Una mirada en profundidad a IoT en la agricultura y las soluciones de agricultura inteligente

La agricultura y la industria agrícola se basan en ideas innovadoras y avances tecnológicos para ayudar a aumentar los rendimientos y asignar mejor los recursos. El final del siglo XIX y el siglo XX trajeron una serie de innovaciones mecánicas, como tractores y cosechadoras. En la actualidad, una fuerza impulsora detrás del aumento de la producción agrícola a un costo menor es la Internet de las cosas (IoT) , lo que deja la puerta abierta de par en par para los ingenieros que buscan llevar al mercado una solución agrícola inteligente o un sensor agrícola de IoT.

Las aplicaciones de Internet de las cosas en la agricultura incluyen el seguimiento de activos como vehículos agrícolas, monitoreo de ganado, monitoreo de almacenamiento y mucho más. Por ejemplo:

• Los sensores de ganado pueden notificar a los ganaderos cuando los animales han salido de la manada para que los trabajadores del rancho puedan rodearlos.
• Los sensores de suelo pueden alertar a los agricultores sobre condiciones irregulares como alta acidez, lo que le da tiempo al agricultor para reconciliar el problema y producir mejores cultivos.
• Los tractores autónomos se pueden controlar de forma remota, lo que proporciona importantes ahorros en los costos de mano de obra.

En los próximos años se verá un uso cada vez mayor de estas y otras tecnologías agrícolas inteligentes. De hecho, se prevé que las instalaciones de dispositivos de IoT en el mundo agrícola experimenten una tasa de crecimiento anual compuesta del 20 por ciento. Y según un informe de Machina Research de enero de 2016, se espera que la cantidad de dispositivos agrícolas conectados crezca de 13 millones a fines de 2014 a 225 millones para 2024.

¿Busca una descripción general de cómo implementar la tecnología que necesita para su solución de agricultura inteligente?

A continuación, describimos tres casos de uso agrícola genérico de IoT y siete aplicaciones agrícolas de IoT que ya están en el mercado y que hacen posible que los agricultores y ganaderos recopilen datos significativos. Además, lo guiaremos a través de cinco preguntas de ingeniería que debe considerar antes de finalizar su solución de agricultura inteligente.

IoT en agricultura:casos de uso

Monitoreo de ganado

Gracias al monitoreo del ganado, los ganaderos pueden usar aplicaciones de IoT inalámbricas para recopilar datos sobre la salud, el bienestar y la ubicación de su ganado. Esta información les permite ahorrar dinero de dos formas:

1. Ayuda a identificar animales enfermos para poder sacarlos de la manada, evitando la propagación de enfermedades.
2. Reduce los costos laborales porque los ganaderos pueden identificar dónde se encuentra su ganado.

Existen algunos desafíos específicos al equipar ganado con sensores. Específicamente, es bastante difícil equipar al ganado con un collar. Una opción alternativa es utilizar un bolo inalámbrico adaptado en el estómago de la vaca, que puede comunicarse a través de Bluetooth con una etiqueta de oreja.

Otro desafío potencial que enfrentan los ganaderos al implementar una solución de IoT es seleccionar una tecnología inalámbrica con suficiente energía de batería para que dure la vida útil del animal. Una vaca de carne, por ejemplo, vive 15 meses o más, y aunque algunas tecnologías que usan una red de malla probablemente no administren ese tipo de duración de la batería, Symphony Link puede conectarse fácilmente durante ese período de tiempo sin mucha infraestructura alrededor del rancho para conecta todos los dispositivos.

Supervisión de la conservación

Si bien no se incluye estrictamente bajo el título de "agricultura", el monitoreo de rinocerontes en peligro de extinción es uno de los casos de uso de IoT animal más interesantes que existen. Saber dónde se encuentran los rinocerontes en las instalaciones de caza mayor puede ayudar a los conservacionistas a protegerlos de los cazadores furtivos.

