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深入了解农业物联网和智慧农业解决方案

时间:2019-01-23 18:42:51来源:农博网作者:
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  农业依赖于创新理念和技术进步,以帮助提高产量和更好地分配资源。19世纪末和20世纪初带来了许多创新机械,如拖拉机和收割机。如今,以较低成本增加农业生产背后的推动力是物联网(IoT),这为希望将智慧农业解决方案或农业物联网传感器推向市场的工程师敞开了大门。

  物联网在农业中的应用包括农用车辆跟踪、牲畜监控、仓储监控等等。例如:

  ▲当牲畜从牧场中跑出来时,牲畜传感器可以通知牧场主,这样,牧场主就可以把找回来。

  ▲土壤传感器可以提醒农民注意较高酸度等不规则条件,使农民及时解决问题并种植出更好的农作物。

  ▲自动驾驶拖拉机可以远程控制,大大节省了人力成本。

  未来几年,这些和其他智慧农业技术将会得到越来越多的应用。事实上,农业领域的物联网设备预计将实现20%的复合年增长率,根据2016年1月的Machina Research报告,农业连网设备的数量预计将从2014年底的1300万台增长到2024年的2.25亿台。

  下面,我们讲述了三个农业物联网通用使用案例和七个市场上已有的物联网农业应用,使农民和牧场主能够收集有意义的数据。此外,在您最终确定智慧农业解决方案之前,我们将向您介绍五个应该考虑的工程问题。

  农业物联网使用案例

  牲畜监控

  由于牲畜监控,牧场主可以使用无线物联网应用程序收集有关牲畜的健康、活力、位置等数据。这些数据通过以下两种方式为他们节省资金:

  1、它有助于识别生病的牲畜,使它们可以从畜群中识别出来,防止疾病的传播。

  2、这降低了劳动力成本,因为牧场主可以知道牲畜的所在位置。

  使用传感器监控牲畜存在一些特殊挑战,具体来说,给牛套上项圈比较困难。另一种选择是在牛的胃里推注无线药丸,这种药丸可以通过蓝牙与耳标通信。

  牧场主在实施物联网解决方案时面临的另一个潜在挑战是选择一种具有足够低功耗的无线技术,以与牲畜的寿命保持一致。

  保护监控

  虽然严格来说,这并不属于农业范畴,但对濒危犀牛的监控是目前最有趣的动物物联网使用案例之一。了解犀牛在大型保护区的位置可以帮助环保人士保护它们免受偷猎者的侵害。

  正如人们想象的那样,给犀牛套上项圈也不容易,而且我们发现即使套上也会丢失,这些项圈经常在犀牛相互争斗中被撕掉了,而且这些项圈也会引起犀牛的行为改变。为了克服这些障碍,一些机构正在研究将Symphony Link设备放入犀牛角内。

  精准农业的作物和土壤监测

  监测作物和土壤条件是一个相对简单的使用案例,但它可以为农民带来巨大的投资回报。我们已经看到了农业物联网在这个领域的几个重要用途:

  1、感知土壤水分和养分。

  2、控制用水量以促进植物生长。

  3、根据土壤化学确定肥料配方和用量。

  4、确定种植和收获的最佳时间。

  5、报告天气状况。

  虽然这些通用案例提供了有关农业物联网如何对农场主有用的见解,但了解已经开发了哪些物联网农业项目和应用同样很重要:

  7个有趣的物联网农业项目和应用

  1、CROPX土壤监测系统

  Cropx生产硬件和软件系统,可测量土壤中的水分、温度和电导率。该系统可以告诉农民何时需要灌溉以及灌溉多少。

  2、TempuTech无线传感器监测

  TempuTech认为需要提高农业仓储的安全性。粮仓和谷物升降机可能是危险的地方,传送带可能会着火,粉尘堆积可能会爆炸。利用传感器追踪危险隐患具有巨大的价值。TempuTech创建了一种连接无线传感器的方法,帮助农民了解粮仓和谷物升降机的数据。使用该平台,可以建立基本性能规范,并设置与温度、振动、湿度和其他条件相关的警报和警报条件。

  3、CLAAS的智能机械

  CLAAS是世界领先的农业工程机械制造商之一。农民可以在自动驾驶控制面板上操作CLAAS机械,并获得关于如何改善作物籽粒流量和减少谷物损失的建议,或者自动优化机械性能。该公司正在与农业信息平台365FarmNet合作,这是一个让农民能够在电脑或移动设备上管理全部农业资产的项目,该系统收集数据并利用数据进行田地测绘、施肥计划、养分平衡以及其它规划方案。

  4、PrecisionHawk无人机数据平台

  PrecisionHawk创造了一种自动无人机,它通过一系列传感器收集高质量数据,这些传感器用于农业田地的勘测、测绘和成像。它本质上还是一架无人机,可以进行飞行观察和监测。在将无人机送到空中之前,农民可以告诉无人机要勘测哪个区域,并选择地面分辨率或高度。每架无人机都可以利用人工智能探测天气状况,因此它会根据风速或气压等因素选择最佳飞行路径。在飞行过程中,无人机收集视觉、热量和多光谱图像,然后它降落在起飞的位置上。(现在这是一个很酷且实用的物联网农业工具!)

