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3S MARKET

2020年2月3日 星期一

Waltonchain's Blockchain + IoT solution for Smart Agriculture


來源:農博網 文章来源:物联之家网


農業依賴於創新理念和技術進步,以幫助提高產量,和更好地分配資源。19 世紀末和 20 世紀初,帶來了許多創新機械,如拖拉機和收割機。如今,以較低成本增加農業生產背後的推動力是物聯網(IoT),這為希望將智慧農業解決方案,或農業物聯網感測器,推向市場的工程師敞開了大門。


物聯網在農業中的應用,包括農用車輛跟蹤、牲畜監控、倉儲監控等等。例如:
當牲畜從牧場中跑出來時,牲畜感測器可以通知牧場主人,這樣,牧場主人就可以把找回來。

土壤感測器可以提醒農民,注意較高酸度等不規則條件,使農民及時解決問題,並種植出更好的農作物。

自動駕駛拖拉機可以遠端控制,大大節省了人力成本。

未來幾年,這些和其他智慧農業技術,將會得到越來越多的應用。事實上,農業領域的物聯網設備,預計將實現 20% 的複合年成長率,根據 2016 年 1 月的 Machina Research 報告,農業連網設備的數量,預計將從 2014 年底的 1300 萬台,成長到 2024 年的 2.25 億台。
  

下面,我們講述了三個農業物聯網通用使用案例,和七個市場上已有的物聯網農業應用,使農民和牧場主人能夠收集有意義的數據。此外,在您最終確定智慧農業解決方案之前,我們將向您介紹五個應該考慮的工程問題。
  
農業物聯網使用案例
牲畜監控
由於牲畜監控,牧場主可以使用無線物聯網應用,收集有關牲畜的健康、活力、位置等數據。這些數據透過以下兩種方式,為他們節省資金:
1、它有助於辨識生病的牲畜,使它們可以從畜群中辨識出來,防止疾病的傳播。

2、這降低了勞動力成本,因為牧場主人可以知道牲畜的所在位置。
  
使用感測器監控牲畜,存在一些特殊挑戰,具體來說,給牛套上項圈比較困難。另一種選擇是在牛的胃裡推注無線藥丸,這種藥丸可以透過藍牙與耳標通信。
  
牧場主在實施物聯網解決方案時,面臨的另一個潛在挑戰,是選擇一種具有足夠低功耗的無線技術,以與牲畜的壽命保持一致。
  
保護監控
雖然嚴格來說,這並不屬於「農業」範疇,但對瀕危犀牛的監控,是目前最有趣的動物物聯網使用案例之一。瞭解犀牛在大型保護區的位置,可以幫助環保人士保護它們,免受偷獵者的侵害。
  
正如人們想像的那樣,給犀牛套上項圈也不容易,而且我們發現即使套上也會丟失,這些項圈經常在犀牛相互爭鬥中被撕掉了,而且這些項圈也會引起犀牛的行為改變。為了克服這些障礙,一些機構正在研究,將 Symphony Link 設備放入犀牛角內。
  

精準農業的作物和土壤監測
監測作物和土壤條件,是一個相對簡單的使用案例,但它可以為農民帶來巨大的投資回報。我們已經看到了農業物聯網,在這個領域的幾個重要用途:
  
1、感知土壤水分和養分。
  
2、控制用水量,以促進植物生長。
  
3、根據土壤化學成分,確定肥料配方和用量。
  
4、確定種植和收穫的最佳時間。
  
5、報告天氣狀況。

雖然這些通用案例,提供了有關農業物聯網,如何對農場主人有用的見解,但瞭解已經開發了哪些物聯網農業項目,和應用同樣很重要:
  

7 個有趣的物聯網農業項目和應用
1、CROPX 土壤監測系統
Cropx 生產硬體和軟體系統,可測量土壤中的水分、溫度和電導率。該系統可以告訴農民,何時需要灌溉,以及灌溉多少。
  