Como uno puede imaginar, ponerle un collar a un rinoceronte no es fácil, y hemos descubierto que no suele tener éxito. Los collares se arrancan durante las peleas y se sabe que provocan cambios de comportamiento en los rinocerontes. Para superar estos obstáculos, actualmente estamos examinando la idea de colocar dispositivos Symphony Link dentro del cuerno de un rinoceronte.

Monitoreo de plantas y suelos para agricultura de precisión

Monitorear las condiciones de la planta y el suelo es un caso de uso simple, pero puede generar un retorno de la inversión fantástico para los agricultores. Hemos visto varios usos excelentes para la IoT agrícola en este espacio:

1. Detección de la humedad y los nutrientes del suelo.
2. Controlar el uso de agua para un crecimiento óptimo de las plantas.
3. Determinación de perfiles de fertilizantes personalizados según la química del suelo.
4. Determinar el momento óptimo para plantar y cosechar.
5. Informar las condiciones meteorológicas.

Debido a que los sensores en todos los casos de uso anteriores están cerca del suelo, usar una red de malla puede ser difícil. Simplemente no hay suficiente presupuesto para enlaces. Pero las topologías en estrella como Symphony Link son ideales, porque un punto de acceso puede comunicarse con varios sensores a una distancia de 20 a 100 kilómetros cuadrados.

Si bien estos estudios de casos genéricos brindan información sobre cómo IoT en la agricultura puede ser útil para la comunidad agrícola, también es importante comprender qué proyectos y aplicaciones agrícolas de IoT ya se han desarrollado:

7 proyectos y aplicaciones agrícolas de IoT interesantes

1. Sistema de monitoreo de suelos de Cropx

Cropx produce sistemas de hardware y software que miden la humedad, la temperatura y la conductividad eléctrica en el suelo. Su sistema les dice a los agricultores cuándo y cuánto regar.

2. Monitoreo de sensor inalámbrico de TempuTech

TempuTech vio la necesidad de una mayor seguridad en el almacenamiento agrícola. Los silos y elevadores de granos pueden ser lugares peligrosos, con cintas transportadoras que pueden incendiarse y acumulación de polvo que puede ser explosivo. El uso de sensores para rastrear peligros es de gran valor. Con Equipment Insight de GE, TempuTech creó una forma de conectar sensores inalámbricos y ayudar a los agricultores a comprender los datos de sus silos y elevadores de granos. Con esta plataforma, los fabricantes pueden establecer normas de rendimiento de referencia y establecer condiciones de alerta y alarma relacionadas con la temperatura, la vibración, la humedad y otras condiciones.

3. Equipo inteligente de CLAAS

CLAAS es uno de los principales fabricantes mundiales de equipos de ingeniería agrícola. Los agricultores pueden operar equipos CLAAS en piloto automático, recibir consejos sobre cómo mejorar el flujo de cultivos y minimizar las pérdidas de grano, u optimizar automáticamente el rendimiento del equipo. La empresa se ha asociado con 365FarmNet, un programa que permite a los agricultores administrar toda su explotación agrícola en una computadora o dispositivo móvil. El sistema recopila datos y hace un uso significativo de ellos a través del mapeo de campo, planificación de fertilización, balance de nutrientes y programas de planificación y calendario.

4. Plataforma de datos de drones de PrecisionHawk

PrecisionHawk ha creado un UAV autónomo que recopila datos de alta calidad a través de una serie de sensores que se utilizan para la topografía, el mapeo y la obtención de imágenes de tierras agrícolas. Es esencialmente un dron que realiza observaciones y monitoreo en vuelo. Antes de enviar el dron al aire, los agricultores le dicen qué campo estudiar y eligen una resolución de tierra o altitud. Cada dron puede detectar las condiciones meteorológicas utilizando inteligencia artificial, por lo que elige la mejor ruta de vuelo a seguir en función de factores como la velocidad del viento o la presión del aire. Durante el vuelo, el dron recopila imágenes visuales, térmicas y multiespectrales; luego aterriza en el mismo lugar donde despegó. (¡Esa es una herramienta de cultivo interesante y útil de Internet de las cosas!)

