Een diepgaande kijk op IoT in landbouw- en slimme landbouwoplossingen

De landbouw- en landbouwindustrie vertrouwt op innovatieve ideeën en technologische vooruitgang om de opbrengsten te verhogen en middelen beter toe te wijzen. Het einde van de 19e eeuw en de 20e eeuw brachten een aantal mechanische innovaties met zich mee, zoals tractoren en oogstmachines. Vandaag de dag is het Internet of Things (IoT) een drijvende kracht achter een hogere landbouwproductie tegen lagere kosten , wat de deur wagenwijd openzet voor ingenieurs die een slimme landbouwoplossing of IoT-landbouwsensor op de markt willen brengen.

Internet of Things-toepassingen in de landbouw omvatten het volgen van activa, zoals landbouwvoertuigen, monitoring van vee, monitoring van opslag en nog veel meer. Bijvoorbeeld:

• Veesensoren kunnen veeboeren op de hoogte stellen wanneer dieren uit de kudde zijn weggelopen, zodat ranchhanden ze kunnen oppakken.
• Bodemsensoren kunnen boeren waarschuwen voor onregelmatige omstandigheden zoals een hoge zuurgraad, waardoor de boer de tijd krijgt om het probleem op te lossen en betere gewassen te produceren.
• Zelfrijdende tractoren kunnen op afstand worden bestuurd, wat aanzienlijke besparingen op arbeidskosten oplevert.

De komende jaren zal het gebruik van deze en andere slimme landbouwtechnologieën toenemen. In feite zullen IoT-apparaatinstallaties in de landbouwwereld naar verwachting een samengestelde jaarlijkse groei van 20 procent ervaren. En volgens een Machina Research-rapport van januari 2016 zal het aantal aangesloten landbouwapparatuur naar verwachting groeien van 13 miljoen eind 2014 tot 225 miljoen in 2024.

Op zoek naar een overzicht van hoe u de technologie kunt implementeren die u nodig heeft voor uw slimme landbouwoplossing?

Hieronder hebben we drie generieke toepassingen van IoT-landbouw en zeven IoT-landbouwtoepassingen beschreven die al op de markt zijn en die het voor boeren en veeboeren mogelijk maken om zinvolle gegevens te verzamelen. Daarnaast zullen we u door vijf technische vragen leiden die u moet overwegen voordat u uw slimme landbouwoplossing voltooit.

IoT in de landbouw:gebruiksscenario's

Veebewaking

Dankzij veemonitoring kunnen veehouders draadloze IoT-toepassingen gebruiken om gegevens te verzamelen over de gezondheid, het welzijn en de locatie van hun vee. Deze informatie bespaart hen op twee manieren geld:

1. Het helpt bij het identificeren van zieke dieren zodat ze uit de kudde kunnen worden getrokken, waardoor de verspreiding van ziekten wordt voorkomen.
2. Het verlaagt de arbeidskosten omdat boeren kunnen identificeren waar hun vee zich bevindt.

Er zijn enkele specifieke uitdagingen bij het instrumenteren van vee met sensoren. Het is met name vrij moeilijk om vee met een halsband uit te rusten. Een alternatieve optie is het gebruik van een draadloze achteraf aangebrachte bolus in de maag van de koe, die via Bluetooth kan communiceren met een oormerk.

Een andere potentiële uitdaging waarmee veeboeren worden geconfronteerd bij het implementeren van een IoT-oplossing, is het kiezen van een draadloze technologie met voldoende batterijvermogen om de levensduur van het dier mee te gaan. Een vleeskoe leeft bijvoorbeeld 15 maanden of langer - en hoewel sommige technologieën die een mesh-netwerk gebruiken die batterijduur waarschijnlijk niet aankunnen, kan Symphony Link gemakkelijk voor die tijd verbinding maken zonder veel infrastructuur rond de ranch om sluit alle apparaten aan.

Bewaking van de instandhouding

Hoewel het niet strikt onder de noemer 'landbouw' valt, is het monitoren van bedreigde neushoorns een van de interessantere IoT-gebruikscasussen voor dieren die er zijn. Door te weten waar neushoorns zich in grote wildfaciliteiten bevinden, kunnen natuurbeschermers ze beschermen tegen stropers.

