Semtech的LoRa技術(shù)將徹底變革智慧農(nóng)業(yè)

　　摘要

　　在過去的一個(gè)世紀(jì)里，我們目睹了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的非凡變化，大部分由家庭所擁有的微型農(nóng)場(chǎng)已經(jīng)被大規(guī)模的大型農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)所取代，同時(shí)對(duì)食物的需求也在穩(wěn)步上升。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(UN Food and Agriculture Organization)的預(yù)測(cè)：到2050年，全球需要比2006年多生產(chǎn)70%的食物才能供養(yǎng)全世界日益增長(zhǎng)的人口。隨著生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)需求的持續(xù)增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)企業(yè)正在轉(zhuǎn)向物聯(lián)網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)分析技術(shù)和更強(qiáng)的生產(chǎn)能力。農(nóng)民和牧場(chǎng)主不能再依靠視覺線索或其它被動(dòng)的和基于歷史的指標(biāo)來管理他們的生意。他們必須要?jiǎng)?chuàng)造更高效的運(yùn)營(yíng)方案，來在現(xiàn)場(chǎng)有規(guī)律地搜集信息、快速合成數(shù)據(jù)并做出明智的商業(yè)選擇，以從精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控中獲得益處。

　　物聯(lián)網(wǎng)必定將把農(nóng)業(yè)企業(yè)的未來推向一個(gè)新的高度。在一些國(guó)家，智慧農(nóng)業(yè)正變得越來越普及，但為了加速物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全球部署，農(nóng)民們和牧場(chǎng)主們需要低成本、低功耗的傳感器。Semtech的LoRa®器件和無線RF技術(shù)(LoRa技術(shù))以及LoRaWANTM開放協(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?yàn)榄h(huán)境不會(huì)發(fā)生劇烈的變化。此外，因?yàn)樵S多農(nóng)場(chǎng)和牧場(chǎng)都在農(nóng)村地區(qū)，無法獲得蜂窩網(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(yīng)用安裝網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

　　通過使用LoRa技術(shù)和LoRaWAN開放協(xié)議，農(nóng)業(yè)企業(yè)可對(duì)其生意的方方面面進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)控、管理和分析，從而改善其整體運(yùn)營(yíng)和投資回報(bào)率(ROI)。從跟蹤牲口的健康，到監(jiān)控懷孕的母牛，再到增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，LoRa技術(shù)為智慧農(nóng)業(yè)的未來提供了一個(gè)穩(wěn)固的平臺(tái)，因?yàn)樗苋菀兹ゲ渴?，且可幫助農(nóng)民們和牧場(chǎng)主們發(fā)展其生意。

　　智慧農(nóng)業(yè)中的趨勢(shì)

　　假如只有一半的田地需要更多的肥料和沒有得到足夠的水份，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(yīng)該被隔離以阻止疾病的擴(kuò)散，該怎么辦?假如你需要監(jiān)控一頭正在排卵的母牛以確保在整個(gè)繁殖過程中牛媽媽都保持健康，該怎么辦?

　　農(nóng)業(yè)生意的競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)一直驅(qū)動(dòng)著農(nóng)民們?nèi)ふ乙环N技術(shù)優(yōu)勢(shì)。無論是使用由GPS驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)，還是采用雙季大豆種植來增加產(chǎn)量，農(nóng)民們總是在密切關(guān)注新一代創(chuàng)新性的農(nóng)業(yè)技術(shù)。農(nóng)業(yè)的未來是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)傳感設(shè)備和長(zhǎng)期數(shù)據(jù)分析這三者之一。

　　支持LoRa的設(shè)備可處理智慧農(nóng)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(jiān)控土壤濕度。與其它農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間和更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。

　　Quantified Ag是牲畜健康管理標(biāo)簽和軟件的開發(fā)商，使用LoRa技術(shù)在不同階段遠(yuǎn)程跟蹤并監(jiān)控病牛和孕牛。而WaterBit可為農(nóng)民們提供實(shí)時(shí)和低成本傳感系統(tǒng)來改善農(nóng)作物質(zhì)量和產(chǎn)量，該公司使用了基于LoRa的器件來密切監(jiān)控大型農(nóng)業(yè)企業(yè)農(nóng)場(chǎng)中的土壤濕度。

