AgriTechAgriTech 将 Grafana 集成到其物联网监控解决方案中，帮助工业大麻种植户提高产量 4 倍
2019 年，Alexander Mann 在微芯片行业工作，12 小时的轮班让他无法顾及自己最喜欢的爱好之一——园艺。Mann 的根在弗吉尼亚州的乡村，他在福基尔县（Fauquier county）长大，周围环绕着数千英亩的农田。当时，他投入大量精力种植 14 个品种的番茄、南瓜、黄瓜、西葫芦、豆类、豌豆、菠菜和向日葵（他会将番茄和菠菜卖给当地餐馆，剩下的分给亲朋好友）。但他艰苦的工作时间表让这变得很困难。“我很快意识到我没有足够的时间打理我的花园，”他回忆道，“我开始寻找可以远程浇水或检查植物的方法。”
当时，市场上可以帮助他的产品要么对爱好园艺的人来说过于昂贵，要么需要特殊的互联网连接，而他家在弗吉尼亚州马歇尔（Marshall, Va.）郊外的乡村农舍里无法获得这种连接。“这根本不切实际，”他说。于是，一个想法萌生了：如果 Mann 能学习物联网并创建自己的设置呢？
他确定关键在于使用经济实惠的传感器和带有螺线管（一种常用于驱动开关的电磁线圈）的电控阀；然后将它们连接到一个没有互联网连接的本地网络。不到一年，他就拥有了自己的“花园机器人”，配备了多种环境传感器，即使他不在花园，也能打理它们。他甚至增加了一架无人机进行额外的远程监控。
Mann 的个人项目迅速发展成为 AgriTech，他在弗吉尼亚州的农业技术咨询公司，并担任首席执行官。公司利用传感器数据分析、人工智能、物联网和 Grafana，帮助农民改善作物健康、最大化产量（及随之而来的利润）、削减成本并抵消二氧化碳排放。换句话说，他正在着手彻底改变农业产业。
挖掘工业大麻的潜力
Mann 的第一个目标是什么？工业大麻种植，这得益于他与弗吉尼亚州最大的工业大麻纤维种植商之一 Pure Shenandoah 的合作。
与用于种植大麻的、更为人熟知的开花植物不同，工业大麻是一种又长又高、像竹子一样生长的茎状植物，不供人食用。但它有很多好处。未加工的大麻纤维可以进行商业规模化生产，用于制造建筑材料（您的房子可能由大麻混凝土建造！）以及普通商品，如绝缘材料（工业大麻比玻璃纤维更防火）、动物垫料、机织物、卫生纸、厨房用纸和纸巾。趣闻：二战期间，美国政府发起了一场“大麻促胜利”（Hemp for Victory）运动，鼓励农民种植用于制造海军绳索的大麻。工业大麻甚至可以用于建造高速公路旁的隔音屏障——或者像 Pure Shenandoah 的情况一样，你可以用这种材料为弗吉尼亚州埃尔克顿（Elkton, Va.）的第一家门店增加设计元素，以作为额外的点缀。
工业大麻纤维的多功能性并非其唯一的卖点。“农民是按捆种植的大麻获得报酬的，工业大麻作为一种经济作物和农民未来的可行产业，潜力巨大，”Mann 说。
但是，Mann 指出，工业大麻被禁止的时间太长，导致最佳种植实践已经失传。“这就是 Grafana 发挥作用的地方，利用数据来恢复失落的知识，并持续构建我们对这种神奇工业作物的理解，”他说。
举例来说：2020 年，Pure Shenandoah 作为试点项目种植了 15 英亩，总产量约为四吨（约 8,800 磅）。当 Pure Shenandoah 于 2021 年与 AgriTech 合作时，他们将种植面积扩大到 500 多英亩工业大麻，产出 75 万磅纤维。今年，Pure Shenandoah 正计划在弗吉尼亚州的 20 多个合作农场种植 800 多英亩工业大麻纤维。每个农场将运行一个本地或云端的 Grafana 实例，将数据直接从农场流式传输到 AgriTech 构建和管理的仪表盘。
Pure Shenandoah 种植总监 Jacob Johnson 表示：“[Alex] 建立的系统推动我们在弗吉尼亚州三年的种植中取得了最佳结果。”