Zoals je je misschien kunt voorstellen, is het niet gemakkelijk om een ​​neushoorn te halsbanden - en we hebben gemerkt dat het niet vaak succesvol is. De halsbanden worden opgelicht tijdens gevechten en het is bekend dat ze gedragsveranderingen bij de neushoorns veroorzaken. Om deze obstakels te overwinnen, onderzoeken we momenteel het idee om Symphony Link-apparaten in de hoorn van een neushoorn te plaatsen.

Plant- en bodembewaking voor precisielandbouw

Het monitoren van plant- en bodemgesteldheid is een eenvoudig gebruiksscenario, maar het kan voor boeren een fantastisch investeringsrendement opleveren. We hebben verschillende geweldige toepassingen gezien voor IoT in de landbouw in deze ruimte:

1. Sensing voor bodemvocht en voedingsstoffen.
2. Het waterverbruik onder controle houden voor een optimale plantengroei.
3. Bepalen van aangepaste meststofprofielen op basis van bodemchemie.
4. Bepalen van de optimale tijd om te planten en te oogsten.
5. Weercondities rapporteren.

Omdat de sensoren in alle bovenstaande use-cases zich dicht bij de grond bevinden, kan het gebruik van een mesh-netwerk moeilijk zijn. Er is simpelweg niet genoeg linkbudget. Maar stertopologieën zoals Symphony Link zijn ideaal, omdat één toegangspunt kan praten met een aantal sensoren op 20-100 vierkante kilometer afstand.

Hoewel deze generieke casestudies inzicht geven in hoe IoT in de landbouw nuttig kan zijn voor de landbouwgemeenschap, is het ook belangrijk om te begrijpen welke IoT-landbouwprojecten en -toepassingen al zijn ontwikkeld:

7 interessante IoT-landbouwprojecten en -toepassingen

1. Cropx's bodemmonitoringsysteem

Cropx produceert hard- en softwaresystemen die vocht, temperatuur en elektrische geleidbaarheid in de bodem meten. Hun systeem vertelt boeren wanneer en hoeveel ze moeten irrigeren.

2. TempuTech's draadloze sensorbewaking

TempuTech zag een behoefte aan meer veiligheid in agrarische opslag. Silo's en graanliften kunnen gevaarlijke plaatsen zijn, met transportbanden die vlam kunnen vatten en stofophoping die explosief kan zijn. Het gebruik van sensoren om gevaren op te sporen is van enorme waarde. Met GE's Equipment Insight creëerde TempuTech een manier om draadloze sensoren aan te sluiten en boeren te helpen de gegevens van hun silo's en graanliften te begrijpen. Met behulp van dit platform kunnen fabrikanten basisprestatienormen vaststellen en waarschuwings- en alarmcondities instellen met betrekking tot temperatuur, trillingen, vochtigheid en andere omstandigheden.

3. Slimme apparatuur van CLAAS

CLAAS is een van 's werelds toonaangevende fabrikanten van landbouwwerktuigen. Boeren kunnen CLAAS-apparatuur op de automatische piloot bedienen, advies krijgen over hoe ze de gewasstroom kunnen verbeteren en graanverliezen kunnen minimaliseren, of automatisch de prestaties van de apparatuur optimaliseren. Het bedrijf werkt samen met 365FarmNet, een programma waarmee boeren hun hele landbouwbedrijf kunnen beheren op een computer of mobiel apparaat. Het systeem verzamelt gegevens en maakt er zinvol gebruik van door middel van veldkaarten, bemestingsplanning, nutriëntenbalans en kalender- en planningsprogramma's.

4. PrecisionHawk's drone-gegevensplatform

PrecisionHawk heeft een autonome UAV gemaakt die hoogwaardige gegevens verzamelt via een reeks sensoren die worden gebruikt voor het inmeten, in kaart brengen en in beeld brengen van landbouwgrond. Het is in wezen een drone die tijdens de vlucht observaties en monitoring uitvoert. Voordat ze de drone de lucht in sturen, vertellen boeren welk veld ze moeten onderzoeken en kiezen ze een grondresolutie of hoogte. Elke drone kan weersomstandigheden detecteren met behulp van kunstmatige intelligentie, dus kiest hij de beste vliegroute op basis van zaken als windsnelheid of luchtdruk. Tijdens de vlucht verzamelt de drone visuele, thermische en multispectrale beelden; dan landt het op dezelfde plaats waar het is opgestegen. (Dat is een coole en nuttige Internet of Things-landbouwtool!)

