Semtech的LoRa技術(shù)將徹底變革智慧農業(yè)

　　摘要

　　在過(guò)去的一個(gè)世紀里，我們目睹了農業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的非凡變化，大部分由家庭所擁有的微型農場(chǎng)已經(jīng)被大規模的大型農場(chǎng)經(jīng)營(yíng)所取代，同時(shí)對食物的需求也在穩步上升。根據聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織(UN Food and Agriculture Organization)的預測：到2050年，全球需要比2006年多生產(chǎn)70%的食物才能供養全世界日益增長(cháng)的人口。隨著(zhù)生產(chǎn)和運營(yíng)需求的持續增長(cháng)，農業(yè)企業(yè)正在轉向物聯(lián)網(wǎng)以實(shí)現分析技術(shù)和更強的生產(chǎn)能力。農民和牧場(chǎng)主不能再依靠視覺(jué)線(xiàn)索或其它被動(dòng)的和基于歷史的指標來(lái)管理他們的生意。他們必須要創(chuàng )造更高效的運營(yíng)方案，來(lái)在現場(chǎng)有規律地搜集信息、快速合成數據并做出明智的商業(yè)選擇，以從精準農業(yè)和畜牧業(yè)實(shí)時(shí)監控中獲得益處。

　　物聯(lián)網(wǎng)必定將把農業(yè)企業(yè)的未來(lái)推向一個(gè)新的高度。在一些國家，智慧農業(yè)正變得越來(lái)越普及，但為了加速物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全球部署，農民們和牧場(chǎng)主們需要低成本、低功耗的傳感器。Semtech的LoRa®器件和無(wú)線(xiàn)RF技術(shù)(LoRa技術(shù))以及LoRaWANTM開(kāi)放協(xié)議是傳感器的理想選擇;這些傳感器僅需要每小時(shí)更新幾次信息，因為環(huán)境不會(huì )發(fā)生劇烈的變化。此外，因為許多農場(chǎng)和牧場(chǎng)都在農村地區，無(wú)法獲得蜂窩網(wǎng)絡(luò )或許可頻段的覆蓋，他們需要一種簡(jiǎn)單的方式為其物聯(lián)網(wǎng)應用安裝網(wǎng)絡(luò )基礎設施。

　　通過(guò)使用LoRa技術(shù)和LoRaWAN開(kāi)放協(xié)議，農業(yè)企業(yè)可對其生意的方方面面進(jìn)行數字化監控、管理和分析，從而改善其整體運營(yíng)和投資回報率(ROI)。從跟蹤牲口的健康，到監控懷孕的母牛，再到增加農作物的產(chǎn)量，LoRa技術(shù)為智慧農業(yè)的未來(lái)提供了一個(gè)穩固的平臺，因為它很容易去部署，且可幫助農民們和牧場(chǎng)主們發(fā)展其生意。

　　智慧農業(yè)中的趨勢

　　假如只有一半的田地需要更多的肥料和沒(méi)有得到足夠的水份，該怎么辦?假如一百頭牛中有一頭生病了，你需要知道是哪一頭牛應該被隔離以阻止疾病的擴散，該怎么辦?假如你需要監控一頭正在排卵的母牛以確保在整個(gè)繁殖過(guò)程中牛媽媽都保持健康，該怎么辦?

　　農業(yè)生意的競爭狀態(tài)一直驅動(dòng)著(zhù)農民們去尋找一種技術(shù)優(yōu)勢。無(wú)論是使用由GPS驅動(dòng)的自動(dòng)駕駛拖拉機，還是采用雙季大豆種植來(lái)增加產(chǎn)量，農民們總是在密切關(guān)注新一代創(chuàng )新性的農業(yè)技術(shù)。農業(yè)的未來(lái)是實(shí)時(shí)數據監控、現場(chǎng)內傳感設備和長(cháng)期數據分析這三者之一。

　　支持LoRa的設備可處理智慧農業(yè)中發(fā)生的眾多情況，從跟蹤漫游在巨大牧場(chǎng)中的牛群到監控土壤濕度。與其它農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備相比，基于LoRa的技術(shù)在一個(gè)可承受的價(jià)格點(diǎn)上，提供了更長(cháng)的電池續航時(shí)間和更遠距離的數據傳輸。

