Waltonchain's Blockchain + IoT solution for Smart Agriculture
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0935-970-603 施正偉
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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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