编辑器的选择


电子技术为农业部门照亮了前进的道路

2021年6月23日编辑器的选择光电子

我们都知道电子技术的不断发展如何影响我们的社会,以及它们在许多商业和工业市场中所起的重要作用。

农业/园艺部门也不例外。

电子传感器可以在陆地和空中使用,以提供数据帮助农民做出决策。这些传感器包括部署在无人机上的多光谱传感器,用于收集农民如何为作物浇水以获得最佳产量的信息,以及用于指示作物何时需要更多氮以便适当使用化肥的传感器,测量水分的传感器能准确地提供植物需要灌溉的速率和时间信息。

这些技术远远超出了硬件层面,融合了人工智能(AI)、机器学习(ML)和云等所有最新流行词汇。根据2020年6月的研究报告“为南非农业数字化铺平道路”(可通过新利18官网appwww.ballardstreet.com/*6月21日agrireport),该项目由非洲信息通信技术研究公司(Research ICT Africa)制作,并受微软委托,其先进技术的应用,如ML、人工智能计算机视觉、遥感、无人机(uav)和物联网(IoT),有潜力在适当的有利条件下改变农业部门。这些技术的应用是全球范围内正在发生的更广泛的数字转型的一部分,这种转型越来越明显地体现在农业部门。

农业数字化的定义是将农业投入和产出的测量值转换为数字存储数据,用于提供信息和协助决策的自动化系统和应用程序。因此,这一转型带来了一系列机会,可能有助于应对南非的粮食安全挑战、创造就业机会和解决历史上的不平等问题。新利18官网app农业数字化也存在风险。其中包括数字化可能导致就业流失,使非洲国家在全球供应链中进一步边缘化,以及增加或创造新的不平等。

为了了解该部门的现状,联合国粮食及农业组织(粮农组织)据估计,到2050年,世界人口将增加20亿,而在此期间,耕地只会增加4%。推动可持续农业实践和农村地区发展对于消除南非和非洲大陆其他地区的极端贫困和饥饿同样重要据估计,20%至50%的南非人口粮食不安全,粮食不安全将成为一个日益紧迫的挑战。新利18官网app

截至2019年第二季度,南非农业部门雇用了885000人。由于干旱,该部门在此期间表现不佳,但其对国内生产总值(GDP)的贡献率至少为3%。尽管农业对国内生产总值的贡献新利18官网app相对较小,但农业在南非具有重要的经济意义,是农村地区的主要部门。此外,近850万人直接或间接依赖农业就业和收入。

新利18官网app南非农业部门由35000名注册的商业农民组成,其中40%从事田间作物种植,60%专注于畜牧业。南非有400万小农,几乎全部由本地黑人人口组成,农业人口的13%主要在前祖国地区耕作农业用地。相比之下,有35000名白人农民(主要是大规模的)在87%的农业用地上生产大约95%的农业产出。

ICT非洲研究报告接着概述了政策制定者将农业部门视为更广泛的全球价值链生态系统的一部分的必要性。报告建议了具体措施,如更新政策框架、规避当前有形基础设施的限制、解决数字不平等、协调努力实现可持续发展掌握该部门的技能,创造融资机会,并利用公私互动的潜力。

在所有政策和框架的背后,推动该行业数字化转型的基础技术已经取得了重大进展,其中最重要的莫过于使用LED高效种植植物。

led在园艺中的应用

在谈到LED在园艺中的应用时,首先要问的一个问题是,它和太阳一样好吗?用Altron Arrow的产品支持工程师Willem Schmidt的话说,简单的答案是“没有什么比太阳更好了,无论LED的节能效果如何,它们的使用仍然存在一些碳足迹。在南非,我们也比欧洲和世界其他地区有更多的阳光,这使得证明电子产品作为补充的费用更加困难。”新利18官网app

然而,在园艺项目中增加对电子产品的智能使用有很大的好处。当季节变化扰乱了你的计划时,你如何只依靠自然来计划准确的作物周期?如果几个星期都没有阳光,或者当你必须为一家餐厅或酒店集团运送一定量的新鲜草药时,你遇到了冷锋,那该怎么办?施密特指出,在智能电子系统的帮助下,温度、湿度、施肥和照明等因素都可以被控制,有效地使植物的生长类似于用食谱烤你最喜欢的菜。同样的方法也适用于那些使用光谱、强度和持续时间用于肉鸡(一种专门为肉类生产而饲养的鸡)的养鸡场,以确保鸡在一定的控制期限内达到一定的目标体重。通过使用电子传感和控制,农民可以提前控制作物的生长速度和收获日期。

特别专注于LED技术,施密特说到2016年LED的功效水平达到一个地步成为可行的选择用于园艺,这是各大品牌像克里族,欧司朗,三星和其他开始大力投资发展的LED专门为园艺市场。

“使用的设计或策略主要有三种类型,”他解释道。“首先也是最流行的是顶部照明或温室,LED照明通常用作辅助照明,以确保存在最低照度,并提供延长日光时间的选项。在这种类型的设计中,更容易适应较大和较高的植物。在某些情况下,照明系统也可以降低在植物上保持一定的固定高度,以便在其整个生命周期内提供更高强度的光。

第二种设计称为内部照明,光源置于植物和树叶之间。因为LED的运行温度比高压钠蒸汽(HPS)低得多与阳光不充足的欧洲相比,这种耕作方式在南非没有得到广泛的应用。新利18官网app