　　LoRa技術(shù)簡(jiǎn)化并改善了每種智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用的日常運(yùn)行。該技術(shù)對(duì)于農(nóng)業(yè)企業(yè)已變得極具價(jià)值，因?yàn)樗麄兡軌蜻m應(yīng)農(nóng)業(yè)這一產(chǎn)業(yè)不斷變化的需求。

　　“在牲畜飼養(yǎng)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(biāo)簽來實(shí)現(xiàn)充電的目標(biāo)，因此當(dāng)它們?cè)谀翀?chǎng)中漫游活動(dòng)時(shí)，電池續(xù)航時(shí)間必須持續(xù)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(xù)航時(shí)間已超過一年，并幫助監(jiān)控病?；蛟信?。”Quantified Ag首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Vishal Singh說道。

　　牲畜跟蹤

　　監(jiān)控一群牛是一份全天候的工作，因?yàn)樯箫曫B(yǎng)場(chǎng)每年因病牛感染可能損失數(shù)十億美元。所以，在牧場(chǎng)主們持續(xù)關(guān)注其財(cái)務(wù)增長(zhǎng)的同時(shí)，需要一種技術(shù)來增強(qiáng)并簡(jiǎn)化其運(yùn)營(yíng)。

　　位于美國(guó)內(nèi)布拉斯加州林肯市(Lincoln, Nebraska)的Quantified Ag公司已經(jīng)開發(fā)出了一種集成了LoRa技術(shù)的牛用電子標(biāo)簽，它可測(cè)量牛的體溫、頭部運(yùn)動(dòng)和整體移動(dòng)。所有的數(shù)據(jù)都被收集到一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器中來尋找“異常值”，比如一只奶牛的數(shù)據(jù)顯示其移動(dòng)量減少并出現(xiàn)體溫降低，該數(shù)據(jù)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(jī)App，它會(huì)將潛在的健康問題通知農(nóng)場(chǎng)主。因此他們就可檢查這頭牛，然后就可以與獸醫(yī)開遠(yuǎn)程視頻會(huì)議，獸醫(yī)能夠檢查動(dòng)物生命特征并收集生物數(shù)據(jù)。這就允許農(nóng)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)牛群中傳播開來。

　　現(xiàn)在有許多專為牲畜管理應(yīng)用而設(shè)計(jì)的基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備即將進(jìn)入市場(chǎng)。另一款當(dāng)前正在測(cè)試和設(shè)計(jì)的設(shè)備可以喂給奶牛，并可用于動(dòng)物體內(nèi)監(jiān)測(cè)。這款基于LoRa的傳感器可監(jiān)測(cè)體溫，還能將這頭母牛正在排卵這個(gè)信號(hào)發(fā)送給人工授精獸醫(yī)。這種方法通過讓農(nóng)場(chǎng)主準(zhǔn)確地知道每頭潛在的牛媽媽身體內(nèi)正在發(fā)生的情況，從而節(jié)省了工作時(shí)間并減少猜測(cè)。

　　基于LoRa的牛跟蹤系統(tǒng)

　　將農(nóng)作物產(chǎn)量最大化

　　當(dāng)今的農(nóng)民們非?？释軌虻玫绞顾麄兡軌?qū)喔群褪┓首龀鰷?zhǔn)確決定的數(shù)據(jù)，從而使他們能夠優(yōu)化其作物的產(chǎn)量。當(dāng)其它東西都保持不變時(shí)，水分和土壤是提升農(nóng)作物產(chǎn)量的主要因素。一旦一位農(nóng)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(nèi)將農(nóng)作物的產(chǎn)量最大化。