Pure Shenandoah 一个温室的 90 天数据点快照，显示（从上到下）多个温度和湿度传感器、降雨、闪电、风速、光照度和能源消耗。
发展的种子
当 Mann 最初开始他的个人花园监控项目时，他使用 Node Red 构建简单的仪表盘来观察数据和指标。“我有一个很好的数据库——它很干净，数据点标记得很清楚，组织得也很整齐，但我不太喜欢数据库在仪表盘上的呈现方式。它感觉非常基础，几乎是块状的，”他说。
快速的谷歌搜索其他选项，他发现了 Grafana 仪表盘的图片。“我看到了那些非常美观、功能强大、复杂的仪表盘，我想，‘这看起来太酷了。这正是我想要的，’”他说。“我是一个非常视觉化的学习者，所以看电子表格里的数据只会让我头痛。”
他使用 Raspberry Pi 和基于 Python 的 Home Assistant OS，开始将 Grafana 插件作为本地容器安装在他的 Raspberry Pi 服务器上。然后 Mann 设置了一个 Tempest 气象站来监控温度和其他数据。“我能够使用 Tempest 的 API 将气象站的数据直接馈送到 InfluxDB 中，”他说，“从那里，它直接进入 Grafana 进行可视化和生成仪表盘，这非常令人兴奋。”
当他决定创办 AgriTech 时，Mann 开始利用周末时间在弗吉尼亚州福基尔县（Fauquier County）各地拜访当地农民。“我会免费为他们进行无人机扫描，生成多光谱报告，并帮助他们了解这种可以用于辅助他们运营的新工具，”他说。
边缘计算对 AgriTech 的起步和未来都至关重要。无人机使公司能够计算从种子萌芽的单株植物数量，计算生物质，并测量叶绿素密度（计算碳封存的关键），而 Mann 正在通过部署更先进的户外田间监测站 Arable 来扩展 AgriTech 的服务，用于本季作物。
AgriTech 的旗舰无人机在一大片工业大麻田前摆拍。通过使用 SlantRange 4p 多光谱传感器，公司能够在肉眼可见之前测量和量化农业运营中的许多变量。
理想情况下，Mann 的目标是每 60 秒收集大约 70 个数据点，他们将深入研究从土壤（pH 值、电导率、氮含量、温度、湿度等）到阳光（紫外线暴露、太阳辐射等）的详细信息。
“我正在查看我可以量化的每一个环境输入，”他说。
收获取得成果
在与 AgriTech 合作之前，Pure Shenandoah 农场的运营是手动且耗时的。
Mann 为 Pure Shenandoah 设置的管理系统包括一个定制的应用程序，其中包含几个 Grafana 仪表盘，这些仪表盘将信息集中起来，以便更快、更好地做出决策。“一旦建好，我的客户就可以登录，数据就直接呈现在他们面前，这真的很酷，”他说。“他们早上会查看所有这些仪表盘，以便更好地了解温室里的情况以及如何应对。”
一个定制的 Grafana 仪表盘，顶部仪表显示所有温度读数，底部仪表显示所有湿度读数。Mann 解释道：“有了这个，客户不仅可以看到种植区域的情况，还可以将其与其他区域的环境条件进行比较，从而更全面地了解他们的运营情况。”
例如，实时可视化温室中不断升高的温度和快速下降的湿度可以立即产生影响。农民可以很容易地判断出植物需要在早上 10 点左右浇水，以抵消温室中正在发生的蒸发。“这是一个简单的电子表格无法告诉你的新奇事物，但在 Grafana 中，数据一进来我们就能直接看到，”Mann 说。
如果出现问题，Pure Shenandoah 团队现在可以立即检测到，避免造成任何真正的损失。如果断路器跳闸导致温室风扇断电，可能会对植物造成毁灭性影响。Mann 解释说，通过 Grafana，“我能够使用 if/then 语句设置告警：如果功率下降到低于这么多瓦特，则发送告警。”他补充道，“这确实救了我们几次。这双额外的眼睛和耳朵像一份保险单一样照看着我们。”
