物联网如何革新农业？智能技术改变传统种植方式
随着物联网设备在全球范围内的实施不断增加，它们被整合到工业的方方面面，引领工业 4.0 的发展，这并不令人意外。致力于优化行业、关键基础设施、环境监测、医疗保健和供应链管理的新举措只是物联网使用案例的一部分。
另一个依赖物联网的行业是农业，通过实施复杂的物联网基础设施，农业正在彻底改变。全球农业市场正在利用物联网作为作物监测、优化资源、牲畜管理和自动化新举措的一部分。然而，实施并非易事。即使在农业领域，物联网也包含许多独特的用例，每个用例都有自己的挑战、成本和风险。然而，如果农业部门能够克服这些挑战，那么它将为农业的彻底转型铺平道路，其好处可能远远超出农业，对环境、经济和供需产生积极影响。
物联网在农业中的应用情况如何？
物联网在农业中的用例多种多样，但本质上归结为优化和自动化管理农作物产量和牲畜的过程、减少浪费以及监测外部因素（例如天气和环境对农产品的影响）。让我们来看看四种不同的用例：
精准农业——精准农业是一种战略性的农业方法，它使用物联网使设备能够观察和测量农作物以及牲畜，然后处理数据以确定精确的农产品需求并做出相应的反应。根据 Meticulous Research 2 月份的公告，精准农业市场预计到 2031 年将达到 278.1 亿美元，2024 年至 2031 年的复合年增长率为 12.9%。这一预期增长归因于政府越来越多地推动在农业部门使用现代技术的举措。气候变化也影响了对精准农业日益增长的需求。
物联网传感器通过测量土壤水分含量、湿度和温度变化、降水量和土壤养分来优化农业管理和生产。类似的追踪设备也可应用于畜牧业，以评估牛的繁殖、总体健康状况、体重和产奶量。
农产品工人能够将这些信息应用于他们的农业实践，包括作物施肥、牲畜饮食、季节性农业规划和确定收获时间。这些数据还使农场能够应对不可预见的问题，例如作物和动物疾病爆发并减轻传播，以及监测作物生长和管理灌溉。将这些数据应用于农业实践可以通过应对环境变化和减少资源浪费来提高农业可持续性。
无人机的使用——物联网连接的无人机是农业部门用来监测作物、牲畜、天气和农产品的另一种工具。无人机使成像成为一种现场监测方法，其优点是能够在恶劣的天气和光照条件下进行观察，而卫星成像可能无法穿透这些条件，从而提高成像精度。这种精度使农场能够监测害虫、杂草和疾病，并相应地对其出现做出反应。有了准确的概览，可以更有效地监测田间状况，并简化种植和播种的管理。
无人机还被用于授粉、施肥和喷洒农药。这种自动化过程减少了对手工耕作的需求，节省了时间和资源。
牲畜监测——可穿戴物联网连接设备可以实时监测牲畜，包括位置跟踪和健康监测。大约七年前，当我们了解到联网奶牛的概念时，全世界开始听说这些实现。通过这种方式，农民可以深入了解牲畜的身体和生殖健康状况，并使用其位置数据实现自动喂食或地理围栏实践，将牲畜保持在指定的限制范围内。
牲畜可穿戴设备还减少了农民亲自评估牲畜的需要。它们还可以收集比传统观察更多的数据，使他们能够为每只动物制定个性化的饮食、繁殖和护理计划，以促进其生长，并能够尽早发现疾病并防止进一步传播。
智能温室——智能温室是一种先进的农业结构，利用物联网技术为植物生长创造优化和可控的环境。这些高科技温室集成了传感器、执行器和自动化系统，以监测和调节各种环境因素，确保农作物的最佳生长条件。
智能温室的概念有助于简化室内农业。通过集成物联网技术，这些温室成为可以控制温度、湿度、光照水平甚至二氧化碳浓度的自我调节环境，以优化植物生长。它们的传感器和执行器协同工作，为每种植物创造完美的生长条件，实时调整外部天气或内部生长模式的变化。
在农业中实施物联网的挑战是什么？
