Come importante supporto per l'agricoltura moderna, il sistema tecnologico dell'Internet degli oggetti (IoT) agricolo realizza l'intelligenza, il perfezionamento e l'alta efficienza della produzione agricola integrando una serie di apparecchiature e tecnologie avanzate. La struttura centrale di questo sistema comprende un livello di rilevamento, un livello di trasmissione, un livello di elaborazione e archiviazione dei dati, un livello di applicazione, un sistema di supporto decisionale e un componente di sicurezza e protezione della privacy. I componenti chiave, le sfide e le direzioni di sviluppo future sono discusse in dettaglio da una prospettiva tecnica.
1. Strato di percezione
Il livello di rilevamento è la base dell'IoT agricolo ed è responsabile della raccolta di dati in tempo reale sull'ambiente agricolo e sulla crescita delle colture attraverso sensori e altri dispositivi, tra cui il monitoraggio del suolo, i dati ambientali, la salute delle colture e altri parametri. La raccolta di dati accurati e in tempo reale costituisce la base per il funzionamento efficiente dei sistemi IoT agricoli. Allo stesso tempo, questi sensori devono avere un'elevata sensibilità, un basso consumo energetico e un'adattabilità ambientale per soddisfare le esigenze dei complessi ambienti agricoli.
2. Strato di trasmissione
The data collected in the sensing layer is transmitted to the data processing center through the transmission layer. The core of this layer is to build a stable and efficient data communication network. Wireless Sensor Networks (WSN), Low Power Wide Area Networks (LPWAN), cellular networks, and satellite communications are used to build a seamless communication channel from the field to the cloud, ensuring real-time and complete data.
3. Livello di elaborazione e archiviazione dei dati
Il livello di elaborazione e archiviazione dei dati è responsabile dell'archiviazione e dell'elaborazione dei dati trasmessi e l'obiettivo principale è quello di estrarre informazioni preziose da dati massicci. Le tecnologie principali includono il cloud computing, l'edge computing, la tecnologia dei big data, ecc. In combinazione con il modello di analisi delle serie temporali, è in grado di prevedere l'andamento meteorologico, in modo da ottimizzare i piani di semina e raccolta.
4. Livello di applicazione
Il livello applicativo è il fulcro dell'interazione dell'utente con il sistema e fornisce una comoda interfaccia operatore e una ricca serie di funzioni, come il monitoraggio e la gestione, il controllo dell'automazione, gli allarmi e i promemoria. Questo livello migliora notevolmente la trasparenza e la controllabilità del processo di produzione agricola e fornisce agli utenti uno strumento di gestione della produzione intuitivo ed efficiente.
5. Sistema di supporto alle decisioni
Il sistema di supporto alle decisioni è il nucleo intelligente dell'Internet of Agricultural Things (IoA), che utilizza l'intelligenza artificiale e le tecnologie di apprendimento automatico per fornire un supporto decisionale scientifico agli agricoltori. Combinato con modelli di reti neurali, il sistema consente di fornire raccomandazioni precise sulla fertilizzazione per migliorare la resa e la qualità delle colture.
6. Sicurezza e protezione della privacy
I sistemi IoT in agricoltura gestiscono grandi quantità di dati sensibili e la loro sicurezza è fondamentale. Per proteggere la privacy e migliorare l'affidabilità e la sostenibilità del sistema si possono applicare misure tecniche come la crittografia dei dati, il controllo degli accessi e la verifica dell'integrità dei dati.
Agricultural IoT Solutions
IOTRouter utilizes edge computing gateway and remote IO controller to propose an agricultural IoT solution con i vantaggi della leggerezza, del supporto multiprotocollo, della visualizzazione configurata e della manutenzione a basso costo. Il sistema è composto principalmente da un sistema di acquisizione dei dati agricoli, da un sistema di trasmissione ed elaborazione dei dati, da un sistema di controllo delle apparecchiature e da un sistema di gestione dello sfondo della serra. I parametri ambientali come temperatura e umidità dell'aria, temperatura e umidità del suolo, luce, valori di azoto, fosforo e potassio, anidride carbonica, ecc. vengono raccolti in tempo reale nella serra attraverso i sensori, e la trasmissione dei dati, l'elaborazione e il controllo remoto delle attrezzature vengono effettuati tramite gateway di edge computing, in modo da raggiungere lo scopo di regolare automaticamente l'ambiente delle colture. È inoltre possibile monitorare e gestire la serra in qualsiasi momento accedendovi tramite cellulare o computer, realizzando applicazioni di produzione agricola facili ed efficienti.
1）Acquisizione dati e controllo remoto
1.Attraverso il Gateway edge EG8000miniPuò accedere a una serie di sensori come la concentrazione di azoto, fosforo e potassio, la temperatura e l'umidità del suolo, la temperatura e l'umidità dell'ambiente, la temperatura e l'umidità del fogliame, l'illuminazione, la concentrazione di CO2 e così via.
2. Attraverso la porta seriale 485 può essere presente più di una ET1010 e il collegamento con EG8000mini, in modo che EG8000mini abbia una capacità di controllo DO multipla, in grado di realizzare il sistema di serra nel ventilatore, nella pompa, nella cortina d'acqua, nella tapparella e in altre apparecchiature elettriche di controllo remoto e di automazione.
3. EG8000mini fornisce anche la funzione di trasmissione LAN, attraverso il modo remoto di eseguire il debug della videosorveglianza LAN, dei router e di altre apparecchiature, per facilitare la messa in servizio e la manutenzione a distanza del sistema.
4. Supporta la visualizzazione remota e la programmazione drag-and-drop e può modificare da remoto la logica di funzionamento locale del gateway.
2) Gestione della piattaforma IOT e visualizzazione dei dati
1.Fornire 1 set di piattaforma IoT di base, in grado di realizzare rapidamente l'analisi e l'elaborazione dei dati, la visualizzazione e la gestione delle apparecchiature IoT.
2.La piattaforma supporta MQTT, HTTP, TCP, UDP, CoAP o la connessione a qualsiasi dispositivo tramite protocolli proprietari, supporta la conversione dei dati in formato edge e può facilmente realizzare il docking dei dati con applicazioni di livello superiore.
3.La piattaforma IOT ha ricche funzioni di configurazione, che possono facilmente realizzare la visualizzazione su grande schermo dei dati della serra, come la temperatura dell'aria, l'umidità dell'aria, la concentrazione di anidride carbonica, l'intensità della luce, la temperatura del suolo, l'umidità del suolo, la conducibilità del suolo, ecc. mediante drag-and-drop, risparmiando il carico di lavoro di sviluppo del grande schermo.
4.Il sistema supporta l'accesso remoto alla rete locale, il debug delle apparecchiature a distanza, la programmazione drag-and-drop, la manutenzione senza la necessità di recarsi sul posto, riducendo i costi di manutenzione.
La soluzione sopra descritta, grazie alla combinazione di piattaforma IoT e prodotti gateway per l'edge computing, è in grado di eseguire in modo semplice ed efficiente il funzionamento e la gestione delle serre agricole intelligenti a basso costo.
Conclusione
Agricultural IoT technology injects a strong technological impetus into modern agriculture through sensing, transmission, analysis and application. Its comprehensive coverage of the whole process from field monitoring to intelligent decision-making has pushed agriculture forward in the direction of digitalization, intelligence and sustainability. On the basis of solving the current challenges, the Agricultural IoT is bound to further deepen its application globally, helping to realize the goals of food security and ecological protection.
