Ein eingehender Blick auf IoT in der Landwirtschaft und Lösungen für intelligente Landwirtschaft

Die Land- und Agrarindustrie setzt auf innovative Ideen und technologische Fortschritte, um Erträge zu steigern und Ressourcen besser zu verteilen. Das Ende des 19. und 20. Jahrhunderts brachte eine Reihe mechanischer Innovationen, wie Traktoren und Erntemaschinen. Heute ist das Internet der Dinge (IoT) eine treibende Kraft hinter der Steigerung der landwirtschaftlichen Produktion zu geringeren Kosten. , was Ingenieuren, die eine intelligente Landwirtschaftslösung oder einen IoT-Landwirtschaftssensor auf den Markt bringen möchten, die Tür weit offen lässt.

Zu den Internet-of-Things-Anwendungen in der Landwirtschaft gehören Asset-Tracking wie landwirtschaftliche Fahrzeuge, Viehüberwachung, Lagerüberwachung und vieles mehr. Zum Beispiel:

• Viehsensoren können Viehzüchter benachrichtigen, wenn Tiere aus der Herde ausgewandert sind, damit die Rancharbeiter sie zusammentreiben können.
• Bodensensoren können Landwirte auf unregelmäßige Bedingungen wie einen hohen Säuregehalt aufmerksam machen, sodass der Landwirt Zeit hat, das Problem zu lösen und bessere Ernten zu produzieren.
• Selbstfahrende Traktoren können ferngesteuert werden, was zu erheblichen Einsparungen bei den Arbeitskosten führt.

In den nächsten Jahren werden diese und andere Smart-Farming-Technologien zunehmend zum Einsatz kommen. Tatsächlich wird für die Installation von IoT-Geräten in der Landwirtschaft eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 20 Prozent prognostiziert. Laut einem Bericht von Machina Research vom Januar 2016 wird die Zahl der angeschlossenen landwirtschaftlichen Geräte von 13 Millionen Ende 2014 auf 225 Millionen bis 2024 ansteigen.

Sie suchen einen Überblick über die Implementierung der Technologie, die Sie für Ihre Smart Farming-Lösung benötigen?

Im Folgenden haben wir drei generische IoT-Anwendungsfälle in der Landwirtschaft und sieben bereits auf dem Markt befindliche IoT-Agraranwendungen skizziert, die es Landwirten und Viehzüchtern ermöglichen, aussagekräftige Daten zu sammeln. Darüber hinaus führen wir Sie durch fünf technische Fragen, die Sie berücksichtigen sollten, bevor Sie Ihre intelligente Landwirtschaftslösung fertigstellen.

IoT in der Landwirtschaft – Anwendungsfälle

Viehüberwachung

Dank der Viehüberwachung können Viehzüchter mit drahtlosen IoT-Anwendungen Daten zu Gesundheit, Wohlbefinden und Standort ihrer Rinder sammeln. Diese Informationen sparen ihnen auf zwei Arten Geld:

1. Es hilft, kranke Tiere zu identifizieren damit sie aus der Herde gezogen werden können, um die Ausbreitung von Krankheiten zu verhindern.
2. Es senkt die Arbeitskosten weil Viehzüchter erkennen können, wo sich ihr Vieh befindet.

Bei der Instrumentierung von Nutztieren mit Sensoren gibt es einige besondere Herausforderungen. Insbesondere ist es ziemlich schwierig, Rinder mit einem Halsband auszustatten. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, einen drahtlos nachgerüsteten Bolus im Magen der Kuh zu verwenden, der über Bluetooth mit einer Ohrmarke kommunizieren kann.

Eine weitere potenzielle Herausforderung für Viehzüchter bei der Implementierung einer IoT-Lösung ist die Auswahl einer drahtlosen Technologie mit genügend Batterieleistung, um die Lebensdauer des Tieres zu überdauern. Eine Rinderkuh lebt beispielsweise 15 Monate oder länger – und während einige Technologien, die ein Mesh-Netzwerk verwenden, diese Art von Batterielebensdauer wahrscheinlich nicht bewältigen werden, kann Symphony Link für diese Zeit ohne viel Infrastruktur auf der Ranch problemlos eine Verbindung zu verbinde alle Geräte.