“第三种策略是垂直种植,将多层植物堆叠在一起,光线直接放在作物上方,离作物很近。这种设计的优点是占地面积相对较小的区域可以最大化,植物可以在人造光下完全生长,而无需任何日光。”

园艺学中的照明术语

深入研究这一科学,施密特解释说,植物吸收光能的方式与人类看光的方式根本不同。人眼所响应的视觉光谱波长范围从380 nm到750 nm。尽管在极端波长下强度非常低,但阳光覆盖了紫外线i的整个光谱进入深红外范围。

在植物中进行测量时,仅使用发生光合作用的400 nm至700 nm的光合有效辐射(PAR)。对于普通照明,流明测量用于定义可用光的总量。对于植物,微摩尔(μmol)是指植物在光合作用中可用的光子量。

光合光子通量(PPF)是夹具中的微摩尔总量。它以μmol/s为单位进行测量,与一般照明的流明类似。

光合光子通量密度(PPFD)是落在指定区域的微摩尔总量,单位为μmol/s·m2.并且类似于一般照明应用中的勒克斯输出。

叶绿素a和叶绿素b指用于光合作用吸收辐射的色素。叶绿素a有效吸收红光,而叶绿素b有效吸收蓝光(图1)正因为如此,在450 nm的蓝色LED和660 nm波长的红色LED在园艺照明设计中是非常流行的作为核心组件。虽然其他波长可能不落在所提到的峰吸收区域中,但它们也参与了植物的发育。已经描述的PAR区域仅覆盖400至700纳米,但是用-730nm波长的高比率照射植物会加速茎的生长。

施密特继续说:“改变光谱可以用于农业,以刺激植物的某些反应,通过这种方式可以控制身体的质量和形状,并控制开花的时间。”。植物所需的最佳光子通量密度在不同物种之间也完全不同。例如,西红柿通常生长在阳光充足的环境中,可以处理比郁金香高得多的光子通量密度。

“由于植物的个体需求非常独特,园艺中的电子控制装置在确保植物在植物生命周期的每个特定阶段以正确的强度接收正确的光谱方面发挥着重要作用。利用我们广泛的传感器和LED组合,Altron Arrow密切合作与本地设计师合作,协助他们根据自己的独特需求定制电子控制装置和照明系统。”

采用蓝牙网格和物联网技术的照明光谱控制

利用HID(高强度放电)的传统园艺照明和荧光灯技术。一般来说,金属卤化物灯或冷白色荧光灯用于植物生长,钠或暖白色荧光灯用于开花。这意味着装置在不同的生长阶段通常必须更换光源。

随着LED效率的大幅提升,许多园艺设施正在从传统光源转向LED,并具有延长灯具寿命、提高运行效率和减少热量产生的额外好处,LED技术终于开始与传统光源竞争——但还有一个经常被忽视的因素。LED是数字的,这意味着它们很容易通过电子方式变暗,使用多通道LED光源,现在可以通过动态变暗每个颜色通道来模拟不同的季节和生长阶段,动态改变同一灯具的光谱,而无需更换光源。

植物在自然阳光下进化。为了模拟一个特定的季节,有三个主要因素驱动不同的代谢过程:温度、DLI(日光积分)和光谱含量。这就是南非公司GT Developm新利18官网appents的切入点。通过使用蓝牙技术,该公司的产品可以将设备中的所有灯具动态、无线连接在一起。

由于蓝牙是一种完全开放的协议,所有必要的控制接口、传感器和控制器都可以添加到现有的蓝牙网络中。所有数据都通过网关捕获并发送到云。这使园艺师能够轻松设计增长配方,并使用基于服务器的标准物联网算法,从而能够监测仪、记录和控制灯具亮度、光谱含量、DLI、气温、水温、pH值、EC、大气CO2.所有这些都是通过基础设施提供商提供的标准物联网接口,如微软Azure、亚马逊Web服务和谷歌Cloud,使用现有的物联网引擎和API基础设施。

蓝牙Mesh协议也有标准定义的照明、传感器和通用I/O和级别模型,允许任何设备被动态添加到网络中,以增加捕获的数据量。随着照明基础设施扩展到温室之外,同样的蓝牙控制节点可以安装到用于一般照明的灯具上,它们创建的无线网络可以用于支持其他应用,如访问控制、安全、HID设备等。

GT Developments的产品组合中值得注意的一个产品是Madea 119模块化LED系统。每个模块设计为在无源模式下以高达3,2µmol/J、470µmol/S、150 W的功率运行,为您提供了可用的最节能的装置之一。当您需要尽可能高的PPD输出时,您可以将设备切换到升压模式,从而将功率降至250 W,753µmol/S,并打开风扇,以不缩短灯泡寿命。

完全模块化的Madea 119具有完全可控的频谱,支持有线网络和蓝牙,由欧司朗LED供电,本地设计和制造,并带有预先编程的推荐频谱。它可以在单个150/250 W单元中使用,带有单个电源外壳,也可以在单个150/250 W单元中使用ply外壳。每个电源外壳都标配有一个数据接口连接器,可用于将所有灯具连接在一起,或插入无线蓝牙收发器以无线方式控制整个安装。

有关更多信息,请联系:

•威廉·施密特、阿尔特隆·阿罗、, +27 11 923 9600,wschmidt@arrow.altech.co.za,www.altronarrow.com

•迈克尔·内尔,GT开发公司, +27 81 719 3479,michael@gtdevelopments.co.za,www.gtdevelopments.co.za


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