先进的传感器网络可以帮助农民对他们的农田进行微观管理

在未来，农民可以通过药片就能看到营养成分CO₂以及他们农田里每一英亩的实时湿度。这将使他们能够更有策略地灌溉和施肥，减少浪费并提高产量。但是，虽然有各种各样的传感器来测量土壤健康状况，但将数据从后面的40个农场传输到谷仓所需的远程、低功耗、低成本的无线网络还不存在。

威斯康辛大学麦迪逊分校电子与计算机工程助理教授Bhuvana Krishnaswamy希望，她优化这种网络所使用的算法的工作将有助于播下一场新的农业革命的种子。她的研究得到了5年50万美元的国家科学基金会职业奖的支持。

“现在，大多数农民使用一个传感器来对他们的整个田地做出决定。我们希望部署这些传感器，远距离收集数据，这样我们就可以绘制出一个农场，并就灌溉和肥料分配做出决定。”“一个领域有很多异质性。这可以为农民提供更多的数据。”

2018年加入威斯康辛大学麦迪逊分校后，克里什纳斯瓦米参加了一场欢迎活动，她发现自己在和一位土壤科学家聊天。他们想向她请教任何可用的商业无线传感技术，这些技术可以覆盖一公里或更远。Krishnaswamy目前还不知道有任何远程传感器网络，当她进一步研究这个问题时，她发现目前为数不多的远程传感器网络都非常昂贵。

“和其他人一样，我想知道为什么他们不能使用蜂窝网络、卫星网络或Wi-Fi?”Krishnaswamy说。

事实证明，Wi-Fi并没有优化到可以覆盖数十或数百英亩的偏远地区。而且使用蜂窝网络非常昂贵，因为每个传感器都需要自己的SIM卡和相关的数据成本，卫星连接也是如此。克里什纳斯瓦米说:“据我从合作者那里听到的消息，每磅产品上涨一美分对农民来说还是太多了，因为他们的利润非常低。”“所以我们希望尽可能降低成本。”

为了创建一个廉价、可靠的网络，能够处理来自数十或数百个传感器的数据，Krishnaswamy正在为发射传感器和接收站设计算法，利用每个传感器每30分钟左右只发送少量数据的事实。通过使用信号处理技术，她将使接收器能够同时收听和解码多个信号。该项目还将涉及云计算，使用机器学习来修复传输中丢失的任何数据。总之，网络的这些变化将允许大量传感器在不耗尽电池的情况下传输微小的数据包。

虽然Krishnaswamy的职业规划主要集中在算法上，但她表示，该项目的硬件方面已经取得了进展。她的团队和她在土壤科学方面的合作者目前正在构建一个“黑匣子”，其中包括一系列现成的传感器，可以收集水分和CO的数据₂水平、压力、温度和其他变量将在2022年夏天和秋季进行实地测试。最终，研究人员希望他们能够测试一个由数十或数百个运行Krishnaswamy算法的传感器组成的网络。

这种网络在传统农业之外也有潜在的应用。其他研究人员对使用长距离、低功率网络与太阳能电池板通信作为分布式电网的一部分表现出了兴趣。其他人则对用它们来模拟葡萄园或城市中的小气候感兴趣，以创建一个大型污染传感器网络。

Krishnaswamy希望农村社区也能参与到这项工作中来。通过与威斯康星大学扩展中心的联系，她和她的团队希望招收威斯康星州的农民实地测试他们的传感器阵列。她还希望在她的实验室里接待一位农村科学教师，让他在暑假里学习更多关于传感技术的知识。她说:“许多上农业课的高中生选择了务农。”“我们希望我们的老师能够让他们接触编程、简单的硬件设计，并帮助他们培养设计电路的技能，让学生了解如何使用传感和计算机技术来改善农业实践。”

编辑自威斯康星大学麦迪逊分校由CFE媒体和技术发布的新闻稿。

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