農業物聯網如何實現智慧感知、預測？未來發展路徑會怎樣？

2020年2月17日 星期一
來源：RFID世界网 作者：烽云物联

作為整合新一代資訊技術的策略性新興產業之一，物聯網備受各界關注。農業是物聯網技術的重點應用領域之一，也是物聯網技術應用需求最迫切、難度最大、整合性特徵最明顯的領域。

近幾年，物聯網技術已被應用到農業的諸多領域，包括農業環境監測、溫室大棚生產控制、節水灌溉、氣象監測、產品安全與溯源、設備智慧診斷管理等方方面面。

對於物聯網技術在農業中的應用，基礎技術是感測器網路的完善。感測系統的完善與否，直接影響著整個農業物聯網技術的運行。

農業物聯網由感知層、傳輸層和處理層構成。感知層的感測器技術、條碼技術、全球定位等技術採集的數據資訊，透過傳輸層的有線、無線感測器網路技術，和行動通信技術，傳輸到處理層的農業預測、診斷、控制、決策，以及預警等智慧化模組。

一、關鍵技術

1、農業物聯網感知技術

感知層主要包括各類感測器及節點技術、全球定位系統技術和條碼技術等，實現對土壤水分、環境溫濕度、家禽水產健康狀況等資訊的採集功能，是農業物聯網的關鍵技術。

目前，光溫水氣熱等環境感測器應用相對成熟，土壤感測器是研究的熱點，透過電磁波反射或吸收能量水平的大小，可判斷土壤結構，根據離子選擇性膜電極，與被測離子溶液間的點位輸出，可測定土壤裡的特定離子。利用光學和電磁學原理，製成的動植物生命資訊感測器，也是研究的熱點和難點之一。

2、農業物聯網傳輸技術

當前，農業物聯網中的傳輸技術，主要為無線和有線感測網路技術，以及行動通信技術。其中，無線感測網路技術的應用最為普遍，國際上無線感測器網路應用，已經到了實踐階段。

荷蘭的一個農業物聯網項目，將無線感測器網路技術，應用到馬鈴薯生長環境的監測中，生產者可根據監測結果控制疫病，從而實現防患於未然。

農業物聯網的資訊傳輸技術處於試驗階段，有學者建構無線傳感網路監控系統，該系統可對種植環境進行即時監測，園區佈置的感測器節點，可採集土壤與空氣的溫濕度、CO2 的濃度以及光照強度等參數。

3、農業物聯網處理技術

農業物聯網處理層的技術，包括雲計算、雲服務和模組化決策，這個層面是將採集的數據資訊，轉化為實際的操作，利用控制模型和策略，對相關農業設施進行智慧控制，比如打開水龍頭、關閉燈光、自動施肥等。

智慧決策是預先把經驗，和專家知識輸入模組，透過推理模擬思維，為農業生產提供技術參考，比如對農田肥力、灌溉、病蟲防治、動物飼料配方和園藝設施等方面，提供技術支持。智慧預警是以數學模型為手段，對實際不正常狀態進行警示，給出危害提醒。

二、核心應用領域

按照監測對象的不同，物聯網系統可以分為農業生產環境監控物聯網、動植物生命資訊監控物聯網、農機作業監控物聯網、農產品品質檢測，與品質安全追溯物聯網等。

1、農業生產環境監控物聯網

農業生產監控物聯網，主要指利用傳感器技術採集，和獲取農業生產環境各要素資訊，如種植業中的光照、溫濕度，二氧化碳濃度、土壤肥力、土壤含水量等參數，水產養殖業中的酸鹼度、溶解氧、氨、氮、濁度和電導率，畜禽養殖業中的氨氣、二氧化硫、粉塵等有害物質濃度等參數，透過對採集資訊的分析決策，來指導農業生產環境的調控，實現種養殖業的高產高效。

農業感測器
　　
農業生產環境複雜，需要在高溫、高濕、低溫、雨水等惡劣多變環境下，連續不間斷運行，且感測器節點佈置稀疏不規則，布線不方便；而無線傳感器網路組網簡單、無需布線，具有低成本、靈活的優勢，成為當前農業生產環境監控系統主要應用方式。