5. Het maïsdoolhof van Precision Planting

Radar Family Farms begon in de jaren negentig als een pompoenboerderij en biedt tegenwoordig elke herfst een maïsdoolhof van 10 hectare aan bezoekers. In de begindagen creëerde de familie het doolhof door alle 10 hectare maïs te planten en vervolgens een bedrijf in te huren om de vorm van het doolhof te maaien. Dit was een verspilling van zaad - en een verspilling van geld. Door gebruik te maken van Precision Planting-technologie kunnen ze nu planten in de vorm van de kaart - iets wat volgens hen geen enkele andere boerderij in de VS doet.

6. TeamDev's Libelium-netwerk voor de kwaliteit van tabaksgewassen

Tabak is een grote industrie in Italië en vereist bepaalde milieu- en klimatologische vereisten voor een optimale groei. Als reactie op dit probleem heeft een Italiaans softwarebedrijf, TeamDev, het Waspmote Plug &Sense-platform van Libelium in gebruik genomen om gegevens te verzamelen over weersomstandigheden die van invloed kunnen zijn op tabaksgewassen. Deze techniek kan door tabaksboeren worden gebruikt om hun gewassen te optimaliseren in omstandigheden die doorgaans niet geschikt zijn voor tabaksteelt.

7. De verbonden koeien van JMB Noord-Amerika

JMB North America heeft een IoT-oplossing op de markt gebracht die veeboeren helpt bij het monitoren van drachtige koeien die zich voorbereiden op de bevalling. Een batterijgevoede sensor wordt uit de vaars verdreven wanneer het water breekt, wat een melding naar de boer of kuddemanager stuurt. Dankzij de sensor kunnen boeren meer gefocust zijn op de tijd die ze doorbrengen met drachtige vaarzen.

5 technische vragen die u moet overwegen voordat u uw slimme landbouwoplossing ontwerpt

Zoals in de bovenstaande voorbeelden te zien is, is er een grote verscheidenheid aan toepassingen van IoT-landbouw om een ​​scala aan landbouw- en veeteeltkwesties te dekken. Als u een slimme landbouwoplossing ontwerpt, zijn er specifieke aandachtspunten waarmee u rekening moet houden bij het uitbouwen van uw product.

1. Wat gaat uw toepassing controleren?

Zowel boeren, landbouwers als industriële voedselproducenten kijken naar IoT-oplossingen om de efficiëntie en opbrengsten te verhogen en verlies en diefstal te verminderen. Met andere woorden, ze willen middelen optimaliseren en kosten verlagen. Wat de eindgebruiker ook gaat monitoren, het moet centraal staan ​​bij het ontwerpen van de applicatie.

Een maïsboer kan zich bijvoorbeeld in de eerste plaats bezighouden met watergebruik. Hij wil niet te veel water gebruiken, maar hij moet er ook zeker van zijn dat er genoeg water komt waar het nodig is. Aan de andere kant kan realtime monitoring een boer helpen een zieke koe in de kudde te lokaliseren voordat deze de rest van de dieren besmet. Door dit te doen, zal het verlies van vee drastisch worden verminderd en de kosten worden verlaagd die gepaard gaan met de aankoop van antibiotica die nodig zijn om een ​​grote groep te behandelen.

2. Hoeveel draadloos bereik is nodig?

De afstand die gegevens moeten afleggen, heeft een enorme impact op het type technologie dat moet worden gebruikt. Als je iets op 10 meter afstand meet, zou je niet dezelfde technologie gebruiken die je zou gebruiken voor iets op 1.500 meter afstand.

Voor korte afstanden kunt u radiofrequentie-identificatie (RFID) of Near Field Communication (NFC) gebruiken, wat gebruikelijk is in mobiele telefoons. NFC of RFID kan worden gebruikt als u een voerzak tagt en u wilt weten hoeveel kilo sojabonen er in elke zak zitten.

Als u gegevens verzendt naar een object van 10 meter of dichterbij, kan Bluetooth of Bluetooth Low Energy (BLE) goede opties zijn. Een goed voorbeeld hiervan is het ontwerpen van een Bluetooth-oormerk voor varkens die in een klein gebied leven, dat een eindgebruiker de leeftijd van de varkens en belangrijke informatie over hen zou vertellen.

Als uw toepassing gegevens over honderden of zelfs duizenden meters moet verzenden, kunt u kijken naar LPWAN-opties (low power, wide-area network). Enkele voorbeelden zijn Symphony Link of andere sub-GHz-technologieën. Een toepassing via dit type netwerk kan worden gebruikt om het bodemvocht in velden te meten of om grazend vee te vinden en te volgen. Dit type toepassing is ook ideaal voor het bewaken van viskwekerijen met grote, omheinde aquacultuurgebieden die moeilijk toegankelijk zijn.

