深入了解農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和智慧農(nóng)業(yè)解決方案

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農(nóng)業(yè)依賴(lài)于創(chuàng)新理念和技術(shù)進(jìn)步，以幫助提高產(chǎn)量和更好地分配資源。19世紀(jì)末和20世紀(jì)初帶來(lái)了許多創(chuàng)新機(jī)械，如拖拉機(jī)和收割機(jī)。如今，以較低成本增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)背后的推動(dòng)力是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，這為希望將智慧農(nóng)業(yè)解決方案或農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器推向市場(chǎng)的工程師敞開(kāi)了大門(mén)。

物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用包括農(nóng)用車(chē)輛跟蹤、牲畜監(jiān)控、倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控等等。例如：

▲當(dāng)牲畜從牧場(chǎng)中跑出來(lái)時(shí)，牲畜傳感器可以通知牧場(chǎng)主，這樣，牧場(chǎng)主就可以把找回來(lái)。

▲土壤傳感器可以提醒農(nóng)民注意較高酸度等不規(guī)則條件，使農(nóng)民及時(shí)解決問(wèn)題并種植出更好的農(nóng)作物。

▲自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)可以遠(yuǎn)程控制，大大節(jié)省了人力成本。

未來(lái)幾年，這些和其他智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)將會(huì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。事實(shí)上，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)20%的復(fù)合年增長(zhǎng)率，根據(jù)2016年1月的Machina Research報(bào)告，農(nóng)業(yè)連網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量預(yù)計(jì)將從2014年底的1300萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)到2024年的2.25億臺(tái)。

下面，我們講述了三個(gè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通用使用案例和七個(gè)市場(chǎng)上已有的物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)應(yīng)用，使農(nóng)民和牧場(chǎng)主能夠收集有意義的數(shù)據(jù)。此外，在您最終確定智慧農(nóng)業(yè)解決方案之前，我們將向您介紹五個(gè)應(yīng)該考慮的工程問(wèn)題。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)使用案例

牲畜監(jiān)控

由于牲畜監(jiān)控，牧場(chǎng)主可以使用無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序收集有關(guān)牲畜的健康、活力、位置等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過(guò)以下兩種方式為他們節(jié)省資金：

1、它有助于識(shí)別生病的牲畜，使它們可以從畜群中識(shí)別出來(lái)，防止疾病的傳播。

2、這降低了勞動(dòng)力成本，因?yàn)槟翀?chǎng)主可以知道牲畜的所在位置。

使用傳感器監(jiān)控牲畜存在一些特殊挑戰(zhàn)，具體來(lái)說(shuō)，給牛套上項(xiàng)圈比較困難。另一種選擇是在牛的胃里推注無(wú)線藥丸，這種藥丸可以通過(guò)藍(lán)牙與耳標(biāo)通信。

牧場(chǎng)主在實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)解決方案時(shí)面臨的另一個(gè)潛在挑戰(zhàn)是選擇一種具有足夠低功耗的無(wú)線技術(shù)，以與牲畜的壽命保持一致。

保護(hù)監(jiān)控

雖然嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這并不屬于“農(nóng)業(yè)”范疇，但對(duì)瀕危犀牛的監(jiān)控是目前最有趣的動(dòng)物物聯(lián)網(wǎng)使用案例之一。了解犀牛在大型保護(hù)區(qū)的位置可以幫助環(huán)保人士保護(hù)它們免受偷獵者的侵害。

正如人們想象的那樣，給犀牛套上項(xiàng)圈也不容易，而且我們發(fā)現(xiàn)即使套上也會(huì)丟失，這些項(xiàng)圈經(jīng)常在犀牛相互爭(zhēng)斗中被撕掉了，而且這些項(xiàng)圈也會(huì)引起犀牛的行為改變。為了克服這些障礙，一些機(jī)構(gòu)正在研究將Symphony Link設(shè)備放入犀牛角內(nèi)。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的作物和土壤監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)作物和土壤條件是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的使用案例，但它可以為農(nóng)民帶來(lái)巨大的投資回報(bào)。我們已經(jīng)看到了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在這個(gè)領(lǐng)域的幾個(gè)重要用途：