2、動植物生命資訊監控物聯網

對植物資訊採集的研究，主要包括表觀可視資訊的獲取，和內在資訊的獲取，表觀資訊如作物苗情長勢、病蟲害、果實膨大狀況、生物量、莖乾直徑、葉面積等資訊。內在資訊包括葉綠素含量、作物氮素、光合速率、種子活力、葉片溫濕度等，主要監測手段，為光譜技術及圖像分析等；

對動物生命資訊的監測，主要包括動物的體溫、體重、行為、運動量、取食量、疾病資訊等，透過相關監測，瞭解動物自身的生理狀況和營養狀況，以及對外界環境條件的適應能力，確保動物個體健康生長，主要監測手段包括動物本體監測感測器、影像分析等。

3、智慧農機物聯網

近年來隨著土地流轉的進行，農機作業範圍不斷擴大，農機作業資訊滯後、時效性差、缺乏有效的監管手段，機收的組織者和參與者對資訊快捷、準確、詳細的要求，難以滿足等問題逐漸突顯。

如何透過技術手段，有效地進行農機作業遠端監控與調度，提高工作效率和作業品質，尤其是保障農機夜間作業品質，和農機裝備的智慧化水平，是農機物聯網發展的迫切需求之一。

農機物聯網主要研究方向，包括農機作業導航自動駕駛技術、農機具遠端監控與調度、農機作業品質監控等方面。

4、農產品質安全追溯物聯網

農產品資訊感知技術，主要包括農產品顏色、大小、形狀及缺陷損傷等外觀資訊，和農產品成熟度、糖度、酸度、硬度、農藥殘留等內在品質資訊。

農產品質安全與追溯，對農業物聯網的運用，集中在農產品倉儲及農產品物流配送等環節，透過電子數據交換技術、條碼技術和 RFID 電子標籤等技術，實現物品的自動辨識和出入庫，利用無線感測器網路，對倉儲車間及物流配送車輛，進行即時監控，從而實現主要農產品來源可追溯，去向可追蹤的目標。

在未來，隨著農業物聯網的發展不斷深入，從政府推動企業變革轉變為企業主動變革，這是未來農業物聯網化的終極趨勢。未來有部分企業，將會依靠大量農業數據的分析、共享，挖掘利用來賺錢，改變農產品的生產方式和消費方式。

影片：https://www.youtube.com/watch?v=j4HBlOf5ZDA

資料來源：https://3smarket-info.blogspot.com/2020/02/blog-post_17.html?m=1&fbclid=IwAR07Hvz7yYgnvPuwMrDayBSKdOoSzoOynnFo_-jBVfYGnEwQE2xOWAiVu3Y

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【星狀拓樸，讓集中控管更簡便、有效率】

網路拓樸 (Topology) 連接方式是建置物聯網 (IoT) 平台的重要考量之一。對於意在「集中控管」、而非各個終端裝置的智慧互連應用來說，星狀 (Star) 拓樸架構相對較具效率且容易維護，適用於建築結構安全／自動化系統、智慧物流／後勤零售、電動車／不斷電系統 (UPS) 電池容量、工廠設備維護，以及智慧農業的溫度／濕度／照度／二氧化碳／土壤酸鹼度等監測和預警。

將感測、採集到的資料透過射頻 (RF) 傳送至閘道器 (Gateway)，可進一步整合各式雲端資源做更多延伸應用。由 MikroBus「隨插即用」感測器模組，加上 ARM- based 低功耗微控制器 (MCU)、Sub-G RF 收發器——含日本 ISM 920MHz 頻段，以及晶片天線所組成的感測節點 (Sensor Node)，搭配集成樹莓派主板、無線感測網路 (WSN) 和 Sub-G RF 模組的閘道器——支援多項 IEEE 802.15.4 標準，包括先前介紹過的 Wi-SUN 和 6LowPAN 協定，就能迅速實現 IoT 概念。

演示視頻：
《ADI Fast start IoT 的 WiSUN 物聯網平台》
http://www.compotechasia.com/a/CTOV/2017/1015/36931.html

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媒體報導: ADI擴展超越矽晶的IoT應用
來源: EET Taiwan/ Susan Hong

ADI亞太區業務暨行銷副總裁鄭永暉分享該公司的成長發展策略，強調持續推動創新實現差異化、超越晶片的成長，以及與客戶共同開發應用與成長等三大方向。特別是在物聯網時代，他指出，「長久以來圍繞在電路與晶片的半導體產業如今的發展已開始超越晶片本身了，如何成功融合演算法、客戶需求與專業知識，才是IoT的發展重點。」

