農業物聯網可以幫助農民實時跟蹤他們的土地狀況，并更有戰略地用水。水是人類和我們消費的農作物生命中最重要的資源。在世界范圍內，農業占所有淡水使用量的70%。

物聯網是配備傳感器的對象網絡，因此它們可以通過互聯網接收和傳輸數據。示例包括可穿戴健身設備、智能家居恒溫器和自動駕駛汽車。

在農業領域，它涉及到無線地下通信、地下傳感和土壤天線等技術。這些系統幫助農民實時跟蹤他們的土地狀況，并在需要的時間和地點準確地施用水和其他投入物，例如化肥。

特別是，監測土壤狀況對于幫助農民更有效地利用水有很大的希望。傳感器現在可以無線集成到灌溉系統中，以提供對土壤濕度水平的實時感知。研究表明，這種策略可以在不影響農田日常操作的情況下，將灌溉用水需求減少20%至72%。

什么是農業物聯網

即使在像中東和北非這樣干旱的地方，通過有效的水資源管理也可以進行農業。但氣候變化導致的極端天氣事件讓這變得更加困難。過去20年里，美國西部不斷發生干旱，再加上野火等其他災害，給農作物造成了數十億美元的損失。

幾十年來，水資源專家一直在測量土壤濕度，為水資源管理和灌溉決策提供信息。自動化技術已經在很大程度上取代了手持式土壤濕度測量工具，因為在偏遠地區的生產現場，人工測量土壤濕度非常困難。

在過去的十年中，無線數據收集技術已經開始提供對土壤濕度數據的實時訪問，這有助于更好的水資源管理決策。這些技術還可能在公共安全、城市基礎設施監測和食品安全等領域有許多先進的物聯網應用。

農業物聯網是一個由無線電、天線和傳感器組成的網絡，可以收集田間作物和土壤的實時信息。為了方便數據收集，這些傳感器和天線與農場設備進行了無線連接。農業物聯網是一個完整的框架，可以檢測農田狀況，提出響應行動建議，并向農業機械發送命令。

田間土壤濕度和溫度傳感器等互聯裝置使控制灌溉系統和自主節水成為可能。該系統可以計劃灌溉，監測環境條件和控制農業機械，如播種機和施肥機。其他應用包括估算土壤養分水平和識別害蟲。

將網絡置于地下的挑戰

無線數據收集有可能幫助農民更有效地利用水，但將這些組件放入地下會帶來挑戰。例如，當傳輸傳感器數據的天線被埋在土壤中時，它們的工作特性會急劇變化，這取決于土壤的濕潤程度。

農民在田里使用重型設備，所以天線必須埋得足夠深，以避免損壞。當土壤變濕時，水分會影響傳感器網絡與控制系統之間的通信。土壤中的水會吸收信號能量，從而減弱系統發出的信號。密集的土壤也會阻礙信號的傳輸。

某研究室開發了一個理論模型和天線，通過改變工作頻率和系統帶寬來減少土壤對地下通信的影響。借助這種天線，放置在土壤表層的傳感器可以向距離長達650英尺的灌溉系統提供實時土壤狀況信息。

另一個改善土壤中無線通信的解決方案是使用定向天線將信號能量集中在所需的方向上。將能量導向空氣的天線也可以用于遠程無線地下通信。

農業物聯網下一步是什么

隨著農業物聯網的成熟，網絡安全對農業物聯網越來越重要。農場的網絡需要先進的安全系統來保護它們傳輸的信息。還需要解決方案，使研究人員和農業推廣人員能夠合并來自多個農場的信息。通過這種方式匯總數據，將產生關于用水等問題的更準確的決策，同時保護種植者的隱私。

這些網絡還需要適應不斷變化的當地條件，如溫度、降雨和風。季節變化和作物生長周期可能會暫時改變農業物聯網設備的運行條件。通過使用云計算和機器學習，科學家可以幫助農業物聯網應對周圍環境的變化。

最后，缺乏高速互聯網接入仍然是許多農村社區的一個問題。例如，許多研究人員在中心樞紐灌溉系統中集成了無線地下傳感器和農業物聯網，但沒有高速互聯網接入的農民無法安裝這種技術。

將基于衛星的網絡連接與農業物聯網相結合，可以幫助尚未實現寬帶連接的農場。研究人員還在開發使用無人機的車載和移動農業物聯網平臺。這樣的系統可以在田間提供持續的連接，使更多地方的更多農民能夠使用數字技術。?