　　位于美國(guó)硅谷、由國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)資助的WaterBit有限公司(WaterBit, Inc.)為農(nóng)民提供高度精細(xì)化的、實(shí)時(shí)的、低成本的感測(cè)系統(tǒng)，通過資源的最佳化使用來提高農(nóng)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開放協(xié)議來將設(shè)備連接至網(wǎng)關(guān)。為了滿足灌溉和施肥的基本需要，WaterBit系統(tǒng)為終端節(jié)點(diǎn)提供雙向的通信，支持他們讀取傳感器數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)控制功能。這些傳感器可探測(cè)水位、土壤的鐵含量和含鹽量。作為測(cè)量的結(jié)果，農(nóng)民們可通過知道內(nèi)涵豐富的數(shù)據(jù)來優(yōu)化其運(yùn)營(yíng)，以更好地管理他們的農(nóng)作物并確保農(nóng)作物產(chǎn)量最高。

　　WaterBit基于LoRa的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被安裝在加利福尼亞州中央谷地(California’s Central Valley)的許多不同類型的農(nóng)作物田地中，包括玉米、棉花、草莓、杏仁和葡萄樹等品種，支持24/7全天運(yùn)營(yíng)。這些傳感器都是專為超低功耗而設(shè)計(jì)，將節(jié)點(diǎn)部署到距離網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)達(dá)3英里的茂密樹林中時(shí)，每天僅消耗13焦耳的能量。這種超低功耗的設(shè)計(jì)方案也消除了電池更換的問題，帶來一種零維護(hù)的產(chǎn)品;該產(chǎn)品可在幾分鐘內(nèi)成功安裝，造就了一個(gè)正在引起客戶巨大興趣的無與倫比的成就。

　　“通過使用LoRa技術(shù)，我們的客戶們正在以更高的精細(xì)度對(duì)土壤里的水分進(jìn)行管理，而對(duì)于葡萄作物，農(nóng)民們可提高20%和30%的產(chǎn)量。”WaterBit, Inc.創(chuàng)始人Manu Pillai說道。

　　基于LoRa的精密農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)

　　用于智慧農(nóng)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(yùn)行在無需授權(quán)的ISM頻帶，這就意味著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(fèi)用)。

　　 開放標(biāo)準(zhǔn)：LoRaWAN開放規(guī)范由LoRa聯(lián)盟提供支持和維護(hù)，可支持無縫的連接及便捷的擴(kuò)展性。

　　 現(xiàn)已可用：現(xiàn)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(qiáng)大可靠的信號(hào)傳輸能夠覆蓋到廣泛的范圍，甚至在農(nóng)村地區(qū)也一樣。

　　 日益擴(kuò)大的生態(tài)系統(tǒng)：快速發(fā)展的LoRa聯(lián)盟目前擁有超過500家成員公司，他們正在使用LoRaWAN開放規(guī)范創(chuàng)建各種解決方案。LoRa聯(lián)盟包括重要的行業(yè)成員和許多其它類型的初創(chuàng)公司和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商。當(dāng)他們結(jié)合在一起時(shí)，該生態(tài)系統(tǒng)提供了從通信芯片到網(wǎng)絡(luò)，再到基于服務(wù)器的應(yīng)用平臺(tái)等多個(gè)供應(yīng)源。LoRa聯(lián)盟為了支持互操作性，也對(duì)傳感器和其它器件進(jìn)行認(rèn)證。

　　 安全：內(nèi)建AES-128加密技術(shù)，支持在農(nóng)村地區(qū)實(shí)現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)傳輸。

　　總結(jié)

　　智慧農(nóng)業(yè)的未來是通過收集和分析數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)最高效率。為了在農(nóng)業(yè)企業(yè)中迅速普及，該解決方案必須提供遠(yuǎn)距離、低功耗、易于部署和低成本等特性。通過使用LoRa技術(shù)和LoRaWAN開放協(xié)議，農(nóng)民和牧場(chǎng)主能夠?qū)⑵湫首畲蠡迅嗟淖⒁饬Ψ旁谄錁I(yè)務(wù)的增長(zhǎng)和盈利能力上。

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　　作者：Semtech公司產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Vivek Mohan