5. Laberinto de maíz de Precision Planting

Radar Family Farms comenzó como una granja de calabazas en la década de 1990 y hoy ofrece un laberinto de maíz de 10 acres a los visitantes cada otoño. En los primeros días, la familia creó el laberinto plantando los 10 acres de maíz y luego contratando a una empresa para cortar la forma del laberinto. Esto fue un desperdicio de semillas y un desperdicio de dinero. Al utilizar la tecnología Precision Planting, ahora pueden plantar en la forma del mapa, algo que creen que no está haciendo ninguna otra granja en los EE. UU.

6. Red Libelium de TeamDev para la calidad de los cultivos de tabaco

El tabaco es una gran industria en Italia y requiere ciertos requisitos ambientales y climáticos para un crecimiento óptimo. En respuesta a este problema, una empresa de software italiana, TeamDev, implementó la plataforma Waspmote Plug &Sense de Libelium para recopilar datos sobre las condiciones climáticas que pueden afectar los cultivos de tabaco. Los cultivadores de tabaco pueden utilizar esta técnica para optimizar sus cultivos en condiciones que normalmente no son adecuadas para el cultivo del tabaco.

7. Vacas conectadas de JMB Norteamérica

JMB North America ha lanzado al mercado una solución de IoT que ayuda a los ganaderos a monitorear las vacas preñadas que se están preparando para parir. Un sensor que funciona con baterías se expulsa de la novilla cuando se rompe el agua, lo que envía una notificación al ganadero o al administrador del rebaño. El sensor permite que los agricultores se concentren más en el tiempo que pasan con las vaquillas preñadas.

Cinco preguntas de ingeniería que debe considerar antes de diseñar su solución de agricultura inteligente

Como se muestra en los ejemplos anteriores, existe una amplia variedad de casos de uso de la agricultura de IoT para cubrir una variedad de temas relacionados con la agricultura y la ganadería. Si está diseñando una solución de agricultura inteligente, hay áreas específicas de enfoque que debe tener en cuenta mientras desarrolla su producto.

1. ¿Qué supervisará su aplicación?

Los agricultores, los agricultores y los productores industriales de alimentos están buscando soluciones de IoT para aumentar la eficiencia y el rendimiento y reducir las pérdidas y los robos. En otras palabras, buscan optimizar los recursos y reducir los costos. Lo que sea que el usuario final esté monitoreando debe estar al frente y al centro mientras diseña la aplicación.

Por ejemplo, un agricultor de maíz puede estar principalmente preocupado por el uso del agua. No quiere usar demasiada agua, pero también debe asegurarse de que llegue suficiente agua a donde se necesita. El monitoreo en tiempo real, por otro lado, puede ayudar a un ganadero a localizar una vaca enferma en el rebaño antes de que contamine al resto de los animales. Hacer esto reducirá drásticamente las pérdidas de ganado y reducirá los costos asociados con la compra de antibióticos necesarios para tratar a un grupo grande.

2. ¿Cuánto alcance inalámbrico es necesario?

La distancia que deben recorrer los datos tiene un gran impacto en el tipo de tecnología que se debe utilizar. Si mide algo a 10 metros de distancia, no usaría la misma tecnología que usaría para algo a 1.500 metros de distancia.

Para distancias cortas, puede usar identificación por radiofrecuencia (RFID) o comunicación de campo cercano (NFC), que es común en los teléfonos celulares. Se puede usar NFC o RFID si está etiquetando una bolsa de alimento y necesita saber cuántas libras de soja hay en cada bolsa.

Si está enviando datos a un objeto a 10 metros o más cerca, Bluetooth o Bluetooth Low Energy (BLE) pueden ser buenas opciones. Un buen ejemplo de eso sería diseñar una etiqueta de oreja con Bluetooth para cerdos que viven en un área pequeña, que le diría al usuario final las edades de los cerdos e información importante sobre ellos.

Si su aplicación necesita enviar datos a cientos o incluso miles de metros, puede buscar opciones de red de área amplia y baja potencia (LPWAN). Algunos ejemplos incluyen Symphony Link u otras tecnologías sub-GHz. Una aplicación sobre este tipo de red podría usarse para medir la humedad del suelo en los campos o para encontrar y rastrear el ganado mientras pasta. Este tipo de aplicación también es ideal para monitorear granjas de peces que tienen grandes áreas de acuicultura cercadas y son de difícil acceso.

