5G技术在智慧农业中的应用

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农业科技公司旨在通过为农民提供做出良好商业决策所需的数据来最大限度地提高粮食产量。智慧农业技术解决方案帮助农场：

• 减少资源消耗(例如，水、粮食、化肥、农药)
• 最大限度地减少径流和土壤侵蚀
• 提高整体运营和产品分销的效率

一个例子是位于印度班加罗尔的水培农场 Clover。Clover 使用无线传感器来监测温室中的作物生长。汇总来自多个地点的数据使他们能够改进种植方案，进而生产出更健康的作物，并获得丰富的收成。

从果园到养牛场，农场正在利用物联网解决方案来监测影响其利润的多个驱动因素，包括：

• 温度
• 土壤条件
• 污染物
• 水质

固定和移动应用可能需要蜂窝物联网连接来实现远程数据收集和设备管理。这些功能类似于可以监测整个流程的制造环境。

如今，一些智慧农业终端依赖于短距离无线技术，如Wi-Fi和蓝牙。其他则由于距离和射频覆盖需要而使用蜂窝移动网络。

5G将支持新应用并增强或取代短距离应用。一个例子是使用配备摄像头的无人机来监测作物生长状况和牲畜健康。

5G 和智慧农业的未来

5G 的早期阶段专注于实现高带宽连接。在 5G 基础设施变得更加普遍之前，集中式农场将是最实际的使用案例。大型企业农业运营可能会建立一个专用5G网络，以实现高带宽使用情况(例如，使用无人机进行作物监测)和来自数千个事务性或触发物联网传感器的数据聚合。

目前，当农业运营利用来自不同来源的大量数据时，5G将发挥最大的杠杆作用。在工业养鸡场，来自恒温器和喂料机的数据到达一个中央连接点。对于宽带级 5G 数据管道而言，这数千个传感器中的每一个都能以极低的成本或复杂度产生少量数据。当聚集在适当规模的集群中时，产生的带宽可以与5G移动宽带带宽保持一致。5G是聚合和回传这些信息的绝佳解决方案。

我们可以期待 5G 3GPP Release (Rel) 17 在三到五年内为大规模物联网赋能。Rel 17将使开发人员能够利用在5G新无线(NR)无线接入网络(RAN)上运行的低功耗设备的标准。发生这种情况时，可以减轻短距离无线电技术上的数据聚合，因为低成本、低功耗的传感器可以在低功耗 5G NR 调制解调器上运行。

在未来 5 到 10 年内，较低的 LTE 类别(即 NB-IoT 和 LTE-M)将在远程农业传感器的连接选项中发挥主导作用。随着技术的发展，电力需求和成本将下降，从而为远程农业传感器带来新的设计和概念。随着5G标准的发展，桥接技术的端到端能力将变得更加无缝。

5G在农业中的使用案例

以下是智慧农业技术中一些潜在的当前和未来 5G 用例：

(1) 数据聚合

5G 技术为大型农业运营中的集中数据聚合带来了巨大希望。一个规模较大的工业农场可以建立一个专有 5G 网络来聚合来自微监测作物管理系统的数据。这些系统包括土壤湿度传感器集群，可能比现有技术支持的密度大几百倍。该网络可以实现更高效的实时监测系统，并触发节流灌溉和其他作物支持系统。

(2) 预测分析

由于5G技术支持数据聚合，大型工业农场可以更好地整合预测分析。考虑到过去和现在的条件数据(如土壤湿度和农药使用)，分析软件可以创建模型并预测，以帮助农民做出决策。随着5G实现更密集的实时数据，分析将变得更加精确，从而最大限度地提高农场产量和效率。

(3) 无人机

越来越多的农民正在使用无人机来监测其作物。无人机比驾驶拖拉机在田间穿行成本更低，并能提供更有针对性的作物损害和其他变量信息。作为一项高带宽技术，5G 将使无人机能够收集更高质量的视频数据并更快地进行传输。这种高速数据传输能力将使人工智能无人机技术开发和实时报告成为可能。

(4) 牲畜追踪和监测

在Rel 17提高5G低功耗和更密集传感器网络的可行性之前，牲畜监测传感器可能会通过Wi-Fi、蓝牙或LTELPWAN来保持连接。一个例外是在大型集中化农场中，5G基础设施可以在一个小区域(如养鸡场)上建设，并跟踪单头牲畜。农业技术开发人员已经创建了畜群管理传感器，包括智能项圈和耳标，以跟踪牲畜的位置和健康状况。

(5) 自动农用车辆

在其他领域开发的自动驾驶汽车技术将转化为农业用具。配备车载计算机的拖拉机已经允许操作员控制微小的耕作任务细节(例如，种子行之间的距离以及播种时施加在它们身上的压力)。无人驾驶农场设备将得到改进，为农民提供更大的灵活性和效率，并节省劳动力成本。

用于农作物运输的卡车也可以获得物联网传感器的好处。这些传感器可以跟踪货物温度并在温度过高或过冷(即冷链)时发出警报。资产跟踪器等小型移动传感器可能会继续使用 LPWAN 等高延迟技术。5G将使搭载更强大车载计算机的自动驾驶汽车能够发送和接收更大的超低延迟数据流，包括视频。

(6) 气象站

农业运营受天气影响。农民可能会因可预防的疾病和损害而损失大量作物。田间相连的气象站可以解决这一困境，为农民提供田间状况数据。

一个例子是由 AMA Instruments 开发的 InField 监测系统。InField 测量土壤湿度和质地、气温、风速和阳光照射。部署在偏远地区的气象站可能会在不久的将来继续使用 LPWAN 连接。以后，他们将受益于 5G，因为它将创造更多数据密集的观测和边缘计算。

随着蜂窝连接世界向5G过渡，智慧农业将继续发展。数据和预测分析将使农民能够做出提高生产力和效率的决策。全球成果将是可持续的农业实践，以养活不断增长的人口。