广告

数据驱动农业4.0发展

2021-08-17 11:03:38 Dimitrios Damianos,Pierre Cambou 阅读:
在过去的两个世纪中,农业不可避免地受到工业化的影响,近年来农业4.0发展势头强劲。随着在工业生产中逐步采用数据管理,农业发展也紧随其后。以数据为中心的技术具有多样性,使农业可以像汽车和航空行业一样,成为这一技术的又一个试点行业。

农民们通过收集传感器数据,将农业工作从预防转变为预测。xoeednc

工业革命自开始以来,其重心一直是使生产过程自动化。现在我们进入了工业4.0时代,大多数工业过程已经以数据为中心了,这些过程通常涉及五个数据操作步骤:收集、传输、存储、分析以及最终显示。最后一步是为了让人继续参与其中,当然数据也可以被发送到某些执行装置,从而将整个过程完全交给机器人。xoeednc

在过去的两个世纪中,农业不可避免地受到工业化的影响,并且近年来农业4.0发展势头强劲(图1)。随着在工业生产中逐步采用数据管理,农业发展也紧随其后。过去服务于工业领域的公司,现在也向农业部门提供以数据为中心的方案,我们甚至看到农业设备制造商进入了工业设备制造领域。相对于传统的工业制造行业而言,农业通常具有非结构化的环境特征,但是以数据为中心的技术具有多样性,使农业可以像汽车和航空行业一样,成为这一技术的又一个试点行业。农民都可以变成工程师。xoeednc

xoeednc

图1:在过去的两个世纪中,农业不可避免地受到工业化的影响,近年来农业4.0发展势头强劲。xoeednc

这一趋势始于90年代,最初是在高价值乳制品行业中使用自动化设备(主要是来自瑞典制造商DeLaval和荷兰Lely等企业的挤奶机)。同时,总部位于日本的Satake和瑞士的Bühler等公司也研发出谷物(特别是大米)的光学分拣机,这些分拣技术最终又回到了农田里,用于出品高端农产品(例如葡萄园的葡萄)。法国南部的Pellenc研发了一种机器人设备,农民成为了数据科学家。xoeednc

的确,一旦帮助新一代农民实现了自动化,他们就可以更进一步,从被动地接受产量数据,变为主动采取行动来提高农产品的质量和数量。过去的小规模农耕是依靠农民的观察和直觉来监控日常活动,如今的大规模农耕不能再依靠人类的判断,数据技术已成为正确指导农业的关键。无论是用于畜牧业、农业生产,还是用于葡萄酒等高端生产,数据都是农业4.0的关注重点。xoeednc

摄像机在农业中的应用

在农业数据管理中,一个最好的例子是使用无人机监控农田。巴黎的Parrot公司利用其美国子公司MicaSense开发的摄像机,成为这一领域的重要参与者。但是这家法国公司已在一月份宣布将MicaSense卖给AgEagle Aviation(总部位于美国的数据收集、分析、航空影像服务和无人机公司),交易价格为2300万美元。MicaSense的摄像机可以使用不同波长计算出归一化植被指数(NDVI)图,这已成为公认的监控作物生长和发现问题区域的方法,现在最先进的方法是将NDVI图下载到拖拉机上,据此调整输送到田间的肥料。xoeednc

美国联邦航空管理局(FAA)最近报告说,在美国注册的160万架无人机中,有7%是用于农业的,也说是说,美国目前有超过100,000架农用无人机。虽然在整个商用无人机市场中,这只不过占了一小部分,但农业无人机市场已成为一个重要的创收来源。数据收集将渐渐成为机器人的任务。无论是对于自动化谷仓、农用无人机还是自动驾驶拖拉机,数据都不再是新的原料,而是新的产物。图2的数据表明机器人在农业中的应用逐年增加。xoeednc

惯性测量单元在农业中的运用

智能农业中使用的机器人分为两大类:空中机器人(无人机)和陆地机器人(如拖拉机和收割机)。在这两种情况下,机器人的工作都依赖于各种类型的传感器。例如,机器人需要利用惯性系统进行导航和自身稳定,惯性系统必须满足高性能、高可靠性和高准确性的要求,还应具有低偏置漂移和低零偏不稳定性,而且性能不能受温度的影响。xoeednc

xoeednc

图2:机器人在农业中的应用逐年增加。(图片来源:Yole Développement)xoeednc

xoeednc

图3:无人机市场预测。(图片来源:Yole Développement)xoeednc

无人机可通过摄像机监控农田的健康状况,它们还经常被用来给中小型农田(小于20公顷)施肥,以代替成本更高的飞机施肥。无人机的摄像机对准地面时,其导航和稳定性非常重要,因为摄像机拍摄的画面必须准确。在10米的高度,摄像机5°的偏差会导致拍摄画面产生80厘米的误差。图2为无人机市场预测数据。xoeednc