　　Quantified Ag是牲畜健康管理標簽和軟件的開(kāi)發(fā)商，使用LoRa技術(shù)在不同階段遠程跟蹤并監控病牛和孕牛。而WaterBit可為農民們提供實(shí)時(shí)和低成本傳感系統來(lái)改善農作物質(zhì)量和產(chǎn)量，該公司使用了基于LoRa的器件來(lái)密切監控大型農業(yè)企業(yè)農場(chǎng)中的土壤濕度。

　　LoRa技術(shù)簡(jiǎn)化并改善了每種智慧農業(yè)應用的日常運行。該技術(shù)對于農業(yè)企業(yè)已變得極具價(jià)值，因為他們能夠適應農業(yè)這一產(chǎn)業(yè)不斷變化的需求。

　　“在牲畜飼養場(chǎng)，功耗真的是非常重要。牲畜們不太情愿從其耳朵上拿掉其電子標簽來(lái)實(shí)現充電的目標，因此當它們在牧場(chǎng)中漫游活動(dòng)時(shí)，電池續航時(shí)間必須持續至少8個(gè)月。憑借LoRa技術(shù)的低功耗特性，我們已看到耳簽的續航時(shí)間已超過(guò)一年，并幫助監控病?；蛟信?。”Quantified Ag首席執行官兼創(chuàng )始人Vishal Singh說(shuō)道。

　　牲畜跟蹤

　　監控一群牛是一份全天候的工作，因為牲畜飼養場(chǎng)每年因病牛感染可能損失數十億美元。所以，在牧場(chǎng)主們持續關(guān)注其財務(wù)增長(cháng)的同時(shí)，需要一種技術(shù)來(lái)增強并簡(jiǎn)化其運營(yíng)。

　　位于美國內布拉斯加州林肯市(Lincoln, Nebraska)的Quantified Ag公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種集成了LoRa技術(shù)的牛用電子標簽，它可測量牛的體溫、頭部運動(dòng)和整體移動(dòng)。所有的數據都被收集到一個(gè)應用服務(wù)器中來(lái)尋找“異常值”，比如一只奶牛的數據顯示其移動(dòng)量減少并出現體溫降低，該數據成為了疾病的指示信息。Quantified Ag的解決方案提供了一個(gè)手機App，它會(huì )將潛在的健康問(wèn)題通知農場(chǎng)主。因此他們就可檢查這頭牛，然后就可以與獸醫開(kāi)遠程視頻會(huì )議，獸醫能夠檢查動(dòng)物生命特征并收集生物數據。這就允許農場(chǎng)主能快速為他們的牲畜及時(shí)給予關(guān)注，以盡力阻止疾病在整個(gè)牛群中傳播開(kāi)來(lái)。

　　現在有許多專(zhuān)為牲畜管理應用而設計的基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)設備即將進(jìn)入市場(chǎng)。另一款當前正在測試和設計的設備可以喂給奶牛，并可用于動(dòng)物體內監測。這款基于LoRa的傳感器可監測體溫，還能將這頭母牛正在排卵這個(gè)信號發(fā)送給人工授精獸醫。這種方法通過(guò)讓農場(chǎng)主準確地知道每頭潛在的牛媽媽身體內正在發(fā)生的情況，從而節省了工作時(shí)間并減少猜測。

　　基于LoRa的牛跟蹤系統

　　將農作物產(chǎn)量最大化

　　當今的農民們非?？释軌虻玫绞顾麄兡軌驅喔群褪┓首龀鰷蚀_決定的數據，從而使他們能夠優(yōu)化其作物的產(chǎn)量。當其它東西都保持不變時(shí)，水分和土壤是提升農作物產(chǎn)量的主要因素。一旦一位農民能夠控制水分和土壤，他或她就可在天氣和作物的限制范圍內將農作物的產(chǎn)量最大化。

　　位于美國硅谷、由國家科學(xué)基金會(huì )(NSF)資助的WaterBit有限公司(WaterBit, Inc.)為農民提供高度精細化的、實(shí)時(shí)的、低成本的感測系統，通過(guò)資源的最佳化使用來(lái)提高農作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。