3. Waar komt de stroombron vandaan?

Er is een zeer nauw verband tussen de levensduur van de batterij en het bereik. Een sensor die heel ver weg is, heeft meer energie nodig om informatie van het ene punt naar het andere te krijgen. Om dat te omzeilen, ontwerpen makers van IoT-producten vaak applicaties om veel minder gegevens te verzenden (of minder vaak gegevens te verzenden) om kosten en stroom te besparen.

U moet dus bepalen waar uw sensortoepassing stroom vandaan haalt. Aangezien de meeste IoT-landbouw zich doorgaans buiten of verspreid over een groot gebied bevindt, moet u een toepassing met laag energieverbruik overwegen. Anders zal de service en het onderhoud van veel sensoren op afstand overweldigend zijn voor de eindgebruiker.

4. Hoe vaak moet de eindgebruiker gegevens verzamelen?

Je denkt misschien dat hoe meer datapakketten een sensor kan verzenden, hoe beter, maar dat hoeft niet zo te zijn. Hoeveel datapakketten nodig zijn, hangt af van veel verschillende factoren, waaronder de eindgebruikerstoepassing en de lokale omgeving.

Als een boer bijvoorbeeld een vochtsensor heeft in een ver afgelegen aardappelveld, hoeft hij waarschijnlijk niet elke twee seconden informatie te verzamelen. Een of twee keer per dag is waarschijnlijk voldoende, wat betekent dat de levensduur van de batterij veel langer zal zijn.

Aan de andere kant kan een applicatie die wordt gebruikt om GPS-coördinaten en andere informatie die door een tractor is verzameld, gemakkelijk vrijwel constante datapakketten terug te sturen naar de gateway. Een tractor biedt immers een perfecte (en bijna onbeperkte) stroombron, zodat grote hoeveelheden data of videostreams kunnen worden verzonden zonder het netwerk te verstoppen. Je kunt zien hoe dit heel anders is dan ons voorbeeld van een vochtsensor, die geen constante stroombron heeft.

Een ander voorbeeld is een vergelijking van tanknivellering en irrigatie. Veel boerderijen hebben grote tanks met kunstmest, brandstof of veevoer. Het is waarschijnlijk niet nodig om het niveau van deze tanks meer dan één keer per dag te controleren. Aan de andere kant, wanneer irrigatie aan staat, kunnen continue updates ervoor zorgen dat de juiste hoeveelheden water vrijkomen en dat er geen lekkage is.

Dit alles om te zeggen:voordat u een M2M-landbouwtoepassing maakt, moet u overwegen hoeveel gegevens te veel zijn.

5. Welk type sensoren zijn nodig en hoe worden ze gekoppeld?

Elke draadloze detectietechnologie is anders, dus u moet overwegen welke u gaat gebruiken en hoe u ermee gaat communiceren voordat u aan de slag gaat. Sommige sensoren, zoals vochtsensoren, zijn ingebed en hebben microcontrollers nodig om te communiceren. Het maken van de sensor en het weerbestendig maken ervan is een technische uitdaging waaraan moet worden voldaan.

Het positioneren van de sensor voor een optimaal communicatiepad is een andere technische uitdaging. Als sensoren in een sinaasappelboomgaard worden geplaatst, kunnen de bomen interfereren als de antennes niet goed zijn gemonteerd. Dit is natuurlijk niet zo'n grote uitdaging als een antenne in een aardbeienveld is gemonteerd.

Onthoud dit tot slot:de technologie die u in uw IoT-landbouwtoepassing verwerkt, mag geen belemmering zijn voor wat de eindgebruiker probeert te meten. Zorg er dus voor dat u begrijpt wat uw eindgebruiker moet meten en kies vervolgens een solide technologie om rond te bouwen om die informatie eruit te krijgen.

Laten we uw IoT-landbouwtoepassing op de markt brengen.

Omdat ze niet afhankelijk zijn van wifi- of 3G-verbindingen van derden, genieten low power wide-area (LPWA)-connectiviteitsopties zoals Symphony Link van een grotere netwerkbetrouwbaarheid en schaalbaarheid, zelfs in een groot landbouwbedrijf. Download de onderstaande brochure voor meer informatie over hoe Symphony Link kan helpen bij het verbinden van uw IoT-landbouwtoepassing. Als je vragen hebt, laten we praten.