AgroCares光谱+机器学习赋能土壤精准化管理

技术商业化亮点AgroCares

核心技术价值

结合算法、机器学习技术和光谱技术,创建云端土壤数据库,开发出更高效更精确的便携性土壤养分检测分析工具

产业痛点锚定

1) 不合理不科学的盲目施肥方式不仅对能源造成浪费,对水资源和土壤环境造成严重污染,而且往往使得粮食种植增产提质的预期适得其反

2) 以往的土壤养分检测方式主要依赖常规实验室检测技术,需要农业工作人员直接采集土壤样本送到实验室化验,检测过程费时费力,无法满足更快捷更高效的检测需求

应用场景选择

AgroCares的技术与产品主要面向土壤养分检测与分析、饲料成分检测与分析、叶片营养检测与分析以及害虫检测与分析四大应用场景。其中土壤养分的检测与分析是其核心关注的应用场景

市场探索进程

目前已与丹麦农业知识中心(SEGES)、Concentric Ag、Csernozjom、AgriVijana等80多家来自世界各地的大型农业控股公司、小型土壤测试服务提供商、研究机构、农民合作社和非政府组织等机构合作

国内借鉴意义

1)土壤检测分析企业重视底层技术积累,构建数据库体系,是从行业同质化竞争中保持竞争力的核心壁垒

2)创业企业在成长阶段,不断拓展技术更多的可行性应用场景,有利于为企业创造更多的成长空间

增加土壤的肥料养分含量是农业种植者追求更高的粮食产量与质量的重要手段,但不合理不科学的施肥方式不仅对能源造成浪费,对水资源和土壤环境造成严重污染,而且往往使得粮食种植增产提质的预期适得其反。因此,为了更有效更可持续地利用农业生产的土壤资源,促进农业种植的营养精准化准确检测分析土壤养分含量信息,制定合理的补偿养分方案,对农业的生产发展具有重要意义。

近日,基于数据技术为农业营养测试提供更高效解决方案的全球农业科技公司AgroCares,与领先的移动光谱供应商trinamiX GmbH宣布建立合作伙伴关系,将trinamiX的高性能硬件集成到AgroCares的下一代营养扫描仪解决方案中并预计于今年秋季推出,作为其 2018 年推出的便携式营养扫描仪的升级版。通过近红外 (NIR) 技术和与AgroCares全球数据库的相结合,该解决方案将使用户能够确定土壤、饲料和叶子中的化学成分。

强大的光谱和机器学习技术支撑起高效精准的土壤养分检测分析能力

AgroCares目前研发出的主要产品包括Lab-in-the-box、便携式扫描仪和昆虫侦察箱,为其用户提供土壤、饲料、昆虫叶片养分检测与分析四类解决方案。而瞄准未来农业产业精准化、精细化的重要发展趋势,土壤养分检测与分析是AgroCares于初始发展阶段开始长期布局,同时也是其目前及未来所核心关注的应用领域。Agrocares的土壤养分检测与分析技术在多个国家地区受到众多农业产业用户的追捧,主要得益于其强大的光谱与机器学习技术

■ 光谱技术

NASA & authors,电磁波谱 图源:AgroCares官网

光谱技术对于在不使用化学物质的情况下进行土壤测试并提供准确的土壤成分信息而言被认为是最适宜的一项技术。光谱技术是AgroCares土壤养分检测与分析所涉及的重要技术领域,更具体的,AgroCares的土壤养分检测与分析的产品主要与红外技术和X 射线荧光技术 (XRF)有关。

红外技术:能够实现光谱仪在分子水平上的研究,光谱仪向土壤样品发送的红外信号,再接受从土壤样品中返回的红外信号,使用者可以确定土壤样品中存在哪些分子及其含量

X射线荧光技术 (XRF):X射线荧光技术原理与红外技术相似,不同之处在于,当受到照射时,发生反应的将是原子而不是分子,也即能够实现在原子水平上的研究。释放的光子集合导致荧光辐射,每种元素的特定波长和能量相关联,而其浓度是根据荧光强度计算得出的。

