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智慧农业案例--智能葡萄园

   一、智能葡萄栽

  应用环境/产业:Monitor vineyards with Waspmote

  应用案例名称:智能葡萄栽培

  主导厂商/相关单位:Libelium物联网公司,GrupoAusten开发无线感应网(WSN)公司

  受益对象:果园农夫,农作物生产者,葡萄园管理者

  背景:农业最怕面临两大问题,亦即土壤硬化与水资源短缺。土壤硬化是最严重的问题之一,农业使用的重型机械诱导土壤硬化,从而降低了植物根的渗透性,增加土壤流失的危险。缺水为人类面临的最大问题之一。整个欧盟,农业大约从环境中引水四分之一。如果改变输送管道或水道的类型,大约就能节约欧洲灌溉用水25%。

  实施:本案例采用Siega系统进行各种环境参数之监测与控制。Siega系统节点使用Waspmotes传输传感器板,并能够测量不同的参数,包括:环境温度/湿度、气压、雨量计、风速表、紫外线辐射、太阳辐射、土壤温度、土壤湿度、叶面湿度Siega系统采用传感器板(Waspmote)来控制灌溉系统,根据实际的天气情况启动开关。WaspmoteRFID用于葡萄园的灌溉,并增加新功能,是一个智能型农业体系。这些节点(Waspmote)的主要特征包括:

  1、分析环境相关数据,提供创建统计预测模型使用。

  2、节点可控制灌溉系统。

  3、使用RFID技术控制其他节点。

  4、由太阳能电池充电存于锂电池。所有这些节点都是自动的,利用平日太阳能储存电力于锂电池中作为动力来源,驱动Siega系统,每15分钟或每5分钟传感器节点会自动获取环境中各种相关数据,经过网关(Gateway),再上传到云端平台,可提供葡萄园管理者藉由PC和智能手机直接下载App应用程序,进行读取、仿真、分析、预测、诊断、控制及优化之应用。无线传感器网络(WSN)可用于监测与农业相关的温度、湿度、土壤温度/湿度、叶面湿度和许多各种不同的环境参数。所有数据从传感器节点发送到云端平台,透过PC和智能手机应用程序,帮助用户管理灌溉系统,此模型还可从数据上监测环境是否感染病疫,让管理者可提前防范可能发生的疫情。此外,传感器节点还可以利用谷歌地图,让葡萄园管理者透过谷歌地图标签的可视化,迅速找到不同节点的地理图资坐标,再从各个节点的传感器查阅实时数据。智能葡萄园物联网应用,大幅提升葡萄产量及质量,形成葡萄酒差异化(Differentiation)竞争优势。

 

  二、林业生产管理系统

  应用情境/产业:林业生产管理系统

  应用案例名称:SLOPE森林管理计划

  主导厂商/相关单位:CNR-IVALSA, COMPLOAS, COASTWAY, MHG SYSTEMS,ITENE,FLYBE GREIFENBERG, TREEMETRICS

  受益对象:物流营运商、森林所有者、锯木厂、林业管理者、木材购买者。

  背景:

  欧盟约35%面积被森林覆盖,由于地形陡峭,山路崎岖及储存空间有限,所以山区砍伐作业仍以人工砍伐,搭配使用缆绳、起重机来运输。使得木材取得的人工及运输费用相对昂贵,并无法灵活运用机械自动化来优化林业生产及森林管理。

  实施:透过遥感探测(Remote Sensing, RS),无人机(UAV),地载光达(Terrestrial Laser Scanner, TLS)来调查森林资源及分析山区资料。藉由此数据建立3D森林模型,进行山林采收计划和模拟,透过多个传感器,在采伐木材时均以RFID标示,进行采收控制、分析及模拟。砍伐商若需整棵树木,则不需要再脱枝和横切处理,树木可由缆索起重机及运输车,直接读取RFID卷标,并测量负载重量,直接将树木搬移到仓库。接着,系统操作人员会透过机器分析,实时记录树木相关数据(体积和重量等)及其质量,上传到云端中央林业调查信息系统(FIS)。在生产链上,可确保木材质量,也可追溯木材加值流程的操作情形。此一供应链中,整合了木材的产地、质量及可用性的信息系统,实时同步提供营运商有用的信息(如物流营运商、经纪人、森林所有者、锯木厂等),将一系列的完整服务,从木材立方价格评价、销售前的森林采伐规划、物流管理、木材及网络平台的物料采购,透过整体收集、模拟、分析、控制、优化及整合,进一步优化林业森林管理模型,同时还能一并进行造林养护保育工程规划与设计。

  示意图如下:

  1、透过RS(Remote Sensing), UAV(Unmanned Aerial Vehicles),TLS(Terrestrial Laser Scanner)进行调查

  2、数字森林模型

  3、收成计划和模拟

  4、采木标示

  5、收成控制、分析、标记

  6、透过收成数据整合森林资源

  7、供应链指标

  三、米兰世博会垂直农场

  科技农畜业应用案例:例如高经济价值的特殊品种动植物(金线兰、水族箱鱼类等),透过物联网数据,可精准掌控兰花土壤中需要之滴灌、施肥,或者水族箱内水温、水质之变化,并定期喂养饲料。2015年米兰世博会: 

  米兰世博会美国馆垂直农场

  四、其他应用范围

  物联网农业应用范围:例如高经济价值的特殊品种动植物(金线兰、水族箱鱼类等),透过物联网数据,可精准掌控兰花土壤中需要之滴灌、施肥,或者水族箱内水温、水质之变化,并定期喂养饲料。鱼菜共生也是可应用之案例。

  五、面临挑战与机会

  (一) 标准制定

  (二) 互相可操作性(interoperability)

  (三) 带宽与速度(e.g. MBB、MTC、5G)

  (四) 信息安全与个人隠私课题

  六、产业推动

  现况与困难大部分为简易温网室,无法精准控制栽培环境设施硬件与栽培技术水准不一,实施标准化困难。缺乏省工省力机具,栽培管理凭前人经验。

  导入 工业生产力4.0应用环境

  藉由网实系统仿真技术,提升农业设施模块化设计能量。运用环境空间侦测与生物感测组件,创造优质栽培与管理条件。 整合设施生产与销售信息平台,建立设施产销体系跨域技术。

  现在:操作缺系统化,产销仍欠效益

  设施设计技术已趋成熟急需不同设施之系统性设计、评估与建造及设施农耕实做标准作业程序,以臻良善更上一层设施生产已有基础,迫切需要设施专用机具,并需导入创新技术突破作物、人机、作业与价值链的瓶颈限制,以求系统最大效益。未来:模块化设计系统,参数化产销平台

  以计算流体力学原理,藉网实系统仿真场域内外流场,进行数值化演算与最适化结构设计,减少建造成本;整合节能节水设计,与降低营运资源与能源耗损。以人机辅具减轻劳力负担;以光谱进行作物生理监测,建立病虫害自动辨识技术,将巨量数据融合专家意见建立参数化产销信息共通平台,有效连结生产端与消费端。

  七、 技术研发需求

  人机辅具/智能机具

  • 省力型辅具

  • 智能分级模块

  • 省工搬运装置

  设施设计/智能环控/感测组件

  • 设施系统模块化设计

  • 区域联网环控

  • 病虫害自动辨识与预警

  • 生理与影像光谱感测

  农业参数巨资分

  • 设计参数与栽培管理巨量数据

  • 病虫害巨量资料

  • 质量管控巨量数据

  产销物联网

  • 智农联盟生产场域共通平台

  • 弹性产程管理与决策支持

  • 整合设施生产与销售信息系统