Cílem digitalizace v zemědělství je, stejně jako v řadě dalších oborů, především maximální automatizace procesů. Sběr dat v reálném čase je pro zemědělce klíčový – šetří čas a personální náklady, výdaje za hnojiva i pohonné hmoty. A díky tomu, že senzorika ohlídá i uloženou sklizeň, se zvyšují také výnosy. Dle našich modelů může díky kompletnímu využití chytrých systémů zemědělec ušetřit až 30 % nákladů.

Výzvy v IoT pro zemědělce

Z vývojářského pohledu přináší vývoj IoT řešení pro zemědělce hned několik výzev. Samozřejmostí je určitá robustnost celého řešení, kdy je nutné, aby např. meteostanice či půdní senzory byly odolné vůči náročným klimatickým podmínkám nebo měly správně vyladěnou anténu pro bezdrátový přenos.

Zásadní je ovšem otázka nabíjení. Zařízení neustále sbírá data, která odesílá dál, a je tedy nutné, aby byla výdrž baterie co největší a zemědělec nemusel řešit její výměnu, zároveň narážíme na životnost samotné baterie. Na samotnou spotřebu má vliv mnoho faktorů – kolik a jaké senzory jsou připojeny, jaké výstupní periferie jsou použity, typ procesoru, technologie přenosové komunikace i podmínky, ve kterých bude zařízení provozováno. A když už máme hardware postavený, je potřeba napsat kvalitní a úsporný firmware, který dokáže jednak kontinuálně měřit některé klíčové veličiny, jednak být v dostatečně hlubokém spánku, aby jeho spotřeba byla téměř nulová. Při návrhu podobných zařízení je proto nutné řešit detaily všech použitých součástek, a to i unikající proudy LDO, přepěťové ochrany atd.

U větších součástí, jako je třeba meteostanice, nemáme problém umístit dostatečně velkou baterii, která vydrží bez problémů i 10 let. Pokud je spotřeba zařízení z podstaty větší, protože použité senzory prostě musejí být stále zapnuty a není k dispozici dostatečný a stálý zdroj energie v místě instalace, nezbývá než použít systém solárního nabíjení. Využíváme ho například u našeho Air senzoru pro sledování kvality ovzduší. V tomto případě jsou kritické zimní měsíce, kdy vlivem nízké teploty snižují baterie svou kapacitu, a navíc chybí dostatek slunečního svitu. Na tyto situace je třeba se připravit, aby nedošlo ke ztrátě některých důležitých dat. A právě kvalitu ovzduší v zimních inverzních obdobích, kdy se pod inverzní vrstvou koncentrují všechny nečistoty, je klíčové sledovat kontinuálně.

Přenos samotných dat ze zařízení je dnes již jednodušší než před 10 lety, kdy chytré systémy v zemědělství začínaly. Tehdy se větší přenosy řešily přes GSM a s napájením z autobaterií, dnes už máme výhodu řady dostupných technologií. Jedno z energeticky nejúspornějších řešení při přenosu na vzdálenost 10+km je bezdrátový přenos na 868Mhz pásmu a modulací s využitím rozprostřeného spektra. Řeč je o technologii LoRa, kterou sami využíváme a která je známá svou nízkou spotřebou a velkým dosahem. Díky rozprostřenému spektru je signál propustnější a je ho možné lépe zachytit, i když je zařízení někde skryté nebo mimo pokrytí mobilním signálem – např. v podzemí. Zajímavou technologií je také třeba IQRF meshová síť, která může být velmi elegantním řešením pro některé aplikace.

Aby chytré systémy plnily svůj účel, musí být data vhodně ukládaná, a především následně zpracovaná – taky aby s nimi mohli pracovat ekonomové i agronomové. Sběr proto probíhá na jedno umístění v systému, kde se ukládají vstupy ze senzorů a zařízení v několikaminutových intervalech. Zemědělec pak může s daty pracovat i v přehlednější formě a využívat různé způsoby agregace dat – v podobě časových horizontů či průměrů. Sumy efektivních teplot například pomáhají predikovat výskyty škůdců, půdní senzory pomáhají plánovat hnojení a výživu půdy, lanové senzory v silech zase při teplotní odchylce upozorní přes SMS nebo e-mail na možnou počínající hnilobu obilí.

Posun a budoucnost IoT v zemědělství

Během deseti let, kdy v oblasti chytrých zemědělských systémů působíme, se na jejich poli odehrál velký posun. A mění se i přístup samotných zemědělců, kteří už nechtějí chodit po polích a měnit baterie, ale vyžadují zařízení s minimální údržbou. Budoucnost IoT v zemědělství tak směřuje k modulovým a balíčkovým řešením, která budou globálně dostupná všem, a datům sdíleným celosvětově napříč různými platformami.

Jiří Jirásko Autor článku je technickým ředitelem startupu Agdata, který vyvíjí řešení pro oblast precizního zemědělství.