　　該公司的灌溉傳感器使用LoRa技術(shù)和LoRaWAN開(kāi)放協(xié)議來(lái)將設備連接至網(wǎng)關(guān)。為了滿(mǎn)足灌溉和施肥的基本需要，WaterBit系統為終端節點(diǎn)提供雙向的通信，支持他們讀取傳感器數據并實(shí)現控制功能。這些傳感器可探測水位、土壤的鐵含量和含鹽量。作為測量的結果，農民們可通過(guò)知道內涵豐富的數據來(lái)優(yōu)化其運營(yíng)，以更好地管理他們的農作物并確保農作物產(chǎn)量最高。

　　WaterBit基于LoRa的節點(diǎn)已經(jīng)被安裝在加利福尼亞州中央谷地(California’s Central Valley)的許多不同類(lèi)型的農作物田地中，包括玉米、棉花、草莓、杏仁和葡萄樹(shù)等品種，支持24/7全天運營(yíng)。這些傳感器都是專(zhuān)為超低功耗而設計，將節點(diǎn)部署到距離網(wǎng)關(guān)遠達3英里的茂密樹(shù)林中時(shí)，每天僅消耗13焦耳的能量。這種超低功耗的設計方案也消除了電池更換的問(wèn)題，帶來(lái)一種零維護的產(chǎn)品;該產(chǎn)品可在幾分鐘內成功安裝，造就了一個(gè)正在引起客戶(hù)巨大興趣的無(wú)與倫比的成就。

　　“通過(guò)使用LoRa技術(shù)，我們的客戶(hù)們正在以更高的精細度對土壤里的水分進(jìn)行管理，而對于葡萄作物，農民們可提高20%和30%的產(chǎn)量。”WaterBit, Inc.創(chuàng )始人Manu Pillai說(shuō)道。

　　基于LoRa的精密農場(chǎng)系統

　　用于智慧農業(yè)的LoRa技術(shù)具有以下關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)：

　　 定位：LoRa技術(shù)使用一種無(wú)需GPS的定位技術(shù)，因而不需要額外的功耗。

　　 低連接成本：LoRa技術(shù)運行在無(wú)需授權的ISM頻帶，這就意味著(zhù)頻譜成本為零或非常低(如果使用外部的服務(wù)提供商，可能需要很低的連接費用)。

　　 開(kāi)放標準：LoRaWAN開(kāi)放規范由LoRa聯(lián)盟提供支持和維護，可支持無(wú)縫的連接及便捷的擴展性。

　　 現已可用：現在已經(jīng)可以用于公共和私有網(wǎng)絡(luò )的實(shí)施與廣泛部署。

　　 利用已部署的資產(chǎn)：LoRa技術(shù)強大可靠的信號傳輸能夠覆蓋到廣泛的范圍，甚至在農村地區也一樣。

　　 日益擴大的生態(tài)系統：快速發(fā)展的LoRa聯(lián)盟目前擁有超過(guò)500家成員公司，他們正在使用LoRaWAN開(kāi)放規范創(chuàng )建各種解決方案。LoRa聯(lián)盟包括重要的行業(yè)成員和許多其它類(lèi)型的初創(chuàng )公司和網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商。當他們結合在一起時(shí)，該生態(tài)系統提供了從通信芯片到網(wǎng)絡(luò )，再到基于服務(wù)器的應用平臺等多個(gè)供應源。LoRa聯(lián)盟為了支持互操作性，也對傳感器和其它器件進(jìn)行認證。

　　 安全：內建AES-128加密技術(shù)，支持在農村地區實(shí)現安全的數據傳輸。

　　總結

　　智慧農業(yè)的未來(lái)是通過(guò)收集和分析數據以實(shí)現最高效率。為了在農業(yè)企業(yè)中迅速普及，該解決方案必須提供遠距離、低功耗、易于部署和低成本等特性。通過(guò)使用LoRa技術(shù)和LoRaWAN開(kāi)放協(xié)議，農民和牧場(chǎng)主能夠將其效率最大化，并把更多的注意力放在其業(yè)務(wù)的增長(cháng)和盈利能力上。

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　　作者：Semtech公司產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監Vivek Mohan