多年来，电子农业或智能农业一直在试验和改进数字和自动化技术和实践的利用，其结果可能是全球农业、环境计划和经济的重大进步之一。但高回报往往伴随着高风险，而新的基于物联网的农业实践则兼具这两种特点。物联网增强型农业尚处于起步阶段，存在许多挑战，这些挑战可能会阻碍这些实践得到适当利用和普及，甚至可能在它有机会适当起飞之前就阻碍进一步的投资。为了应对这些挑战，以减轻不断发展的实践的风险，首先必须了解它们：
复杂的采用
物联网在农业中的采用充满了挑战，这些挑战源于农业环境和技术本身的本质。连接问题是一个令人担忧的问题，因为许多农场位于互联网接入有限或不可靠的农村地区。这种缺乏连接性阻碍了物联网解决方案的有效部署，这些解决方案依赖于持续的数据传输才能发挥最佳作用。它们的互联网接入不仅有限，而且它们的能源容量往往也有限。农业物联网的能源需求是巨大的，尤其是考虑到规模——整个田地都配备了必须持续运行的传感器。虽然太阳能和风能等可再生能源提供了可行的解决方案，但将这些系统与物联网基础设施相结合需要规划和投资。
还必须考虑维护，因为设备的耐用性和可修复性是户外农业通常恶劣且不可预测的条件下的关键考虑因素。一些先进的物联网技术可能需要合格工程师的专业知识进行维修，这进一步增加了维护过程的复杂性。它们的复杂性可以扩展到这样一个事实：物联网系统必须设计为与现有的农业系统（如灌溉和气候控制设置）互操作。确保与这些现有系统的兼容性和无缝集成对于避免破坏当前运营和最大限度地发挥物联网的优势至关重要。
物联网安全挑战
物联网与农业的融合也带来了一系列安全挑战和相关成本。物联网安全挑战涉及范围广泛，例如数据管理和维护，这对于确保从无数设备收集的信息的可靠性和可访问性至关重要。隐私问题也存在，因为必须保护与农业实践相关的个人和运营数据，防止未经授权的访问。在所有这些方面，必须遵守监管标准，要求遵守旨在保护数据完整性和隐私的一系列法律。
基于云的系统易受网络攻击，这是一个重大风险，因为这些平台通常是物联网运营的支柱；这里的漏洞可能导致长时间的停机，扰乱一个可能没有完全能力处理此类网络安全事件的行业。此外，证书的管理和更新对于安全通信至关重要，但它们带来了后勤挑战，必须加以解决以防止系统故障。
实施和管理成本
在实施和管理成本方面，财务影响相当大，特别是对于可能缺乏此类技术投资资源的小型本地农场，通常需要政府或外部资金。雇用专业员工来管理和解释物联网数据会增加劳动力成本，而运行这些设备的能源需求会增加运营费用。
潜在的安全漏洞（从数据丢失到运营中断）也会产生大量成本，这凸显了采取主动安全措施的必要性。尽管对预算有影响，但投资于保护物联网生态系统和设备的安全实践是不可商榷的，因为它确保了这些创新农业解决方案的长期可行性和安全性。
农业中安全物联网的必要性
虽然在农业中实施物联网面临重大挑战，但在农业中使用智能机械可以引领我们走向更可持续的未来，不仅可以改变农业的面貌，还可以优化供应链，解决粮食和农产品短缺问题，并为农业创造一个更可持续、更节能的未来。
这使得培育这些不断发展的技术、获得适当的支持、投资和研究，以及最重要的是保护这些技术变得至关重要。在农业中部署物联网必须伴随强大的安全措施，以防止任何连接系统固有的漏洞。如果没有严格的安全措施，新的电子农业计划就有可能因安全漏洞而无法发挥其潜力、遭受撤资，甚至面临过早终止的风险。
严格安全措施的必要性
物联网设备的互联性使其容易受到网络威胁，这可能会对农业运营的完整性和可靠性产生毁灭性的影响。因此，必须做到：
- 安全是重中之重：从一开始，安全就必须融入农业物联网解决方案的结构中，并定期更新和修补以应对新出现的威胁。
- 研究投资：持续的网络安全研究可以确保农业部门始终领先于潜在的漏洞。
- 支持和教育：必须让农民和利益相关者了解安全措施的重要性，以培养警惕和准备的文化。
作者：Martin Lowry