2、TempuTech 無線感測器監測
TempuTech 認為,需要提高農業倉儲的安全性。糧倉和穀物升降機,可能是危險的地方,傳送帶可能會著火,粉塵堆積可能會爆炸。利用感測器追蹤危險隱憂,具有巨大的價值。

TempuTech 創建了一種連接無線感測器的方法,幫助農民瞭解糧倉和穀物升降機的數據。使用該平台,可以建立基本性能規範,並設置與溫度、振動、濕度,和其他條件相關的警報和警報條件。
  
3、CLAAS 的智慧機械
CLAAS 是世界領先的農業工程機械製造商之一。農民可以在自動駕駛控制面板上操作 CLAAS 機械,並獲得關於如何改善作物籽粒流量,和減少穀物損失的建議,或者自動優化機械性能。該公司正在與農業資訊平台 365FarmNet 合作,這是一個讓農民,能夠在電腦或行動設備上,管理全部農業資產的項目,該系統收集數據,並利用數據進行田地測繪、施肥計劃、養分平衡,以及其它規劃方案。
  

4、PrecisionHawk 無人機數據平台
PrecisionHawk 創造了一種自動無人機,它透過一系列傳感器收集高質量數據,這些感測器用於農業田地的勘測、測繪和成像。它本質上還是一架無人機,可以進行飛行觀察和監測。在將無人機送到空中之前,農民可以告訴無人機,要勘測哪個區域,並選擇地面解析度或高度。

每架無人機都可以利用人工智慧探測天氣狀況,因此它會根據風速或氣壓等因素,選擇最佳飛行路徑。在飛行過程中,無人機收集視覺、熱量和多光譜圖像,然後它降落在起飛的位置上。(現在這是一個很酷,且實用的物聯網農業工具!)
  
5、精密種植的玉米迷宮
Radar 家庭農場在 20 世紀 90 年代開始,作為一個南瓜農場,如今每年秋季都為遊客提供一個 10 英畝大小的玉米迷宮。在早期,這個家庭將 10 英畝全部種上玉米,然後聘請一家公司來修剪成迷宮的形狀。透過使用精密種植技術,他們現在能夠按照地圖的形狀種植 —— 他們認為自己的玉米農場是獨一無二的。
  

6、Teamdev 煙草作物監測
煙草是義大利的一個重要產業,需要一定的環境和氣候條件,才能實現最佳成長。針對這一問題,一家義大利軟體公司 TeamDev 部署了 Libelium 的 Waspmote Plug&Sense 平台,來收集可能影響煙草作物的天氣狀況數據。煙草種植者可以使用這種技術,在通常不適合煙草生長的條件下,優化其作物。
  
7、JMB 北美連網奶牛
JMB 北美公司,向市場推出了一個物聯網解決方案,幫助牧場主人監控準備分娩的懷孕奶牛。當奶牛羊水破了時,電池供電的感測器,會從母牛體內排出,同時它會向牧場主人或牛群管理人員發出通知。這種感測器使農民能夠即時獲得,母牛懷孕的健康狀況,和分娩的準確時間。
  

開發智慧農業解決方案之前,需要考慮的 5 個工程問題
如上例所示,物聯網農業使用案例種類繁多,涵蓋了農業和畜牧業的各種問題。如果您正在開發智慧農業解決方案,那麼有一些特定的重點領域需要記住。
  
1、您的應用將監控什麼?
農民、農業學家和工業食品生產商,都在尋找物聯網解決方案,以提高效率和產量,減少損失和盜竊,換句話說,他們都希望優化資源並降低成本。在設計應用時,無論最終將要監控什麼,都應該以用戶需求為中心。
  

例如,玉米種植者可能主要關心用水,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,即時監控可以幫助牧場主人,在牛群中即時發現生病的奶牛,以免它感染其他奶牛。這樣做將大大減少牲畜損失,並降低購買治療牛群所需抗生素的相關成本。
  
