作者： Steven Keeping 當某個工程師輕蔑地描述某項技術是“農業技術”時，通常，他是暗指這項技術格局有限或已過時。但實則，這種暗示是不公平的。農業經營關乎商業化作物和畜牧生產，以及將糧食運送到人們餐盤里的過程，這里是最早采用高科技的領域。現代聯合收割機具有許多計算機控制的屬性，如采用GPS、激光制導、自我水準測量和液壓傳動等。況且目前，農業經濟也投身行業物聯網(IIoT)，以此提高可控環境農業(CEA或“室內農業”)的商業可行性。 CEA使用全封閉式溫控設備來消除外部環境因素的干擾，如疾病、害蟲或惡劣天氣。有了這項技術，我們不需要昂貴肥沃的耕地，便可以在任何地方建立農業基地，甚至是在城市的社區中心。根據2012年的一項研究顯示，在美國，將糧食從傳統的農場運輸給城市居民，這個過程占總能量預算的10%，而在臨近消費者的地方生產糧食則有效解決了這一問題。 水資源的關鍵角色 早期采用的技術已經使農業的產量顯示提高。例如，根據美國農業部(USDA)的數據顯示，2000年，農民每小時的產量是1950年時的12倍。然而，這些收益是有代價的，其中最為明顯的就是居高不下的用水量。這并不為奇，因為水資源是作物產量最大化的關鍵因素，即使所有其他促進作物生長的因素已達到平衡，但若沒有可靠的水源供應，作物也無法存活。 近年來，盡管農業經濟取得了長足的進步，但傳統的農業灌溉仍然十分浪費資源，主要原因在于，灌溉用水在被作物吸收之前，70%~90%都已隨著土壤流失。就全球而言，農業是最大的水資源消耗者——尤其是在一些干旱的國家和地區，約有85%的水用于農作物的灌溉。 削減過度用水是CEA最大的優勢之一。不過，節約用水不僅是出于環保的要求，也是出于經濟效益的考慮。搭建CEA設施可謂造價昂貴，且僅有優化投入成本和作物生長時，這些投資才有合理的回報。而水資源的利用在這個過程中扮演著至關重要的角色。 IIoT的控制 一家不依賴大自然灌溉的農業企業，可以通過IIoT大幅降低用水量——與傳統農業相比，用水量可以減少90%。流入土壤的水可以將顆粒、氟化物和重金屬污染物去除，并在輸送前控制營養物質的添加。蒸發的水分也可以達到最小化，且可以再獲取及再利用(封閉的環境可以簡化循環利用)。外排的污水同樣可以被處理后進行再利用。這里使用的技術包括滴灌。滴灌可以保持土壤永久濕潤，甚至還可以完全不經過土壤，便直達作物的裸根。 通過無線連接到IIoT的傳感器可以對作物進行密切監視，如水量吸收了多少，流失了多少，以此來控制用水情況。傳感器還可以將作物的生長與供水量和養分濃度關聯起來。通過實時分析收集的數據可以控制閉環系統，甚至還可以調節單個作物的用水量。 創建IIoT灌溉系統 IIoT灌溉系統通過利用先進的無線傳感器和執行器、無線傳感器網絡和云資源，可以從容應對CEA過程控制系統在工程上的挑戰。無線傳感器使用藍牙低功耗等技術監測作物的生長參數。隨著室內農場的發展，傳感器將成為網狀網絡的一部分，并改善可靠性，支持快速擴展。根據傳感器的輸出數據，信號返回網狀網絡指示傳動器，以此增減灌溉量。 盡管有這些已驗證的系統，但設計基于網狀網絡的灌溉系統并非易事。不過，通過使用芯片廠商的開發工具，最困難的部分——構建無線系統，也變得相當容易。例如，微控制器和模擬半導體供應商的領導者Microchip，提供了一系列的組件和工具，包括啟動工具包、開發工具包擴展板以及藍牙低功耗系統芯片(SoC)，這樣，即使欠缺RF經驗的工程師也可以設計CEA應用程序的無線網絡。 IIoT連接的最大優點在于其對云資源的訪問。IIoT使用云資源運行強大的算法，對來自室內農場的持續數據流進行分析，從而使生長過程不斷改進。隨著時間的推移，信息被構建至數據庫中，以作出即時回應，了解特定增長參數的微小變化對輸入成本、作物質量及最終的室內農場盈利能力有何影響。 幫助農民創收 為證明與傳統農場相比，它們的高成本是合情合理，CEA的安裝必須提高產量，這就要求對灌溉進行精確的監測和控制。通過使用網絡無線IIoT傳感器，工程師可以設計一套實時提供用水量數據的系統，并作為閉環控制系統的一部分，以最大限度地提高產量。 采用CEA的農民希望創建盈利可觀的糧食銷售業務，而不是對技術進行修修補補。通過使用IIoT控制農業過程，CEA的企業主可以依賴已驗證成功的技術，即來自電子產品供應商和成熟的平臺(互聯網)的技術，并將精力集中在手頭的業務上。 盡管CEA不可能完全取代種植大宗商品作物的大型農場，如小麥或常見的根菜類蔬菜，同時，也不適合飼養家畜的農場。但這種技術對于流動率高且具有可觀利潤的作物來說是理想的選擇，如：綠葉菜、草藥、甚至可食用的花。預計到2050年，全球人口將接近100億(根據聯合國的預測)，任何可促進糧食產量的可持續發展戰略都將廣受歡迎。 史蒂文?科平獲得了英國布萊頓大學本科學位，后在Eurotherm和BOC公司電子部工作7年。隨后，他加入《電子產品》雜志，并在接下來的13年里，擔任電子產品制造、測試和設計等領域的高級編輯和出版人，包括英國和澳大利亞的三一鏡報、CMP和RBI的《電子產品的新技術》、《澳大利亞電子工程》等。2006年，史蒂文成為專攻電子領域的自由撰稿人，目前在悉尼定居。 原文鏈接： 發布文章均為獨家原創文章，轉載請注明來源。對于未經許可的復制和不符合要求的轉載我們將保留依法追究法律責任的權利。 (mbbeetchina)