无线技术如何帮助农民节约用水

农业物联网可以帮助农民实时跟踪他们的土地状况，并更有战略地用水。水是人类和我们消费的农作物生命中最重要的资源。在世界范围内，农业占所有淡水使用量的70%。
物联网是配备传感器的对象网络，因此它们可以通过互联网接收和传输数据。示例包括可穿戴健身设备、智能家居恒温器和自动驾驶汽车。
在农业领域，它涉及到无线地下通信、地下传感和土壤天线等技术。这些系统帮助农民实时跟踪他们的土地状况，并在需要的时间和地点准确地施用水和其他投入物，例如化肥。

特别是，监测土壤状况对于帮助农民更有效地利用水有很大的希望。传感器现在可以无线集成到灌溉系统中，以提供对土壤湿度水平的实时感知。研究表明，这种策略可以在不影响农田日常操作的情况下，将灌溉用水需求减少20%至72%。
什么是农业物联网
即使在像中东和北非这样干旱的地方，通过有效的水资源管理也可以进行农业。但气候变化导致的极端天气事件让这变得更加困难。过去20年里，美国西部不断发生干旱，再加上野火等其他灾害，给农作物造成了数十亿美元的损失。

几十年来，水资源专家一直在测量土壤湿度，为水资源管理和灌溉决策提供信息。自动化技术已经在很大程度上取代了手持式土壤湿度测量工具，因为在偏远地区的生产现场，人工测量土壤湿度非常困难。

在过去的十年中，无线数据收集技术已经开始提供对土壤湿度数据的实时访问，这有助于更好的水资源管理决策。这些技术还可能在公共安全、城市基础设施监测和食品安全等领域有许多先进的物联网应用。
农业物联网是一个由无线电、天线和传感器组成的网络，可以收集田间作物和土壤的实时信息。为了方便数据收集，这些传感器和天线与农场设备进行了无线连接。农业物联网是一个完整的框架，可以检测农田状况，提出响应行动建议，并向农业机械发送命令。
田间土壤湿度和温度传感器等互联装置使控制灌溉系统和自主节水成为可能。该系统可以计划灌溉，监测环境条件和控制农业机械，如播种机和施肥机。其他应用包括估算土壤养分水平和识别害虫。

将网络置于地下的挑战

无线数据收集有可能帮助农民更有效地利用水，但将这些组件放入地下会带来挑战。例如，当传输传感器数据的天线被埋在土壤中时，它们的工作特性会急剧变化，这取决于土壤的湿润程度。
农民在田里使用重型设备，所以天线必须埋得足够深，以避免损坏。当土壤变湿时，水分会影响传感器网络与控制系统之间的通信。土壤中的水会吸收信号能量，从而减弱系统发出的信号。密集的土壤也会阻碍信号的传输。
某研究室开发了一个理论模型和天线，通过改变工作频率和系统带宽来减少土壤对地下通信的影响。借助这种天线，放置在土壤表层的传感器可以向距离长达650英尺的灌溉系统提供实时土壤状况信息。
另一个改善土壤中无线通信的解决方案是使用定向天线将信号能量集中在所需的方向上。将能量导向空气的天线也可以用于远程无线地下通信。

农业物联网下一步是什么
随着农业物联网的成熟，网络安全对农业物联网越来越重要。农场的网络需要先进的安全系统来保护它们传输的信息。还需要解决方案，使研究人员和农业推广人员能够合并来自多个农场的信息。通过这种方式汇总数据，将产生关于用水等问题的更准确的决策，同时保护种植者的隐私。
这些网络还需要适应不断变化的当地条件，如温度、降雨和风。季节变化和作物生长周期可能会暂时改变农业物联网设备的运行条件。通过使用云计算和机器学习，科学家可以帮助农业物联网应对周围环境的变化。

最后，缺乏高速互联网接入仍然是许多农村社区的一个问题。例如，许多研究人员在中心枢纽灌溉系统中集成了无线地下传感器和农业物联网，但没有高速互联网接入的农民无法安装这种技术。
将基于卫星的网络连接与农业物联网相结合，可以帮助尚未实现宽带连接的农场。研究人员还在开发使用无人机的车载和移动农业物联网平台。这样的系统可以在田间提供持续的连接，使更多地方的更多农民能够使用数字技术。