农业领域的物联网:基于物联网的智能农业解决方案

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智能农业依靠至关重要的技术来执行传感、处理、存储、联网和物理移动这样的任务。但是,只有一种技术能将它们绑定在一起,能够实现我们在智能农业中发现的出色的物联网解决方案 — 无线通信。智能农业领域有各种各样的通信方法,这里我们要辨识的是一些最常见、最必不可少的通信方法。

Wi-Fi 在智能农业中的使用

Wi-Fi 是一个全世界人人皆知的无线解决方案,目前正被广泛用于智能农业。一个路由器可覆盖室外最大 300 英尺的范围,如果是用于独立集线器,Wi-Fi 则是中小型智能农业应用的绝佳解决方案。与不太流行的无线技术网络相比,Wi-Fi 相对更为先进。它让技术变得更加成熟,采用范围更广,从而可以在各种解决方案或平台之间实现更高的集成度。

Wi-Fi 占用 900 MHz、2.4 GHz、3.6 GHz、4.9 GHz、5 GHz、5.9 GHz 和 60 GHz 频段,这让它的射频连接可以灵活地适应各种环境和距离。虽然这些频率允许快速传输数据,但它们具有很高的吸收率,这意味着它们通常最适合用于干扰可能吸收射频信号的视线近距离应用。虽然在通常有着较大物理区域的智能农业中,Wi-Fi 的有限范围可能似乎并不受欢迎,但在特定的细分智能农业应用中,它比远程无线解决方案更具优势。例如,Farmshelf,这是一个小型的室内智能农业解决方案,目标是将传统农业直接引入餐厅和市场,它使用 Wi-Fi 将信息转发给用户。

LPWAN:推动智能农业发展的解决方案

通过改造设备、工具、资产和资源,很多传统农业应用已经变得“聪明”起来。但是,这种改造技术通常需要距离要长出很多的无线解决方案,才能跨越农场或其他农业土地通常会出现的远距离而实现传输。另外,由于它们的边远位置,这些远距离传输设备通常由电池或太阳能供电,这需要任何设备操作都要达到低功耗要求。低功耗广域网 (LPWAN) 是这些智能农业运营的理想的技术解决方案。不论是已获许可还是未获许可的射频频段,都存在着各种 LPWAN 技术。

全球最广泛使用的三种 LPWAN 技术分别是 LoRa、Sigfox 和 NB-IoT,它们都处于智能农业行业的最前沿。

1) LoRa,顾名思义,是以其远距离通信功能命名,它于 2009 年推出,由 Semtech 在 2012 年扩大。因其能够在 50 公里(30 英里)的距离运行的低功耗、低成本的无线通信,LoRa 已经成为全球通用的 LPWAN。

2) Sigfox 目前主要在欧洲市场提供服务,它既是一家公司,也是一个网络运营商,目前正在向全球扩张。

3) NB-IoT 是一种基于 LTE 的窄频带 LPWAN 技术,采用极简而低功耗的设计,以期在各种智能农业和工业物联网应用中实现适用性。

LPWAN 设备

支持 LPWAN 的设备,其能够到达的距离比高带宽无线通信要远得多。但是随着范围的扩大,数据传输能力会受到限制。例如,在 LoRa 网络上传输 4k 视频是不可能的,但发送来自土壤酸碱度和湿度传感器的数据包就更为现实可行。当前,LPWAN 最大的实质性限制是它的可用性。在当前的基础设施中,对于无线通信的最大需求主要是高带宽通信。虽然 LPWAN 的使用毫无疑问是有市场的,但事实证明,LPWAN 的采用和使用比 3G 蜂窝技术和更高数据密度的通信技术要慢。

GPS/GNSS 在农业中的使用

规模最大、采用最多的无线通信基础设施中有一个就是全球定位系统 (GPS)。虽然这项技术与 Wi-Fi 或 LPWAN 技术不具有相同理念,不是一个点对点通信系统,但这项无线技术已经对世界产生了巨大影响,这其中也包括智能农业。

GPS 最初于 20 世纪中期开发,于 1978 年进行了初步部署,于 1993 年由美国军方全面实施,它利用由 24 到 31 颗卫星组成的卫星网络来传输包含其确切位置和时间的无线电信号。专用接收器会立即收集此信息并对其进行处理,以了解其相对于卫星的位置,随后获取它在地球上的位置,现代精确度可以达到 30 厘米。不过,GPS 正在慢慢成为一项传统技术,有朝一日会被更先进的全球导航卫星系统 (GNSS) 取代。包括欧洲的 Galileo、俄罗斯的 GLONASS、印度的 NavIC 和中国的北斗,自世纪之交以来,这些系统的运行都达到了一定水平。

精准农业中的 GPS

在智能农业中,全球定位已被用于众多应用,包括跟踪畜群、农用设备,甚至是农用无人机。John Deere 是全球最大的农业设备制造商之一,该公司在很大程度上依赖于 GPS 和类似技术的使用。它的某些解决方案,如 Precision Agriculture 和 Guidance 设备,是利用 GPS 来指导自动化农业设备、跟踪关键流程的生产力和覆盖范围,并大规模地提供数据来帮助提高农业流程的效率。直到最近,在智能农业中使用 GPS 都只是为行业提供辅助信息。但是,边缘处理和智能驾驶技术的最新发展让 GPS 数据成为了设备控制的额外资源。

内容要点

如今,智能农业中使用了各种各样的无线通信技术。Wi-Fi 等快速数据传输技术可以快速而近距离地为用户提供数据加载。LPWAN 为用户提供了远距离和低成本的灵活性,但限制了可传输数据的数量。GPS 和其他 GNSS 提供了一组有限但非常宝贵的数据点,这些数据点在全球范围内的用处几乎是无限的。

总之,可用于农业的各种各样的无线技术,无疑将一个历史悠久的庞大行业变成了一个以数据为中心的“智能”行业,这个行业还在不断地自我优化并大刀阔斧地拥抱新技术。

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