2、需要多大無線覆蓋範圍?
數據需要傳輸的距離,對應該使用何種技術產生巨大影響。如果您監測 10 公尺外的東西,您就不會使用與監測 1500 公尺以外東西相同的技術。
  
對於近距離,您可以使用 RFID,或近場通信(NFC),這在智慧手機中很常見。如果您在飼料袋上貼標籤,並且需要知道每袋裡有多少斤大豆,那麼可以使用 NFC 或 RFID 技術。
  
如果您向 10 公尺或更近的物體發送數據,藍牙或 BLE 可能是不錯的選擇。這方面一個很好例子,是為圈養在小範圍區域內的豬,設計藍牙耳標,這將告訴最終用戶,豬的年齡和它們的重要資訊。
如果您的應用需要向數百,甚至數千公尺地方,發送或接收數據,您可能會考慮低功耗廣域網( LPWAN )技術,比如:NB-IOT、LORA、Sigfox、Sub-1GHz、Symphony Link等連接技術。這種類型的網路連接應用,可以用來監測田地的土壤濕度,或者在牲畜吃草時找到和跟蹤它們。這種類型的應用,也非常適合於監控水產養殖面積較大,且難以進入的漁場。
  
3、電力消耗怎麼解決
電池壽命和續航時間之間,有著非常密切的關係,相距較遠的感測器需要更多能量,才能從一個點接收另一個點的資訊。為瞭解決這個問題,物聯網產品創建者通常會設置感測器,來發送更少的數據(或更少地發送數據,比如每天一次,或每週一次)以節省成本和電力消耗。
  
因此,您需要確定感測器,將從何處獲取電力。鑒於大多數物聯網農業通常分布在野外或面積較大,您需要考慮低功耗應用。否則,許多遠端感測器的服務和維護,對於最終用戶來說將是壓倒性的。
  
4、最終用戶需要多久收集一次數據?
您可能會認為感測器發送的數據包越多越好,但事實並非如此。需要多少數據包取決於許多不同因素,包括最終用戶應用需求和當地環境。
  
例如,如果農民在遙遠的馬鈴薯地裡,有一個濕度感測器,他可能不需要每兩秒收集一次資訊,一天一兩次可能就足夠了,這意味著電池壽命會更長。
  
另一方面,用於發送由拖拉機收集的 GPS 座標,和其他資訊的應用,可以很容易地,將源源不斷的數據包發送回 Gateway。畢竟,拖拉機提供了完美(幾乎無限制)的電源,因此可以在不堵塞網路的情況下,發送大量數據或視訊流。您可以看到這與我們的濕度感測器有很大不同,後者沒有持續的電源。
  
另一個例子是儲罐餘量和灌溉的比較。許多農場都有大型儲罐,可儲存肥料、燃料或牲畜飼料,每天不止一次監控這些大罐內的儲物餘量,可能是不必要的。另一方面,當灌溉開始時,持續的數據更新,可以確保釋放適量的水,並且沒有洩漏。
  
所有這些都顯示:在創建農業應用之前,請確保考慮需要收集哪些數據,以及收集數據的頻率。
  

5、感測器技術選擇,它們將如何接口?
每種無線感測技術都不相同,因此您需要考慮使用哪種技術,以及在開始之前,如何與它們進行連接。一些感測器 —— 比如濕度感測器 —— 是嵌入式的,需要微控制器進行接口。創建感測器,和使其適應氣候變化,是一項需要滿足的工程挑戰。
  
確定感測器的最佳通信方式,是另一個工程挑戰。如果感測器安裝在果園中,再如果天線安裝不當,樹木可能會對其造成干擾。如果將天線安裝在草莓地裡,這顯然就不會有什麼問題。


總之,請記住:您在農業物聯網應用中開發的技術,不應該成為最終用戶使用的障礙。因此,確保您瞭解最終用戶需要監測什麼,然後選擇一種可靠的技術來建構,以獲取這些數據資訊。

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