由于用于手动监控和排除农场周围问题的时间和资源减少，Pure Shenandoah 的 Johnson 说，“这给了我们真正开始了解运营费用的机会。”
公司在 2021 年成功将自动化引入了电力和灌溉运营，这使得种植者可以远程管理他们的作物，并收集更多关于电力、水和其他重要变量的数据。
在 Alex 之前，我们所有的电力和灌溉都只能手动开关。现在，我可以通过他配置的应用程序检查和互动，远程照料植物，甚至不用离开家。通过使用 Grafana 的仪表盘可视化我们的使用指标，我能够自信地做出实时决策。
Jacob Johnson，Pure Shenandoah 种植总监
Pure Shenandoah 特别热衷于分析和优化能源使用，因此 Mann 构建了一个 Grafana 仪表盘（下图）来帮助实时计算和跟踪公司的日常能源足迹和总电力消耗。
Mann 甚至发掘了 Pure Shenandoah 可以更高效使用能源的定向方法。下图显示了 Pure Shenandoah 农场的所有温度和湿度传感器。“在盛夏的高峰期，我们有大约五个不同的传感器——有些在室内，有些在室外，有些在不同的区域。能够看到温度在一天中不同时间或不同条件下如何变化，确实使我们能够校准并节省能源，”Mann 解释说，“我们发现，当温度升至 90 度以上时，我们可以设置主通风风扇的自动化规则使其开启；当温度降至 80 度以下时，使其关闭。”
尽管现在量化具体节约的金额还为时过早，但 Johnson 表示：“我可以向你保证，我们在公用事业和劳动力方面节省了一大笔钱。我们期待着未来几年不断增加更多的自动化。”
播种未来
由于工业大麻对当今农民来说是一种新作物，因此关于如何种植存在许多未知数。作为 AgriTech 工作的一部分，公司正在与 Pure Shenandoah 合作进行研究试验。Mann 在温室中建立了一个完全自动化的受控环境，以实现最佳的手工大麻生产。
“我们正在种植不同品系的商业纤维品种，并试图鉴定不同的品系或基因组。我们希望有选择地培育更适合这种环境的品种，”Mann 说。
通过数据跟踪，AgriTech 可以验证作物投入了什么，并测量投入和产出，这可以随着时间推移带来更好的结果。Grafana 在其中发挥着重要作用。“能够利用仪表盘确实很有帮助，因为我们可以微调环境，让植物处于特定条件下，然后观察它们的反应。”因此，他们可以找到随着时间推移改进流程的方法。有了这些信息，Mann 希望能编写一本关于如何种植大麻纤维的百科全书或“食谱卡”。
Johnson 说：“Alex 安装的想法和系统使大规模种植高质量大麻的紧张过程变得轻松了许多。”
Grafana 在 AgriTech 的服务中也扮演着重要的双重角色。“我使用 Grafana 的目标是可视化地表示数据流经我们网络的方式，并能够实时获得关于我们碳足迹的创新洞察，”他说。
事实上，大麻的一个重要特性是对环境影响有限。“它可以长期储存二氧化碳，”这使得它比传统作物对环境更好。其高度的永久性使其在碳信用市场中更具价值。农民获得的信用额越多，就能产生越多收入。
使用 Grafana 对 AgriTech 的合作农民获得这些信用额非常有帮助。“能够为我们的第三方碳信用验证机构提供仪表盘，帮助他们验证和审计我们的运营，”Mann 解释道。
收获效益
Mann 指出，传统的农业方法和技术“有些低效”，并且往往需要大量外部肥料、外部除草剂和杀虫剂的投入。他认为这并不是必需的。“如果我们在这些运营中部署创新和新颖的技术，我们就能真正深入了解田间的情况，并能够做出更好的运营决策，随着时间推移变得更好，并实现可持续发展。”
Johnson 说：“Alex 的辛勤工作与可持续的视角相结合，这对于农业的未来非常重要。”
Mann 说：“我辞去了高薪工作，去追求这个梦想。在创造就业机会、帮助农民和丰富社区方面有很大的潜力……我真的想尽一切努力向人们传授工业大麻的好处，以及如何利用技术造福农业领域。”
