一万二千多年来,农业标志着人类不必单靠狩猎和采集野果来取得食物,一直是人类历史的重要一环。从狩猎和采集转向农业的确切原因仍然不明,有可能是人们需要一种更高效率的获取食物方式。
如今,农户仍然需要提高效率,同时还要应对人口暴增和气候变化带来的挑战。今天,地球上大约有10亿人口无法获得足够食物,因此,即使不考虑未来的人口增长和气候变化的影响,人们亦需要提高效率和产量。事实上,气候条件在不断变化,传统农业无法轻松应对。
此外,近年来消费者的期望也发生了显着的变化,许多人愿意购买通过道德和可持续种植方式生产的食物。这往往要求农户优化资源利用,减少浪费。简而言之,人们越来越期望农民能够花费更少资源来获得更多收成。
农业领域的最新进展是 “精准农业”,利用无线连接、自主机器、无人机和数据分析来详细了解农作物和牲畜的情况,藉此提高资源效率,优化生长条件以实现产量最大化,并减少对人工干预的需求,从而节省时间和金钱。此外,精准农业还有助于及早解决问题,例如,通过使用传感器检测泄漏,防止灌溉管道破裂造成流水泛滥,避免泄漏升级。
资产监控对于农场也至关重要,因为拖拉机、收割机和灌溉系统价格昂贵,对于农业运营至关重要,但在广大的农地上,这些设备资产很容易放错位置、存放不当或损坏。利用技术跟踪这些贵重资产,可以帮助农户避免损失。
不仅传统农场可以从这种方法中受益。垂直农场(在完全封闭和受控的环境中将一排排植物堆放在架子上种植)也可以有效利用这些技术。在这些农场中,LED灯取代了太阳光,使用闭环循环水系统,而且没有害虫,因此不必使用杀虫剂。根据《Science Focus》杂志报道,在相等面积的土地上,垂直耕作的产量可以高达传统方法的十倍。
垂直耕作(又称可控环境农业(CEA))的另一个优势,是能够在需要食物的地方种植,从而降低运输成本并且减少食物变质。
然而,智能农业的实施也面临着一些挑战,其中一个主要问题是一般农场面积辽阔,难以传输数据。虽然低功耗蓝牙和网状网络可以帮助缩短一些传输距离,但这些网络能够可靠达到的范围始终是有限的。
蜂窝物联网是蓝牙网络的替代技术,也可以与蓝牙网络有效结合使用。Nordic公司的nRF9151系统级封装(SiP)等产品采用了LTE-M/NB-IoT调制解调器,传输距离长达数公里,是智能农业应用的理想之选。蜂窝物联网设备可将光照、温度、湿度和土壤湿度等汇总数据直接传输到云端进行分析,无需昂贵而复杂的网关。nRF9151还具有增强的GNSS支持功能,有助于在农场上远距离跟踪关键设备资产。
nRF9151 SiP还内置了DECT NR+支持,这是一种非蜂窝无线电标准,最近获得国际电信联盟(ITU)列为5G标准的一部分,在专用的、免许可证的 1.9 GHz DECT频段上运行。这项标准尤其有益,因为它允许通过私人服务提供商创建专用网络,从而降低了部署成本,免除了数据费用。另外,由于DECT NR+比较容易设置和运行,农户可以自行设置网络,无需第三方支持。
对于需要监控广大农地的农户来说,该标准具有很强的可扩展性,可以支持一平方公里范围内的100到100万个节点,节点之间的距离最远可达三公里。
为了加强相关传感器的数据收集,nRF9151与Nordic的Cloud服务(称为 nRF Cloud)相集成。例如,nRF Cloud可提供入网、配置、监控和固件无线更新 (FOTA) 等工具。Cloud服务可在物联网设备群的整个生命周期内提供支持,确保实现设备的最大利用率。
电池寿命对于大多数户外应用来说至关重要,因为这些应用通常难以接驳市电。然而,当无线传感器部署在广阔的区域内时,更换电池就成为一项重要操作,电池的重要性变得更加突出。LTE-M和NB-IoT具有低功耗特性,因而成为长距离、长时间运行之设备(如智能农业中的传感器)的理想选择。
nRF9151 SiP从设计之初就最大限度地降低了功耗,延长了电池寿命,充分利用了与蜂窝物联网技术相关的低能耗可能性,例如省电模式(PSM)和eDRX。
此外,与nRF9161 SiP相比,nRF9151的尺寸缩小了20%,非常适合空间有限的传感器或资产监控应用。
低功耗5G服务(如 nRF9151 SiP 支持的服务)有助于实现实时数据收集和分析,从而对农作物和牲畜进行更精确的监控和管理。这将带来更明智的决策、更高的资源效率和更好的整体农场管理。