深入了解农业和智能农业解决方案中的物联网
农业和农业依靠创新理念和技术进步来帮助提高产量和更好地分配资源。 19 世纪末和 20 世纪带来了许多机械创新，如拖拉机和收割机。 如今，以更低的成本增加农业产量的推动力是物联网 (IoT) ，这为希望将智能农业解决方案或物联网农业传感器推向市场的工程师敞开了大门。
农业中的物联网应用包括资产跟踪，例如农用车辆、牲畜监控、存储监控等等。例如：
- 牲畜传感器可以在动物从牛群中漫游时通知牧场主，以便牧场人员可以将它们围起来。
- 土壤传感器可以提醒农民注意高酸度等异常情况，让农民有时间解决问题并生产更好的作物。
- 可以远程控制自动驾驶拖拉机，显着节省人工成本。
未来几年，这些技术和其他智能农业技术的使用将越来越多。事实上，农业领域的物联网设备安装预计将经历 20% 的复合年增长率。根据 2016 年 1 月的 Machina Research 报告，到 2024 年，联网农业设备的数量预计将从 2014 年底的 1300 万台增长到 2.25 亿台。
想要了解如何实施您的智能农业解决方案所需的技术？
下面，我们概述了市场上已有的三个通用物联网农业用例和七个物联网农业应用程序，它们使农民和牧场主可以收集有意义的数据。此外，我们将引导您解决在您最终确定智能农业解决方案之前应该考虑的五个工程问题。
农业中的物联网——用例
牲畜监测
由于牲畜监测，牧场主可以使用无线物联网应用程序来收集有关牛群健康、福祉和位置的数据。这些信息可以通过两种方式为他们省钱：
- 它有助于识别生病的动物 这样就可以将它们从牛群中拉出来，防止疾病传播。
- 降低人工成本 因为牧场主可以确定他们的牛所在的位置。
在为牲畜配备传感器时存在一些特定的挑战。具体来说，给牛戴项圈是相当困难的。另一种选择是在牛的胃中使用无线改装的丸剂，它可以通过蓝牙与耳标进行通信。
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电池电量足以维持动物寿命的无线技术。例如，一头肉牛的寿命为 15 个月或更长——虽然一些使用网状网络的技术可能无法管理这种电池寿命，但 Symphony Link 可以轻松地连接这段时间，而牧场周围没有太多基础设施连接所有设备。
保护监测
虽然严格来说它并不属于“农业”的范畴，但对濒危犀牛的监控是目前更有趣的动物物联网用例之一。了解犀牛在大型游戏设施中的位置可以帮助保护主义者保护它们免受偷猎者的侵害。
正如人们想象的那样，给犀牛戴上项圈并不容易——而且我们发现它并不经常成功。项圈在战斗中被扯掉，众所周知，它们会导致犀牛的行为改变。为了克服这些障碍，我们目前正在研究将 Symphony Link 设备放入犀牛角的想法。
精准农业的植物和土壤监测
监测植物和土壤状况是一个简单的用例，但它可以为农民带来丰厚的投资回报。我们已经看到农业物联网在这个领域的几个重要用途：
- 感应土壤水分和养分。
- 控制用水量以实现最佳植物生长。
- 根据土壤化学确定自定义肥料配置。
- 确定种植和收获的最佳时间。
- 报告天气状况。
由于上述所有用例中的传感器都靠近地面，因此使用网状网络可能很困难。根本没有足够的链接预算。但像 Symphony Link 这样的星型拓扑是理想的选择，因为一个接入点可以与 20-100 平方公里外的多个传感器通信。
虽然这些通用案例研究深入了解了农业中的物联网如何对农业社区有用，但了解已经开发的物联网农业项目和应用程序也很重要：
7 个有趣的物联网农业项目和应用
1. Cropx 的土壤监测系统
Cropx 生产硬件和软件系统，用于测量土壤中的水分、温度和电导率。他们的系统会告诉农民何时灌溉以及灌溉多少。
2. TempuTech 的无线传感器监控
TempuTech 认为需要提高农业储存的安全性。筒仓和谷物升降机可能是危险的地方，传送带可能着火，灰尘堆积可能会爆炸。使用传感器跟踪危险具有巨大的价值。借助 GE 的 Equipment Insight，TempuTech 创造了一种连接无线传感器的方法，帮助农民了解来自筒仓和谷物升降机的数据。使用该平台，制造商可以建立基准性能规范，并设置与温度、振动、湿度等条件相关的警报和警报条件。
3. CLAAS的智能设备
CLAAS 是世界领先的农业工程设备制造商之一。农民可以在自动驾驶仪上操作 CLAAS 设备，获得有关如何改善作物流量和最大限度减少谷物损失的建议，或自动优化设备性能。该公司正在与 365FarmNet 合作，该计划使农民能够在计算机或移动设备上管理他们的整个农业生产。该系统通过田间制图、施肥计划、养分平衡以及日历和计划程序收集数据并对其进行有意义的使用。
4. PrecisionHawk 的无人机数据平台
PrecisionHawk 创造了一种自主无人机，它通过一系列传感器收集高质量的数据，用于农业用地的测量、测绘和成像。它本质上是一架执行飞行观察和监控的无人机。在将无人机送入空中之前，农民会告诉它要调查的领域并选择地面分辨率或高度。每架无人机都可以使用人工智能检测天气状况，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、热和多光谱图像；然后它降落在它起飞的同一个地方。 （现在这是一个很酷且有用的物联网农具！）
5.精准种植的玉米迷宫