Überwachung des Naturschutzes

Obwohl es nicht ausschließlich unter die Überschrift „Landwirtschaft“ fällt, ist die Überwachung gefährdeter Nashörner einer der interessanteren Anwendungsfälle für das IoT bei Tieren. Zu wissen, wo sich Nashörner in Großwildanlagen aufhalten, kann Naturschützern helfen, sie vor Wilderern zu schützen.

Wie man sich vorstellen kann, ist das Halsen eines Nashorns nicht einfach – und wir haben festgestellt, dass es nicht oft erfolgreich ist. Die Halsbänder werden bei Kämpfen abgerissen und es ist bekannt, dass sie bei den Nashörnern Verhaltensänderungen verursachen. Um diese Hindernisse zu überwinden, prüfen wir derzeit die Idee, Symphony Link-Geräte in das Horn eines Nashorns zu stecken.

Pflanzen- und Bodenüberwachung für Precision Farming

Die Überwachung von Pflanzen- und Bodenbedingungen ist ein einfacher Anwendungsfall – aber es kann zu einer fantastischen Kapitalrendite für Landwirte führen. Wir haben in diesem Bereich mehrere großartige Anwendungen für das IoT in der Landwirtschaft gesehen:

1. Sensor für Bodenfeuchtigkeit und Nährstoffe.
2. Kontrolle des Wasserverbrauchs für optimales Pflanzenwachstum.
3. Bestimmung von benutzerdefinierten Düngeprofilen basierend auf der Bodenchemie.
4. Bestimmung des optimalen Zeitpunkts zum Pflanzen und Ernten.
5. Wetterbedingungen melden.

Da sich die Sensoren in allen oben genannten Anwendungsfällen in Bodennähe befinden, kann die Verwendung eines Mesh-Netzwerks schwierig sein. Das Linkbudget reicht einfach nicht aus. Sterntopologien wie Symphony Link sind jedoch ideal geeignet, da ein Access Point mit einer Reihe von Sensoren in einer Entfernung von 20 bis 100 Quadratkilometern kommunizieren kann.

Während diese allgemeinen Fallstudien einen Einblick in den Nutzen des IoT in der Landwirtschaft für die Landwirte geben, ist es auch wichtig zu verstehen, welche IoT-Landwirtschaftsprojekte und -anwendungen bereits entwickelt wurden:

7 interessante IoT-Landwirtschaftsprojekte und -anwendungen

1. Das Bodenüberwachungssystem von Cropx

Cropx produziert Hardware- und Softwaresysteme, die Feuchtigkeit, Temperatur und elektrische Leitfähigkeit im Boden messen. Ihr System sagt den Landwirten, wann und wie viel sie bewässern müssen.

2. Die drahtlose Sensorüberwachung von TempuTech

TempuTech sah einen Bedarf an erhöhter Sicherheit in der landwirtschaftlichen Lagerung. Silos und Getreidesilos können gefährliche Orte sein, mit Förderbändern, die Feuer fangen können und Staubablagerungen, die explosiv sein können. Der Einsatz von Sensoren zur Verfolgung von Gefahren ist von großem Wert. Mit Equipment Insight von GE hat TempuTech eine Möglichkeit geschaffen, drahtlose Sensoren zu verbinden und Landwirten dabei zu helfen, die Daten aus ihren Silos und Getreidesilos zu verstehen. Mithilfe dieser Plattform können Hersteller grundlegende Leistungsnormen festlegen und Warn- und Alarmbedingungen in Bezug auf Temperatur, Vibration, Feuchtigkeit und andere Bedingungen festlegen.