3. ¿De dónde viene la fuente de energía?

Existe una correlación muy estrecha entre la duración y el alcance de la batería. Un sensor que está muy lejos requiere más energía para llevar información de un punto a otro. Para evitar eso, los creadores de productos de IoT a menudo diseñan aplicaciones para enviar muchos menos datos (o enviar datos con menos frecuencia) para ahorrar costos y energía.

Por lo tanto, deberá determinar de dónde obtendrá energía la aplicación de su sensor. Dado que la mayor parte de la agricultura de IoT generalmente se encuentra al aire libre o se extiende sobre un área grande, deberá considerar una aplicación de bajo consumo de energía. De lo contrario, el servicio y mantenimiento de muchos sensores distantes será abrumador para el usuario final.

4. ¿Con qué frecuencia necesita el usuario final recopilar datos?

Puede pensar que cuantos más paquetes de datos pueda enviar un sensor, mejor, pero este no es necesariamente el caso. La cantidad de paquetes de datos necesarios depende de muchos factores diferentes, incluida la aplicación del usuario final y el entorno local.

Por ejemplo, si un agricultor tiene un sensor de humedad en un campo de papa lejano, probablemente no necesite recopilar información cada dos segundos. Probablemente sea suficiente una o dos veces al día, lo que significa que la duración de la batería será mucho mayor.

Por otro lado, una aplicación que se utiliza para enviar coordenadas GPS y otra información recopilada por un tractor podría enviar fácilmente paquetes de datos casi constantes a la puerta de enlace. Después de todo, un tractor ofrece una fuente de energía perfecta (y casi ilimitada), por lo que se pueden enviar grandes cantidades de datos o secuencias de video sin obstruir la red. Puede ver cómo esto es muy diferente a nuestro ejemplo de sensor de humedad, que no tiene una fuente de energía constante.

Otro ejemplo es una comparación de nivelación e irrigación de tanques. Muchas granjas tienen tanques grandes que albergan fertilizantes, combustible o alimento para el ganado. Probablemente no sea necesario controlar los niveles de estos tanques más de una vez al día. Por otro lado, cuando el riego está encendido, las actualizaciones continuas pueden garantizar que se liberen las cantidades adecuadas de agua y que no haya una fuga.

Todo esto para decir:antes de crear una aplicación agrícola M2M, asegúrese de considerar cuántos datos son demasiados.

5. ¿Qué tipo de sensores son necesarios y cómo se interconectarán?

Cada tecnología de detección inalámbrica es diferente, por lo que querrá considerar cuáles va a usar y cómo interactuará con ellas antes de comenzar. Algunos sensores, como los de humedad, están integrados y requieren microcontroladores para conectarse. Crear el sensor y climatizarlo es un desafío de ingeniería que debería cumplirse.

Colocar el sensor para una ruta de comunicación óptima es otro desafío de ingeniería. Si los sensores se colocan en un huerto de naranjos, los árboles pueden interferir si las antenas no están montadas correctamente. Obviamente, esto no es un desafío tan grande si se monta una antena en un campo de fresas.

En conclusión, recuerde esto:la tecnología que diseñe en su aplicación de agricultura de IoT no debería ser un obstáculo para lo que el usuario final está tratando de medir. Por lo tanto, asegúrese de comprender lo que su usuario final necesita medir, luego elija una tecnología sólida sobre la cual construir y sacar esa información.

Llevemos al mercado su aplicación agrícola de IoT.

Debido a que no dependen de conexiones WiFi o 3G de terceros, las opciones de conectividad de área amplia de bajo consumo (LPWA) como Symphony Link disfrutan de una mayor confiabilidad y escalabilidad de red incluso en una gran empresa agrícola. Descargue el folleto a continuación para obtener más información sobre cómo Symphony Link puede ayudarlo a conectar su aplicación de agricultura de IoT. Si tiene preguntas, hablemos.