尽管GPS能足够精确地进行无人机导航,但摄像机的稳定性仍需要强健的惯性测量单元(IMU)来保证。xoeednc

用于农业生产的陆地机器人车辆要在成排的庄稼中穿行,所以它们需要达到厘米级的精度,以免损坏农作物。大多数机器都配有精确的GPS系统,使驾驶员知道车辆的位置,以防给庄稼施肥时重复或遗漏。但是,GPS在某些情况下(例如机器人行驶到树下)会丢失信号,这时就需要用到IMU或“姿态航向参考系统(AHRS)”了。基于微机电系统(MEMS)的IMU完全可以满足陆地应用的高性能、小尺寸、低重量、低功率和低成本(SWAP-C)需求。xoeednc

(原文刊登于EDN姐妹网站EETimes美国版,参考链接:Data Drives Agriculture 4.0,由Jenny Liao编译。xoeednc

本文为《电子技术设计》2021年8月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里xoeednc

本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 利用CMOS触发器“标签外”用法实现精密电容传感器 当涉及到药品时,“标签外”一词表明了某种药物(经常被发现)的不同于最初开发的实际而有益的用途。电子元器件也会出现这种情况,例如古老的CD4013B双D CMOS触发器。尽管将4013标记为传统的双稳态逻辑元件,但它却能用作模拟器件而具有极好的标签外潜力。
  • Melexis发布先进的磁性位置传感器芯片 Melexis今日宣布,推出全新的绝对磁性位置传感器芯片MLX90376,具备强大的杂散场抗干扰能力(SFI),适用于360°旋转汽车应用。
  • 思特威重磅推出首颗线阵CMOS图像传感器,赋能工业线阵相 思特威重磅推出首颗LA(Linear)线阵系列4K分辨率高速工业CMOS图像传感器——SC430LA。
  • 安霸领先业界发布用于自动驾驶的集中式4D成像毫米波雷 安霸傲酷自适应AI毫米波雷达软件和高能效的5纳米制程的CV3 AI域控制器主芯片首次实现4D成像毫米波雷达原始数据的集中式处理和前融合。
  • 基于全新测量原理的二氧化碳传感器,清洁空气的好时机 除了代表水的H2O之外,代表二氧化碳的CO2可说是最闻名的化学组分。CO2传感器测量空气中的二氧化碳浓度,以便在超过浓度时作出应对。最新的型款相比先前的产品更小巧且更便宜。
  • 面向3D物体检测和碰撞预测的自动驾驶汽车仿真测试 汽车OEM及其关键技术合作伙伴已经在开发和测试真正的自动驾驶汽车——5级自动驾驶汽车——这种汽车可以在没有人类驾驶员的情况下沿着开阔的道路行驶。这在一定程度上是通过由机器学习算法驱动的传感器融合技术实现的。
  • Melexis推出多功能双锁存器和开关芯片 Melexis今日宣布发布一款适用于相对位置和速度传感应用的通用型可编程3轴锁存器和开关芯片MLX92352。该器件采用灵活的磁性设计,支持双路输出,且不受间距影响,输出可设置为速度、脉冲或方向。凭借其卓越的EMC和ESD性能,这款无PCB器件为汽车和工业应用节省了空间和总模块成本。
  • 意法半导体生物识别支付平台获EMVCo 认证,有助于机构 意法半导体完整的技术平台获得行业认证,整合嵌入式安全单元和超低功耗通用微控制器,具有经济、强大的安全保护功能
  • 自动驾驶汽车的实现基础 汽车行业正在为2级(脚离开油门或刹车)和3级(手离开方向盘)车辆提供高级驾驶员辅助系统(ADAS)的首批实现方案,尽管从4级(眼睛离开道路)到5级(全自动驾驶)车辆的自动驾驶(AD)系统还处于努力开发当中。事实证明,这一挑战比几年前所预期的要更加困难。
  • 深入探访意法半导体(ST)第三代MEMS传感器 行业人士表示,MEMS产业未来智能化、微型化、集成化的趋势越来越明显。意法半导体(以下简称ST)从2006年率先在200毫米晶圆上量产MEMS传感器至今,其MEMS经过不断的发展,现在已经进化到了第三代。在2022年11月中旬的慕尼黑华南展现场,笔者对意法半导体亚太区模拟、MEMS和传感器产品部技术市场经理董恺进行了专访,同时深入地了解了ST的产品和技术。
  • 自热式达林顿晶体管对可构成新的气流传感器 在可用于气流检测的众多方法中,自热式热流量传感器简单、便宜、坚固而又灵敏。它们依赖于被加热传感器的空速和热阻抗之间的关系。本设计实例利用通常被认为是经典达林顿拓扑缺点的优势,将此数学关系转换成了实际电路。
  • 有助于低压测量的精密同步检波放大器设计 本设计实例提出了一种实用电路,借此就可实现同步检测,进而以高线性度和出色的抗噪性对小直流电压进行放大。在涉及电流分流器、称重传感器和热电偶等的测量中需要使用这种电路。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了