3. Smart Equipment von CLAAS

CLAAS ist einer der weltweit führenden Hersteller von Landtechnikgeräten. Landwirte können CLAAS Geräte per Autopilot bedienen, sich beraten lassen, wie der Gutfluss verbessert und Kornverluste minimiert werden können oder die Geräteleistung automatisch optimieren. Das Unternehmen arbeitet mit 365FarmNet zusammen, einem Programm, das es Landwirten ermöglicht, ihren gesamten landwirtschaftlichen Betrieb auf einem Computer oder Mobilgerät zu verwalten. Das System sammelt Daten und nutzt sie sinnvoll durch Ackerkartierung, Düngungsplanung, Nährstoffbilanzierung sowie Kalender- und Planungsprogramme.

4. Drohnen-Datenplattform von PrecisionHawk

PrecisionHawk hat ein autonomes UAV entwickelt, das über eine Reihe von Sensoren hochwertige Daten sammelt, die für die Vermessung, Kartierung und Abbildung von landwirtschaftlichen Flächen verwendet werden. Es ist im Wesentlichen eine Drohne, die während des Fluges Beobachtungen und Überwachungen durchführt. Bevor die Drohne in die Luft geschickt wird, teilen die Landwirte ihr mit, welches Feld sie vermessen soll, und wählen eine Bodenauflösung oder Höhe aus. Jede Drohne kann mithilfe künstlicher Intelligenz Wetterbedingungen erkennen, sodass sie die beste Flugroute basierend auf Faktoren wie Windgeschwindigkeit oder Luftdruck wählt. Während des Fluges sammelt die Drohne visuelle, thermische und multispektrale Bilder; dann landet es an der gleichen Stelle, an der es gestartet wurde. (Das ist jetzt ein cooles und nützliches Internet-of-Things-Farming-Tool!)

5. Maislabyrinth von Precision Planting

Radar Family Farms begann in den 1990er Jahren als Kürbisfarm und bietet Besuchern heute jeden Herbst ein 10 Hektar großes Maislabyrinth. In den frühen Tagen schuf die Familie das Labyrinth, indem sie alle 10 Hektar Mais anpflanzte und dann eine Firma beauftragte, die Form des Labyrinths zu mähen. Das war Saatgutverschwendung – und Geldverschwendung. Durch den Einsatz der Precision Planting-Technologie können sie jetzt in Form der Karte pflanzen – etwas, das ihrer Meinung nach kein anderer Betrieb in den USA tut.

6. Das Libelium-Netzwerk von TeamDev für die Qualität der Tabakpflanzen

Tabak ist eine große Industrie in Italien und erfordert bestimmte Umwelt- und Klimaanforderungen für ein optimales Wachstum. Als Reaktion auf dieses Problem setzte ein italienisches Softwareunternehmen – TeamDev – die Waspmote Plug &Sense-Plattform von Libelium ein, um Daten zu Wetterbedingungen zu sammeln, die sich auf Tabakpflanzen auswirken können. Diese Technik kann von Tabakbauern verwendet werden, um ihre Ernten unter Bedingungen zu optimieren, die normalerweise nicht für das Tabakwachstum geeignet sind.

7. JMB Nordamerikas vernetzte Kühe

JMB North America hat eine IoT-Lösung auf den Markt gebracht, die Viehzüchtern hilft, trächtige Kühe zu überwachen, die sich auf die Geburt vorbereiten. Ein batteriebetriebener Sensor wird aus der Färse ausgestoßen, wenn ihr Wasser bricht, der eine Benachrichtigung an den Viehzüchter oder den Herdenmanager sendet. Der Sensor ermöglicht es Landwirten, sich in der Zeit, die sie mit trächtigen Färsen verbringen, besser zu konzentrieren.

5 technische Fragen, die Sie vor der Entwicklung Ihrer Smart Farming-Lösung berücksichtigen sollten

Wie in den obigen Beispielen gezeigt, gibt es eine Vielzahl von Anwendungsfällen für die IoT-Landwirtschaft, um eine Reihe von Fragen der Landwirtschaft und Viehzucht abzudecken. Wenn Sie eine intelligente Landwirtschaftslösung entwickeln, müssen Sie bei der Entwicklung Ihres Produkts bestimmte Schwerpunkte berücksichtigen.

