Smarte Landwirtschaft mit LoRaWAN

In den letzten Jahren hat sich ein interessanter Trend im Zusammenhang mit der Nutzung von Internet of Things (IoT)-Technologien (z. B. Sensoren, Mikrocontroller, Netzwerk-Kommunikationsprotokolle und Cloud-Plattformen) im Bereich der intelligenten Landwirtschaft abgezeichnet.

 

Digitale Landwirtschaft der Zukunft

Es ist nicht verwunderlich, dass man heute vollständig automatisierte Gewächshäuser findet, in denen mit Sensoren ausgestattete IoT-Nodes relevante Umweltparameter für die internen Kulturen erfassen und über eine Datenauswertung automatisch Kontrollelemente steuern, um die Luft- oder Bodenfeuchtigkeit anzupassen. Ähnliche Systeme wurden auch im Freilandanbau und in der Viehwirtschaft eingesetzt. In naher Zukunft ist daher zu erwarten, dass hochtechnisierte landwirtschaftliche Betriebe immer häufiger anzutreffen sein werden.

Die zunehmende Digitalisierung des Agrarsektors, der in der Regel mit Begriffen wie „Smart Farming“ und „Smart Agriculture“ in Verbindung gebracht wird, wird von vielen Regierungsorganisationen als Schlüsselfaktor für die wirksame Bewältigung künftiger Herausforderungen angesehen. Genauer gesagt ist eine optimierte und ökologisch nachhaltigere Landwirtschaft erforderlich, um das Wachstum der Weltbevölkerung, den Klimawandel und den Schutz von Wasser und natürlichen Ressourcen zu unterstützen. Um diesen Wandel zu unterstützen, hat die Europäische Kommission mehrere Projekte im Zusammenhang mit Smart Farming (z. B. „Aggregate Farming in the Cloud“, AFarCloud) und der Einführung des IoT im Agrarsektor finanziert. Darüber hinaus ist das IoT aus mehreren Gründen ein vielversprechender Wegbereiter für die smarte Landwirtschaft. Erstens muss der Agrarsektor kontinuierlich überwacht und kontrolliert werden, was dazu führt, dass eine riesige Menge an Daten (z. B. zur Überwachung relevanter Umweltparameter für ein ordnungsgemäßes Pflanzenwachstum) effektiv gesammelt, übertragen, verarbeitet und gespeichert werden muss. Zweitens sind in den meisten Fällen zusätzliche Konnektivität auf dem Feld, die den Informationsaustausch zwischen IoT-Nodes ermöglicht, und die Nutzung von Energie (z. B. Solarenergie) zu ihrer Versorgung zwingend erforderlich, da es auf landwirtschaftlichen Feldern in der Regel keine kabelgebundene Energieversorgung und oft auch keine zuverlässige (Internet-)Netzabdeckung gibt. Genau an dieser Stelle kann LoRaWAN der intelligenten Landwirtschaft von Morgen neue Wege aufzeigen.

 

LoRaFarM

Zu den vielversprechendsten Ansätzen gehört dabei ein IoT-System, das seine Entwickler mit dem überaus treffenden Namen LoRaFarM getauft haben. Dahinter verbirgt sich eine IoT-Plattform für künftige Smart-Farming-Szenarien mit der englischen Bezeichnung „LoRaWAN-based Smart Farming Modular IoT Architecture“ (LoRaFarM), deren entscheidender Vorteil darin liegt, dass sie modular für individuelle Bedürfnisse anpassbar und skalierbar ist.

LoRaFarM verfügt über eine Basis-Infrastruktur, die je nach Anforderungen mit spezialisierten Ad-hoc-Modulen ergänzt werden kann, je nach den Merkmalen und Anforderungen des Betriebs. Wenn ein Landwirt beispielsweise das Verhalten seines Viehs überwachen muss, kann ein Modul für die Viehhaltung eingeführt werden, ohne dass die Plattform neu konfiguriert werden muss; dieses Konzept gilt auch für die Überwachung von Kulturen und die Verwaltung von Gewächshäusern. Daher können Erweiterungsmodule sowohl auf der Ebene des Betriebs (oder auf niedriger Ebene) hinzugefügt werden, wenn sie physische Hardware enthalten, die im Einsatz installiert werden muss (d. h. Sensoren und Aktoren), als auch auf höherer Ebene, wenn Datenverarbeitung erforderlich ist. Im Allgemeinen erbt die LoRaFarM-Plattform ihre topologische Struktur von der LoRaWAN-Architektur, da die Kommunikationsmuster der unteren Ebene auf der LoRaWAN-Technologie aufbauen.

LoRaFarM besteht aus verschiedenen Technologien, die mit folgenden Komponenten ausgestattet sind: Sensoren (die zu Sensor-Nodes führen), die für das Farmmanagement relevante Umweltsensordaten sammeln (z. B. Bodenfeuchtigkeit eines Feldes, Luftfeuchtigkeitswerte eines Gewächshauses) und sie über das LoRa-Kommunikationsprotokoll an die Cloud (d. h. an den Netzwerkserver und damit verbundene Anwendungen) weiterleiten; Kontrollmechanismen, die zur Unterstützung der Farmautomatisierung und von Arbeitsabläufen wie der Bewässerung von Feldern und dem Öffnen von Gewächshausdächern geeignet sind.

Im Einzelnen werden die von den Modulen auf Betriebsebene stammenden Daten von LoRaWAN-orientierten End-Nodes gesammelt und von einem LoRaWAN-Gateway an einen Netzwerkserver weitergeleitet. Die gesammelten Daten werden vom Server abgerufen, um die Module der höheren Schicht (d. h. den Anwendungsserver) zu speisen und den Endnutzern zur Verfügung zu stehen (z. B. zur Visualisierung oder für Warnsignale).

Effizientere Landwirtschaft durch LoRaWAN

Mit den zunehmenden Herausforderungen durch Klimawandel, schwindende natürliche Ressourcen und steigender Weltbevölkerung ist es umso wichtiger, dass auch landwirtschaftliche Betriebe ihre Produktionsprozesse immer weiter optimieren. Durch ein LoRaWAN-basiertes Überwachungssystem kann sichergestellt werden, dass bei vergleichsweise geringen Installations- und Betriebskosten ein konstanter Strom an Daten zur Verfügung steht, um darauf basierend intelligente Entscheidungen zu treffen. In vielen Fällen können Effizienzanpassung auch vom System selbst übernommen werden, sodass menschliche Intervention immer seltener nötig wird, wodurch wiederum freie Arbeitskraft gewonnen wird. Es ist nicht unwahrscheinlich, dass die intelligente Landwirtschaft von Morgen einen immer stärkeren Bedarf an kostenfreundlichen Kommunikationstechnologien haben wird. LoRaWAN-Systeme können diesen Bedarf zuverlässig befriedigen.