  5、精密种植的玉米迷宫

  Radar 家庭农场在20世纪90年代开始作为一个南瓜农场,如今每年秋季都为游客提供一个10英亩大小的玉米迷宫。在早期,这个家庭将10英亩全部种上玉米,然后聘请一家公司来修剪成迷宫的形状。这是浪费种子也是浪费金钱。通过使用精密种植技术,他们现在能够按照地图的形状种植他们认为自己的玉米农场是独一无二的。

  6、Teamdev烟草作物监测

  烟草是意大利的一个重要产业,需要一定的环境和气候条件才能实现最佳增长。针对这一问题,一家意大利软件公司TeamDev部署了Libelium的Waspmote Plug&Sense平台,来收集可能影响烟草作物的天气状况数据。烟草种植者可以使用这种技术在通常不适合烟草生长的条件下优化其作物。

  7、JMB北美连网奶牛

  JMB北美公司向市场推出了一个物联网解决方案,帮助牧场主监控准备分娩的怀孕奶牛。当奶牛羊水破了时,电池供电的传感器会从母牛体内排出,同时它会向牧场主或牛群管理人员发出通知。这种传感器使农民能够及时获得母牛怀孕的健康状况和分娩的准确时间。

  开发智慧农业解决方案之前需要考虑的5个工程问题

  如上例所示,物联网农业使用案例种类繁多,涵盖了农业和畜牧业的各种问题。如果您正在开发智慧农业解决方案,那么有一些特定的重点领域需要记住。

  1、您的应用程序将监控什么?

  农民、农业学家和工业食品生产商都在寻找物联网解决方案,以提高效率和产量,减少损失和盗窃,换句话说,他们都希望优化资源并降低成本。在设计应用程序时,无论最终将要监控什么,都应该以用户需求为中心。

  例如,玉米种植者可能主要关心用水,他们不想用太多水,但他们也需要确保在需要的地方有足够的水。另一方面,实时监控可以帮助牧场主在牛群中及时发现生病的奶牛,以免它感染其他奶牛。这样做将大大减少牲畜损失,并降低购买治疗牛群所需抗生素的相关成本。

  2、需要多大无线覆盖范围?

  数据需要传输的距离对应该使用何种技术产生巨大影响。如果您监测10米外的东西,您就不会使用与监测1500米以外东西相同的技术。

  对于近距离,您可以使用射频识别(RFID)或近场通信(NFC),这在智能手机中很常见。如果您在饲料袋上贴标签,并且需要知道每袋里有多少斤大豆,那么可以使用NFC或RFID技术。

  如果您向10米或更近的物体发送数据,蓝牙或蓝牙低功耗(BLE)可能是不错的选择。这方面一个很好例子是为圈养在小范围区域内的猪设计蓝牙耳标,这将告诉最终用户猪的年龄和它们的重要信息。

  如果您的应用需要向数百甚至数千米地方发送或接收数据,您可能会考虑低功耗广域网( LPWAN )技术,比如:NB-IOT、LORA、Sigfox、Sub-1GHz、Symphony Link等连接技术。这种类型的网络连接应用可以用来监测田地的土壤湿度,或者在牲畜吃草时找到和跟踪它们。这种类型的应用也非常适合于监控水产养殖面积较大且难以进入的渔场。

  3、电力消耗怎么解决

  电池寿命和续航时间之间有着非常密切的关系,相距较远的传感器需要更多能量才能从一个点接收另一个点的信息。为了解决这个问题,物联网产品创建者通常会设置传感器来发送更少的数据(或更少地发送数据,比如每天一次或每周一次)以节省成本和电力消耗。

  因此,您需要确定传感器将从何处获取电力。鉴于大多数物联网农业通常分布在野外或面积较大,您需要考虑低功耗应用。否则,许多远程传感器的服务和维护对于最终用户来说将是压倒性的。

  4、最终用户需要多久收集一次数据?

  您可能会认为传感器发送的数据包越多越好,但事实并非如此。需要多少数据包取决于许多不同因素,包括最终用户应用程序和本地环境。

  例如,如果农民在遥远的马铃薯地里有一个湿度传感器,他可能不需要每两秒收集一次信息,一天一两次可能就足够了,这意味着电池寿命会更长。

  另一方面,用于发送由拖拉机收集的GPS坐标和其他信息的应用程序可以很容易地将源源不断的数据包发送回网关。毕竟,拖拉机提供了完美(几乎无限制)的电源,因此可以在不堵塞网络的情况下发送大量数据或视频流。您可以看到这与我们的湿度传感器示例有很大不同,后者没有持续的电源。

  另一个例子是储罐余量和灌溉的比较。许多农场都有大型储罐,可储存肥料、燃料或牲畜饲料,每天不止一次监控这些大罐内的储物余量可能是不必要的。另一方面,当灌溉开始时,持续的数据更新可以确保释放适量的水并且没有泄漏。

  所有这些都表明:在创建农业应用程序之前,请确保考虑需要收集哪些数据以及收集数据的频率。

  5、传感器技术选择,它们将如何接口?

  每种无线传感技术都不相同,因此您需要考虑使用哪种技术以及在开始之前如何与它们进行连接。一些传感器比如湿度传感器是嵌入式的,需要微控制器进行接口。创建传感器和使其适应气候变化是一项需要满足的工程挑战。

  确定传感器的最佳通信方式是另一个工程挑战。如果传感器安装在果园中,再如果天线安装不当,树木可能会对其造成***。如果将天线安装在草莓地里,这显然就不会有什么问题。

  总之,请记住:您在农业物联网应用中开发的技术不应该成为最终用户使用的障碍。因此,确保您了解最终用户需要监测什么,然后选择一种可靠的技术来构建,以获取这些数据信息。

  文章来源:物联之家网

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