鄭永暉指出，目前對於IoT存在的誤解是過於強調「物」(thing)，其實，「IoT的目的在於解決人們生活上的問題。」此外，他強調，IoT也不只是將大量的感測器資料往後端傳，而是如何把後端收集分析的智慧往前端傳送並加以應用與擴展——而這正是ADI的策略發展方向。

針對IoT，ADI已經與多個領域的客戶展開實際應用，包括運動員管理、停車控制、材料分析、農業、建築物自動化，以及遠端病人監測等。例如針對運動傷害，ADI、微軟與Hexoskin共同打造了智慧背心，利用電子纖維技術編織多個感測器，可掌握運動員的心跳等生理狀況，如何與其他運動員協議達到極致。

而在工業物聯網(IIoT)領域，包括家庭與建築物自動化/控制、智慧能源、安全防護、生命安全/氣體檢測、醫療-病患監測、基礎設施監控與物流/資產追蹤等不同應用，分別必須使用重力、濕度、溫度與壓力以及IR、pH、CO與CO2等各種感測器以及PMOD等連接標準，並透過機器學習、感測器與巨量資料分析、M2M通訊與自動化技術，才能改善製造效率以及提供更好的自動化流程。

20160704 ADI NT11P1植物工廠必須控制燈光、土壤、溫度與濕度，透過無線方式經閘道器傳送用溫濕度感測器與PH、PPM等資訊至雲端進行運算，再透過PLC/RS485等有線方式傳送回本地進行控制

ADI亞太區應用工程總監李財旺以植物工廠為例表示，燈光、土壤、溫度與濕度的控制必須使用溫度感測器、濕度感測器與PH、PPM等資訊，透過無線方式經閘道器傳送至雲端進行運算，再透過PLC/RS485等有線方式傳送回本地，進行通風、燈光、蒸氣與水閥等控制。

其中，最大的障礙就在於演算法與通訊協議。李財旺強調，ADI除了針對環境感測、PLC以及閘道器應用分別提供溫度感測器、能源電表、訊號調節、超低功耗能量採集IC、RF連接性與超低功耗MCU等解決方案，也積極協助台灣業者克服在投入IIoT應用時面臨的802.15.4等通訊協議挑戰。

ADI並與以色列ConsumerPhysics共同開發一款感測器至雲端的IoT平台——SCiO掌上型光譜分析儀，可用於分析食物、植物、藥品、化學品、人體以及各種液體與固體材料，讓使用者快速且可靠地偵測食物中的卡路里、脂肪、糖與蛋白質、水果與蔬菜中的糖份、飲料中的酒精含量以及燃料中的化學成份等物質特性。

20160704 ADI NT11P2SCiO透過感測器與訊號調節電路擷取感測器資料，並利用演算法與物質資料庫分析光譜，再將經取樣分的結果即時傳回給使用者

ADI亞太區系統應用經理劉憲杰解釋，SCiO採用近實驗室中廣泛使用的紅外線(NIR)光譜分析，「分析的基礎在於每種物質的分子組成在特定波長能量的激發下產生能階躍升，經光感測器擷取後的光紋(optical signature)資料再傳送至雲端進行分析。ADI的強大演算法也在此時扮演重要關鍵。」

劉憲杰說，由於實驗級光譜分析儀的價格昂貴且相當龐大，SCiO目前著眼於消費級應用，接下來將會進一步縮小裝置尺寸至手機相機模組的大小，並整合於高階智慧型手機中，滿足運動與健身、農產品選擇、營養與體重管理等消費性與IoT應用需求，未來則將擴展至農業、醫藥、零售業與珠寶鑑定等非消費性應用，「而這些都還需要更多開發人員的加入，共同打造更完整的生態系統。」

圖1: 植物工廠必須控制燈光、土壤、溫度與濕度，透過無線方式經閘道器傳送用溫濕度感測器與PH、PPM等資訊至雲端進行運算，再透過PLC/RS485等有線方式傳送回本地進行控制

圖2: SCiO透過感測器與訊號調節電路擷取感測器資料，並利用演算法與物質資料庫分析光譜，再將經取樣分的結果即時傳回給使用者

http://www.eettaiwan.com/news/article/20160704NT11-ADI-IoT