1、感知土壤水分和養(yǎng)分。

2、控制用水量以促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

3、根據(jù)土壤化學(xué)確定肥料配方和用量。

4、確定種植和收獲的最佳時(shí)間。

5、報(bào)告天氣狀況。

雖然這些通用案例提供了有關(guān)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)如何對(duì)農(nóng)場(chǎng)主有用的見(jiàn)解，但了解已經(jīng)開(kāi)發(fā)了哪些物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目和應(yīng)用同樣很重要：

7個(gè)有趣的物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目和應(yīng)用

1、CROPX土壤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

Cropx生產(chǎn)硬件和軟件系統(tǒng)，可測(cè)量土壤中的水分、溫度和電導(dǎo)率。該系統(tǒng)可以告訴農(nóng)民何時(shí)需要灌溉以及灌溉多少。

2、TempuTech無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)

TempuTech認(rèn)為需要提高農(nóng)業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)的安全性。糧倉(cāng)和谷物升降機(jī)可能是危險(xiǎn)的地方，傳送帶可能會(huì)著火，粉塵堆積可能會(huì)爆炸。利用傳感器追蹤危險(xiǎn)隱患具有巨大的價(jià)值。TempuTech創(chuàng)建了一種連接無(wú)線傳感器的方法，幫助農(nóng)民了解糧倉(cāng)和谷物升降機(jī)的數(shù)據(jù)。使用該平臺(tái)，可以建立基本性能規(guī)范，并設(shè)置與溫度、振動(dòng)、濕度和其他條件相關(guān)的警報(bào)和警報(bào)條件。

3、CLAAS的智能機(jī)械

CLAAS是世界領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)工程機(jī)械制造商之一。農(nóng)民可以在自動(dòng)駕駛控制面板上操作CLAAS機(jī)械，并獲得關(guān)于如何改善作物籽粒流量和減少谷物損失的建議，或者自動(dòng)優(yōu)化機(jī)械性能。該公司正在與農(nóng)業(yè)信息平臺(tái)365FarmNet合作，這是一個(gè)讓農(nóng)民能夠在電腦或移動(dòng)設(shè)備上管理全部農(nóng)業(yè)資產(chǎn)的項(xiàng)目，該系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)并利用數(shù)據(jù)進(jìn)行田地測(cè)繪、施肥計(jì)劃、養(yǎng)分平衡以及其它規(guī)劃方案。

4、PrecisionHawk無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)平臺(tái)

PrecisionHawk創(chuàng)造了一種自動(dòng)無(wú)人機(jī)，它通過(guò)一系列傳感器收集高質(zhì)量數(shù)據(jù)，這些傳感器用于農(nóng)業(yè)田地的勘測(cè)、測(cè)繪和成像。它本質(zhì)上還是一架無(wú)人機(jī)，可以進(jìn)行飛行觀察和監(jiān)測(cè)。在將無(wú)人機(jī)送到空中之前，農(nóng)民可以告訴無(wú)人機(jī)要勘測(cè)哪個(gè)區(qū)域，并選擇地面分辨率或高度。每架無(wú)人機(jī)都可以利用人工智能探測(cè)天氣狀況，因此它會(huì)根據(jù)風(fēng)速或氣壓等因素選擇最佳飛行路徑。在飛行過(guò)程中，無(wú)人機(jī)收集視覺(jué)、熱量和多光譜圖像，然后它降落在起飛的位置上。(現(xiàn)在這是一個(gè)很酷且實(shí)用的物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)工具!)

5、精密種植的玉米迷宮

Radar 家庭農(nóng)場(chǎng)在20世紀(jì)90年代開(kāi)始作為一個(gè)南瓜農(nóng)場(chǎng)，如今每年秋季都為游客提供一個(gè)10英畝大小的玉米迷宮。在早期，這個(gè)家庭將10英畝全部種上玉米，然后聘請(qǐng)一家公司來(lái)修剪成迷宮的形狀。這是浪費(fèi)種子——也是浪費(fèi)金錢(qián)。通過(guò)使用精密種植技術(shù)，他們現(xiàn)在能夠按照地圖的形狀種植——他們認(rèn)為自己的玉米農(nóng)場(chǎng)是獨(dú)一無(wú)二的。