1. Was wird Ihre Anwendung überwachen?

Landwirte, Landwirte und industrielle Lebensmittelhersteller suchen gleichermaßen nach IoT-Lösungen, um Effizienz und Erträge zu steigern und Verluste und Diebstahl zu reduzieren. Mit anderen Worten, sie wollen Ressourcen optimieren und Kosten senken. Was auch immer der Endbenutzer überwacht, sollte beim Entwerfen der Anwendung im Vordergrund stehen.

Ein Maisbauer kann beispielsweise hauptsächlich mit dem Wasserverbrauch beschäftigt sein. Er möchte nicht zu viel Wasser verbrauchen, aber er muss auch sicher sein, dass genug Wasser dort ankommt, wo es gebraucht wird. Auf der anderen Seite kann die Echtzeitüberwachung einem Viehzüchter helfen, eine kranke Kuh in der Herde zu lokalisieren, bevor sie den Rest der Tiere kontaminiert. Dadurch werden Viehverluste drastisch reduziert und die Kosten für den Kauf von Antibiotika, die zur Behandlung einer großen Gruppe benötigt werden, gesenkt.

2. Wie viel Funkreichweite ist notwendig?

Die Entfernung, die die Daten zurücklegen müssen, hat einen großen Einfluss darauf, welche Art von Technologie verwendet werden sollte. Wenn Sie etwas in 10 Meter Entfernung messen, würden Sie nicht dieselbe Technologie verwenden, die Sie für etwas in 1.500 Meter Entfernung verwenden würden.

Für kurze Distanzen können Sie Radio Frequency Identification (RFID) oder Near Field Communication (NFC) verwenden, die bei Mobiltelefonen üblich ist. NFC oder RFID können verwendet werden, wenn Sie einen Futterbeutel kennzeichnen und wissen müssen, wie viele Pfund Sojabohnen sich in jedem Beutel befinden.

Wenn Sie Daten an ein Objekt senden, das 10 Meter oder näher ist, können Bluetooth oder Bluetooth Low Energy (BLE) eine gute Option sein. Ein gutes Beispiel dafür wäre die Entwicklung einer Bluetooth-Ohrmarke für Schweine, die in einem kleinen Gebiet leben, die einem Endbenutzer das Alter der Schweine und wichtige Informationen über sie mitteilen würde.

Wenn Ihre Anwendung Daten über Hunderte oder sogar Tausende von Metern senden muss, sollten Sie nach LPWAN-Optionen (Wide Area Network) mit geringem Stromverbrauch suchen. Einige Beispiele sind Symphony Link oder andere Sub-GHz-Technologien. Eine Anwendung über diese Art von Netzwerk könnte verwendet werden, um die Bodenfeuchtigkeit auf Feldern zu messen oder Vieh beim Grasen zu finden und zu verfolgen. Diese Art der Anwendung ist auch ideal für die Überwachung von Fischfarmen, die große, eingezäunte Aquakulturflächen haben und schwer zugänglich sind.

3. Woher kommt die Stromquelle?

Es besteht ein sehr enger Zusammenhang zwischen Akkulaufzeit und Reichweite. Ein sehr weit entfernter Sensor benötigt mehr Energie, um Informationen von einem Punkt zum anderen zu bekommen. Um dies zu umgehen, entwickeln Entwickler von IoT-Produkten häufig Anwendungen, die viel weniger Daten senden (oder weniger häufig senden), um Kosten und Strom zu sparen.

Sie müssen also bestimmen, woher Ihre Sensoranwendung Strom bezieht. Da sich die meisten IoT-Landwirtschaften in der Regel außerhalb oder über ein großes Gebiet verteilt befinden, müssen Sie eine Anwendung mit geringem Stromverbrauch in Betracht ziehen. Andernfalls werden der Service und die Wartung vieler entfernter Sensoren für den Endbenutzer überwältigend.

