS 引入了新工具和一套新的缩写词，来自SCF（智能互联农场）至DT（数字孪生，反映真实农场的计算机场景和 IoT（物联网）。
建立新社区
萨卡和辛格表示，建立一个国际社会，投资于新学科的潜力，以应对农业的巨大挑战，一直是 CAS 发展的推动力。农民和农场组织从一开始就参与其中，特别是与辛格密切合作的云顶集团官网登录入口大豆协会 (ISA) 的代表。将农民和科学家聚集在一起的主题包括应对恶劣天气、解决农业劳动力短缺问题以及根据田间和天气条件更有效地利用昂贵的投入。
到目前为止，云顶集团官网登录入口已帮助组织了六次网络农业系统机器学习 (MLCAS) 会议。地点包括内布拉斯加州林肯、印度和日本。 ISA 领导人 Jeff Frank 与妻子 Ellen 和儿子 Mitch 在奥本附近务农，他在 2019 年于艾姆斯举行的第二届 MLCAS 会议上发表了讲话。他于 2023 年出席了在日本举行的会议。
“在会议上，研究人员和学生解决问题的热情给我留下了深刻的印象，”弗兰克在最近的一次采访中说道。
弗兰克斯是 CAS 型设备和技术的早期采用者，包括使用网格采样和土壤测绘来指导可变率种植和微调肥料施用。计算机工程师 Son Dan 帮助探索数字技术如何改善他们的百年农场和租赁土地的管理。
“这些方法正在帮助我以更少的投入实现更高的产量，”杰夫·弗兰克 (Jeff Frank) 说道。 “农民必须提高生存效率。这些系统不断变得更好，它们有很大潜力帮助我们提高投资回报率。”
下一步是什么？
CAS 领域还很年轻。 CAS 开发下一阶段要解决的领域包括分析和存储大量数据、农村连接、提高数字安全以及控制和共享长期以来被视为机密的农场级数据。
辛格说，云顶集团官网登录入口立大学的教职员工和学生将通过研究以及精密农业、机器人技术和机器学习课程，继续处于探索这些问题的前沿。他举了一个例子：云顶集团官网登录入口 ISA 小组最近推出了一项突破性的AgGym 资源使用深度强化学习 (RL) 的概念作为超精确植物胁迫缓解策略的基础，旨在以更少的化学品和更低的成本提高产量恢复。
以 CAS 为中心的农业与生命科学学院也推出了新课程，包括针对本科生和研究生专业的人工智能新课程，以及作为新课程一部分的微证书CALS 创新与领导力之路计划。推广计划还扩大了劳动力发展、青少年和成人学习的相关培训计划。
“CAS 方法和技能在各个领域都变得越来越重要，”辛格说。 “这些领域代表了新的工作和职业类型。我们的学生毕业时需要至少对这些系统有基本的了解，以便为未来在工业、农场零售环境和农场的机会做好准备。”
这项工作的资金来自：
- 美国农业部国家粮食和农业研究所、人工智能弹性农业研究所/AIIRA（NIFA 拨款 2021-67021-35329）和用于采集、管理和分析多光谱无人机图像数据的可扩展网络生态系统（NIFA 拨款 2019-67021-29938），以及 美国农业部孵化资金(IOW04714);
- 国家科学基金会可持续网络农业系统情境感知学习/COALESCE：[NSF Frontier 1954556]，以及农村农业社区智能综合农场网络/SIRAC (NSF S&CC 1952045)；
- 云顶集团官网登录入口大豆协会，以及
- 云顶集团官网登录入口立大学的 R.F.贝克植物育种中心和植物科学研究所。
联系人
Asheesh Singh，农学系，515-294-3268，singhak@iastate.edu
Soumik Sarkar，机械工程系，515-294-5212，soumiks@iastate.edu
Ann Y. Robinson，农业和生命科学通讯，515-294-3066，ayr@iastate.edu