Radar Family Farms 始于 1990 年代的南瓜农场，如今每年秋天都会为游客提供一个占地 10 英亩的玉米迷宫。最初，这个家庭通过种植所有 10 英亩的玉米，然后聘请公司来修剪迷宫的形状来创造迷宫。这是浪费种子——也是浪费金钱。通过使用精准种植技术，他们现在能够按照地图的形状进行种植——他们认为这是美国其他农场无法做到的。
6. TeamDev 的烟草作物质量 Libelium 网络
烟草是意大利的一个大产业，需要特定的环境和气候要求才能实现最佳增长。针对这一问题，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条件数据。烟农可以使用这种技术在通常不适合烟草生长的条件下优化他们的作物。
7. JMB 北美的互联奶牛
JMB North America 向市场推出了一种物联网解决方案，可帮助牧场主监控准备分娩的怀孕奶牛。当小母牛破水时，电池供电的传感器会从小母牛身上排出，从而向牧场主或牧群管理员发送通知。该传感器让农民可以更专注于与怀孕的小母牛相处的时间。
在设计智能农业解决方案之前需要考虑的 5 个工程问题
如上面的示例所示，有各种各样的物联网农业用例来涵盖农业和畜牧业问题。如果您正在设计智能农业解决方案，则在构建产品时需要牢记特定的重点领域。
1.您的应用程序将监控什么？
农民、农学家和工业食品生产商都在寻找物联网解决方案，以提高效率和产量并减少损失和盗窃。换句话说，他们希望优化资源并降低成本。在您设计应用程序时，无论最终用户要监控什么，都应该放在首位。
例如，玉米种植者可能主要关心水的使用。他不想使用太多的水，但他还需要确保有足够的水到达需要的地方。另一方面，实时监控可以帮助牧场主在感染其他动物之前找到牛群中的病牛。这样做将大大减少牲畜损失，并降低与购买治疗大型群体所需抗生素相关的成本。
2.需要多大的无线范围？
数据需要传输的距离对应该使用什么类型的技术产生巨大影响。如果您测量 10 米外的物体，您将不会使用与测量 1,500 米外物体相同的技术。
对于短距离，您可以使用手机中常见的射频识别 (RFID) 或近场通信 (NFC)。如果您在给饲料袋贴标签并且需要知道每个袋子里有多少磅大豆，可以使用 NFC 或 RFID。
如果您要向 10 米或更近的物体发送数据，蓝牙或低功耗蓝牙 (BLE) 可能是不错的选择。一个很好的例子是为生活在小范围内的猪设计一个蓝牙耳标，它会告诉最终用户猪的年龄和关于它们的重要信息。
如果您的应用程序需要在数百甚至数千米的范围内发送数据，您可能会考虑低功耗广域网 (LPWAN) 选项。一些示例包括 Symphony Link 或其他 sub-GHz 技术。此类网络上的应用程序可用于测量田间土壤湿度或寻找和跟踪放牧的牲畜。这种类型的应用程序也非常适合监测拥有大型围栏水产养殖区且难以进入的养鱼场。
3.电源从哪里来？
电池寿命和续航里程之间存在非常密切的相关性。距离很远的传感器需要更多的能量才能从一个点到另一个点获取信息。为了解决这个问题，物联网产品创建者通常会设计应用程序以减少发送数据（或降低发送数据的频率）以节省成本和电力。
因此，您需要确定传感器应用程序将从何处汲取电力。鉴于大多数物联网农业通常在室外或大面积分布，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不堪重负的。
4.最终用户需要多久收集一次数据？
您可能认为传感器可以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的因素，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田里有一个湿度传感器，他可能不需要每两秒钟收集一次信息。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 GPS 坐标和拖拉机收集的其他信息的应用程序可以轻松地将近乎恒定的数据包发送回网关。毕竟，拖拉机提供了完美（且几乎无限）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，后者没有恒定电源。
另一个例子是水箱调平和灌溉的比较。许多农场都有大罐子，用来装肥料、燃料或牲畜饲料。可能没有必要每天多次监测这些储罐的液位。另一方面，当灌溉开始时，持续更新可以确保释放适量的水并且没有泄漏。
所有这一切都是为了说：在您创建 M2M 农业应用程序之前，请确保您考虑太多数据。
5.哪些类型的传感器是必需的，它们将如何连接？
每种无线传感技术都是不同的，因此在开始之前，您需要考虑要使用哪些技术以及如何与它们交互。一些传感器（如湿度传感器）是嵌入式的，需要微控制器进行接口。创建传感器并使其风化是一项需要解决的工程挑战。
为最佳通信路径定位传感器是另一个工程挑战。如果传感器放置在橙色果园中，如果天线安装不正确，树木可能会干扰。如果将天线安装在草莓地中，这显然没有那么大的挑战。
总而言之，请记住这一点：您在物联网农业应用程序中设计的技术不应妨碍最终用户尝试测量的内容。 因此，请确保您了解最终用户需要衡量的内容，然后选择一种可靠的技术来构建以获取这些信息。
让我们将您的物联网农业应用推向市场。
由于它们不依赖于第三方 WiFi 或 3G 连接，Symphony Link 等低功耗广域 (LPWA) 连接选项即使在大型农业企业中也能享有更高的网络可靠性和可扩展性。下载下面的小册子，了解有关 Symphony Link 如何帮助连接您的 IoT 农业应用程序的更多信息。如果你有问题，让我们谈谈。
物联网技术