6、Teamdev煙草作物監(jiān)測(cè)

煙草是意大利的一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)，需要一定的環(huán)境和氣候條件才能實(shí)現(xiàn)最佳增長(zhǎng)。針對(duì)這一問(wèn)題，一家意大利軟件公司TeamDev部署了Libelium的Waspmote Plug&Sense平臺(tái)，來(lái)收集可能影響煙草作物的天氣狀況數(shù)據(jù)。煙草種植者可以使用這種技術(shù)在通常不適合煙草生長(zhǎng)的條件下優(yōu)化其作物。

7、JMB北美連網(wǎng)奶牛

JMB北美公司向市場(chǎng)推出了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案，幫助牧場(chǎng)主監(jiān)控準(zhǔn)備分娩的懷孕奶牛。當(dāng)奶牛羊水破了時(shí)，電池供電的傳感器會(huì)從母牛體內(nèi)排出，同時(shí)它會(huì)向牧場(chǎng)主或牛群管理人員發(fā)出通知。這種傳感器使農(nóng)民能夠及時(shí)獲得母牛懷孕的健康狀況和分娩的準(zhǔn)確時(shí)間。

開(kāi)發(fā)智慧農(nóng)業(yè)解決方案之前需要考慮的5個(gè)工程問(wèn)題

如上例所示，物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)使用案例種類(lèi)繁多，涵蓋了農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的各種問(wèn)題。如果您正在開(kāi)發(fā)智慧農(nóng)業(yè)解決方案，那么有一些特定的重點(diǎn)領(lǐng)域需要記住。

1、您的應(yīng)用程序?qū)⒈O(jiān)控什么?

農(nóng)民、農(nóng)業(yè)學(xué)家和工業(yè)食品生產(chǎn)商都在尋找物聯(lián)網(wǎng)解決方案，以提高效率和產(chǎn)量，減少損失和盜竊，換句話說(shuō)，他們都希望優(yōu)化資源并降低成本。在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，無(wú)論最終將要監(jiān)控什么，都應(yīng)該以用戶(hù)需求為中心。

例如，玉米種植者可能主要關(guān)心用水，他們不想用太多水，但他們也需要確保在需要的地方有足夠的水。另一方面，實(shí)時(shí)監(jiān)控可以幫助牧場(chǎng)主在牛群中及時(shí)發(fā)現(xiàn)生病的奶牛，以免它感染其他奶牛。這樣做將大大減少牲畜損失，并降低購(gòu)買(mǎi)治療牛群所需抗生素的相關(guān)成本。

2、需要多大無(wú)線覆蓋范圍?

數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)木嚯x對(duì)應(yīng)該使用何種技術(shù)產(chǎn)生巨大影響。如果您監(jiān)測(cè)10米外的東西，您就不會(huì)使用與監(jiān)測(cè)1500米以外東西相同的技術(shù)。

對(duì)于近距離，您可以使用射頻識(shí)別(RFID)或近場(chǎng)通信(NFC)，這在智能手機(jī)中很常見(jiàn)。如果您在飼料袋上貼標(biāo)簽，并且需要知道每袋里有多少斤大豆，那么可以使用NFC或RFID技術(shù)。

如果您向10米或更近的物體發(fā)送數(shù)據(jù)，藍(lán)牙或藍(lán)牙低功耗(BLE)可能是不錯(cuò)的選擇。這方面一個(gè)很好例子是為圈養(yǎng)在小范圍區(qū)域內(nèi)的豬設(shè)計(jì)藍(lán)牙耳標(biāo)，這將告訴最終用戶(hù)豬的年齡和它們的重要信息。

如果您的應(yīng)用需要向數(shù)百甚至數(shù)千米地方發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，您可能會(huì)考慮低功耗廣域網(wǎng)( LPWAN )技術(shù)，比如：NB-IOT、LORA、Sigfox、Sub-1GHz、Symphony Link等連接技術(shù)。這種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)連接應(yīng)用可以用來(lái)監(jiān)測(cè)田地的土壤濕度，或者在牲畜吃草時(shí)找到和跟蹤它們。這種類(lèi)型的應(yīng)用也非常適合于監(jiān)控水產(chǎn)養(yǎng)殖面積較大且難以進(jìn)入的漁場(chǎng)。