4. Wie oft muss der Endbenutzer Daten sammeln?

Sie denken vielleicht, je mehr Datenpakete ein Sensor senden kann, desto besser, aber das ist nicht unbedingt der Fall. Wie viele Datenpakete erforderlich sind, hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Endbenutzeranwendung und der lokalen Umgebung.

Wenn ein Landwirt beispielsweise einen Feuchtigkeitssensor in einem weit entfernten Kartoffelfeld hat, muss er wahrscheinlich nicht alle zwei Sekunden Informationen sammeln. Ein- oder zweimal am Tag ist wahrscheinlich ausreichend, was bedeutet, dass die Akkulaufzeit viel länger ist.

Auf der anderen Seite könnte eine Anwendung, die zum Senden von GPS-Koordinaten und anderen von einem Traktor gesammelten Informationen verwendet wird, problemlos nahezu konstante Datenpakete an das Gateway zurücksenden. Schließlich bietet ein Traktor eine perfekte (und nahezu unbegrenzte) Stromquelle, damit große Datenmengen oder Videostreams gesendet werden können, ohne das Netzwerk zu verstopfen. Sie können sehen, wie sich dies stark von unserem Beispiel für einen Feuchtigkeitssensor unterscheidet, der keine konstante Stromquelle hat.

Ein weiteres Beispiel ist ein Vergleich von Tanknivellierung und Bewässerung. Viele Betriebe haben große Tanks, die Düngemittel, Kraftstoff oder Viehfutter aufnehmen. Die Überwachung der Füllstände dieser Tanks mehr als einmal am Tag ist wahrscheinlich unnötig. Andererseits können bei eingeschalteter Bewässerung kontinuierliche Updates sicherstellen, dass die richtigen Wassermengen freigesetzt werden und kein Leck vorhanden ist.

All dies zu sagen:Bevor Sie eine M2M-Landwirtschaftsanwendung erstellen, sollten Sie sich überlegen, wie viele Daten zu viel sind.

5. Welche Art von Sensoren sind erforderlich und wie werden sie angeschlossen?

Jede drahtlose Sensortechnologie ist anders, daher sollten Sie sich überlegen, welche Sie verwenden und wie Sie mit ihnen kommunizieren, bevor Sie beginnen. Einige Sensoren – wie Feuchtigkeitssensoren – sind eingebettet und erfordern Mikrocontroller als Schnittstelle. Die Entwicklung des Sensors und seine Bewitterung ist eine technische Herausforderung, die es zu meistern gilt.

Die Positionierung des Sensors für einen optimalen Kommunikationsweg ist eine weitere technische Herausforderung. Wenn Sensoren in einer Orangenplantage platziert werden, können die Bäume stören, wenn die Antennen nicht richtig montiert sind. Dies ist natürlich keine so große Herausforderung, wenn eine Antenne in einem Erdbeerfeld montiert wird.

Denken Sie abschließend daran:Die Technologie, die Sie in Ihre IoT-Landwirtschaftsanwendung einarbeiten, sollte kein Hindernis für das sein, was der Endbenutzer zu messen versucht. Stellen Sie also sicher, dass Sie verstehen, was Ihr Endbenutzer messen muss, und wählen Sie dann eine solide Technologie aus, um diese Informationen zu erhalten.

Lasst uns Ihre IoT-Landwirtschaftsanwendung auf den Markt bringen.

Da sie nicht auf WLAN- oder 3G-Verbindungen von Drittanbietern angewiesen sind, bieten LPWA-Konnektivitätsoptionen (Low Power Wide Area) wie Symphony Link eine höhere Netzwerkzuverlässigkeit und Skalierbarkeit selbst in einem großen landwirtschaftlichen Unternehmen. Laden Sie die unten stehende Broschüre herunter, um mehr darüber zu erfahren, wie Symphony Link Sie bei der Verbindung Ihrer IoT-Landwirtschaftsanwendung unterstützen kann. Wenn du Fragen hast, lass uns reden.