■ 机器学习

AgroCares为土壤养分检测与分析开发了便携式扫描仪和Lab-in-the-box两项工具,而云端数据库和机器学习算法技术则是这些工具背后的核心。

以土壤养分检测分析为例,首先技术人员需要对作业的国家或地区进行校准,包括对该地区代表性土壤样本的湿化学分析等,这一过程也同时为AgroCares创建成一个数据库。另一方面,AgroCares技术人员使用其自身的光谱仪工具(便携式扫描仪和Lab-in-the-box)分析相同的样本,创建成另一个数据库。两个数据库相结合能够生成强大的预测模型,通过机器学习,每次向数据库中添加样本,都能够使得预测模型变得更加准确。而通过光谱仪测试与预测模型相结合,则可以向用户反馈准确的土壤检测分析结果。

土壤养分检测分析的商业化探索

■ 两项核心产品

AgroCares土壤养分检测分析业务主要研发与销售便携式扫描仪和Lab-in-the-box两项工具,其中便携式扫描仪能够实现即时、现场监测土壤中的养分,而Lab-in-the-box则能够实现直接现场进行目前只有湿化学实验室才能够提供的测试工作。

1) Lab-in-the-box

图源:AgroCares官网

Lab-in-the-box由土壤破碎机、球磨机、干燥机等样品制备组件,以及光谱仪、计算机、条码读取器等分析设备组成。目前,AgroCaresLab-in-the-box主要被开发用于土壤营养健康状况的分析,对饲料和叶子中营养成分的测量分析则将在未来实现。

-产品优势

完整的土壤肥力状况:用户在使用该设备进行分析将能够掌握酸碱度宏量营养素微量营养素其他参数以及有机物四大方面的土壤肥力情况;

支持个性化定制化:除了能够完整掌握土壤肥力状况以外,Lab-in-the-box还支持多项定制化个性化的功能,例如,Lab-in-the-box能够将获得的所有土壤数据都可以集成到用户个人的管理系统中,Lab-in-the-box可以根据用户自己的农艺见解提供石灰和肥料的建议,通过Lab-in-the-box提供的GPS定位数据,用户则可以创建您所在地区营养需求的地图概览,此外,AgroCares提供的肥料分析建议报告中还支持带有用户自身的个性化徽标。

2) 便携式扫描仪

图源:AgroCares官网

便携式扫描仪产品的核心由带有光源和NIR光谱仪的芯片以及云端的数据库组成,扫描仪的扫描结果与云中的数据进行比较,并通过用户的智能手机呈现出分析结果与建议。

-产品优势

AgroCares便携式的扫描仪主要的优势在于其通过手持工具现场扫描的方式能够较大程度地提升营养检测的效率。而扫描的结果将能够与覆盖范围不断扩大的AgroCares的土壤数据库叶子数据库或营养数据库进行比较,实现更高性价比的大数据解决方案。

■ 在全球构建三大体系:土壤校准数据库体系,服务供应体系,生态合作体系

土壤校准数据库分布 图源:AgroCares官网

土壤校准数据库体系:在AgroCares开辟更多国家市场的过程中,需要对能够覆盖该特定国家或地区土壤的整个光谱范围的样本数量和位置信息进行收集,以“校准”这一市场。目前,AgroCares已在20多个国家与地区建立起土壤校准数据库,形成一定的土壤校准数据库体系。

服务供应体系:在各个国家或地区链接AgroCares与终端用户的服务供应商,是AgroCares土壤养分检测分析业务板块运营的重要组成部分。目前,AgroCares已在非洲、欧洲、东南亚等地区建立起多个服务供应商网点。

生态合作体系:到目前,AgroCares已与Holland Greentech丹麦农业知识中心(SEGES)、Concentric Ag、Csernozjom、AgriVijana等80多家来自世界各地的大型农业控股公司、小型土壤测试服务企业、研究机构、农民合作社和非政府组织等机构合作。

知耕Tech

商业成熟度CML评估模型

近年来,精准农业的发展趋势越来越凸显,其中精准营养是精准农业的关键组成。而实现精准营养所需要解决的关键问题在于:相对于依赖传统实验室的土壤检测方案,需要开发出具备现场式、高效率、低成本优势的土壤检测方案

纵观产业,能够看到出现AgroCares、FarmLab、Teralytic等海外企业在土壤养分检测这一领域走得更快更远,同时也能够看见国内已有华谱智能科技等公司在优化土壤数据获取能力构建云端数据库提升设备便携性和灵敏性和降低设备成本等方面持续创新,知耕期待与更多创新力量同行,共同助力土壤检测分析领域技术与应用的进步成长。

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