3、電力消耗怎么解決

電池壽命和續(xù)航時(shí)間之間有著非常密切的關(guān)系，相距較遠(yuǎn)的傳感器需要更多能量才能從一個(gè)點(diǎn)接收另一個(gè)點(diǎn)的信息。為了解決這個(gè)問(wèn)題，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品創(chuàng)建者通常會(huì)設(shè)置傳感器來(lái)發(fā)送更少的數(shù)據(jù)(或更少地發(fā)送數(shù)據(jù)，比如每天一次或每周一次)以節(jié)省成本和電力消耗。

因此，您需要確定傳感器將從何處獲取電力。鑒于大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)通常分布在野外或面積較大，您需要考慮低功耗應(yīng)用。否則，許多遠(yuǎn)程傳感器的服務(wù)和維護(hù)對(duì)于最終用戶(hù)來(lái)說(shuō)將是壓倒性的。

4、最終用戶(hù)需要多久收集一次數(shù)據(jù)?

您可能會(huì)認(rèn)為傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)包越多越好，但事實(shí)并非如此。需要多少數(shù)據(jù)包取決于許多不同因素，包括最終用戶(hù)應(yīng)用程序和本地環(huán)境。

例如，如果農(nóng)民在遙遠(yuǎn)的馬鈴薯地里有一個(gè)濕度傳感器，他可能不需要每?jī)擅胧占淮涡畔ⅲ惶煲粌纱慰赡芫妥銐蛄?，這意味著電池壽命會(huì)更長(zhǎng)。

另一方面，用于發(fā)送由拖拉機(jī)收集的GPS坐標(biāo)和其他信息的應(yīng)用程序可以很容易地將源源不斷的數(shù)據(jù)包發(fā)送回網(wǎng)關(guān)。畢竟，拖拉機(jī)提供了完美(幾乎無(wú)限制)的電源，因此可以在不堵塞網(wǎng)絡(luò)的情況下發(fā)送大量數(shù)據(jù)或視頻流。您可以看到這與我們的濕度傳感器示例有很大不同，后者沒(méi)有持續(xù)的電源。

另一個(gè)例子是儲(chǔ)罐余量和灌溉的比較。許多農(nóng)場(chǎng)都有大型儲(chǔ)罐，可儲(chǔ)存肥料、燃料或牲畜飼料，每天不止一次監(jiān)控這些大罐內(nèi)的儲(chǔ)物余量可能是不必要的。另一方面，當(dāng)灌溉開(kāi)始時(shí)，持續(xù)的數(shù)據(jù)更新可以確保釋放適量的水并且沒(méi)有泄漏。

所有這些都表明：在創(chuàng)建農(nóng)業(yè)應(yīng)用程序之前，請(qǐng)確?？紤]需要收集哪些數(shù)據(jù)以及收集數(shù)據(jù)的頻率。

5、傳感器技術(shù)選擇，它們將如何接口?

每種無(wú)線傳感技術(shù)都不相同，因此您需要考慮使用哪種技術(shù)以及在開(kāi)始之前如何與它們進(jìn)行連接。一些傳感器——比如濕度傳感器——是嵌入式的，需要微控制器進(jìn)行接口。創(chuàng)建傳感器和使其適應(yīng)氣候變化是一項(xiàng)需要滿(mǎn)足的工程挑戰(zhàn)。

確定傳感器的最佳通信方式是另一個(gè)工程挑戰(zhàn)。如果傳感器安裝在果園中，再如果天線安裝不當(dāng)，樹(shù)木可能會(huì)對(duì)其造成干擾。如果將天線安裝在草莓地里，這顯然就不會(huì)有什么問(wèn)題。

總之，請(qǐng)記?。耗谵r(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中開(kāi)發(fā)的技術(shù)不應(yīng)該成為最終用戶(hù)使用的障礙。因此，確保您了解最終用戶(hù)需要監(jiān)測(cè)什么，然后選擇一種可靠的技術(shù)來(lái)構(gòu)建，以獲取這些數(shù)據(jù)信息。