通过将 Grafana 作为其 IoT 监控解决方案的一部分，AgriTech 帮助工业大麻种植者将产量提高了 4 倍

2019 年，Alexander Mann 在微芯片行业工作，每天工作 12 小时，这让他远离了他最喜欢的消遣活动之一——园艺。Mann 的根基在弗吉尼亚州的乡村地区，他在福基尔县长大，那里周围是数千英亩的农田。那时，他投入大量精力种植了 14 个品种的西红柿、南瓜、黄瓜、西葫芦、豆类、豌豆、菠菜和向日葵。（他会把西红柿和菠菜卖给当地一家餐馆，剩下的分给亲朋好友。）但他繁重的工作日程让这一切变得困难。“我很快意识到我没有足够的时间照顾我的花园，”他回忆道。“我开始寻找可以远程浇水或查看植物的方法。”

当时市面上能帮助他的产品，对于业余园丁来说要么过于昂贵，要么需要在他位于弗吉尼亚州马歇尔郊外的乡村农舍里无法获得的特殊互联网连接。“这根本不可行，”他说。然后一个种子被种下了：如果 Mann 能学习 IoT 并创建自己的设置呢？

他确定关键在于使用成本效益高的传感器和带有螺线管（一种常用于为开关供电的电线圈）的电动阀门；然后将它们连接到没有互联网连接的本地网络。一年之内，他就拥有了自己的“花园机器人”，配备了众多环境传感器，即使不在花园也能照顾植物。他甚至添加了一架无人机用于额外的远程监控。

Mann 的个人项目迅速发展成为 AgriTech，一家他担任 CEO 的总部位于弗吉尼亚州的农业技术咨询公司。该公司利用传感器数据分析、AI、IoT 和 Grafana 来帮助农民改善作物健康，最大化产量（及由此产生的利润），降低成本，并抵消其二氧化碳排放。换句话说，他正着手彻底改变农业产业。

发掘工业大麻的潜力

Mann 的第一个目标？得益于他与弗吉尼亚州最大的工业大麻纤维种植商之一的 Pure Shenandoah 建立的合作关系，他锁定了工业大麻种植。

与用于种植大麻的更著名的开花植物不同，工业大麻是一种长而高、茎杆状的植物，生长像竹子一样，不供人类食用。但它有很多好处。生大麻纤维可以大规模工业化生产，用于制造建筑材料（您的家可以用“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、纸巾和面巾纸。有趣的是：在二战期间，美国政府发起了一场“为胜利种大麻”运动，鼓励农民种植大麻，用于制造海军所需的绳索。工业大麻甚至可以用于制造公路旁的隔音屏障——或者就 Pure Shenandoah 而言，您可以在弗吉尼亚州埃尔克顿的第一家店面中加入这种材料的设计元素，以达到画龙点睛的效果。

工业大麻纤维的多功能性并非其唯一的卖点。“农民按他们种植的每捆（大麻）获得报酬，工业大麻有巨大的潜力成为一种经济作物，并为未来的农民提供可行的产业，”Mann 说。

但是，Mann 指出，工业大麻已经被禁太久，以至于最优种植方法的最佳实践已经失传。“这正是 Grafana 发挥作用的地方，它利用数据来恢复失传的知识，并继续构建我们对这种令人惊叹的工业作物的理解，”他说。

例如：2020 年，Pure Shenandoah 种植了 15 英亩作为试点项目，总产量约为四吨（约 8,800 磅）。当 Pure Shenandoah 在 2021 年与 AgriTech 合作时，他们扩大种植面积至略超过 500 英亩工业大麻，产量达到 75 万磅纤维。今年，Pure Shenandoah 计划在弗吉尼亚州的 20 多个合作农场种植超过 800 英亩工业大麻纤维。每个农场都将在本地或云端运行一个 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中。

“ [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迄今为止最好的成果，”Pure Shenandoah 种植总监 Jacob Johnson 说。

来自 Pure Shenandoah 一个温室的 90 天数据点的快照显示（从上往下）多个温度和湿度传感器、降雨、闪电、风速、亮度以及能源消耗。

发展的种子

当 Mann 第一次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。“我有一个好的数据库——它很干净，数据点标记得很好，组织有序，但我不太喜欢我的数据库在仪表盘上呈现的方式。它感觉非常基础，几乎像积木一样，”他说。

快速谷歌搜索其他选项时，出现了 Grafana 仪表盘的图片。“我看到了这些非常漂亮、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。“我是一个非常直观的学习者，所以看着一张电子表格的数据只会让我头疼。”

使用 Raspberry Pi 和基于 Python 的 Home Assistant OS，他开始在其 Raspberry Pi 服务器上将 Grafana 插件作为一个本地容器使用。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输入到 InfluxDB 中，”他说。“从那里，数据直接进入 Grafana 进行可视化和仪表盘展示，这相当令人兴奋。”

当他决定创立 AgriTech 时，Mann 开始利用周末时间走访弗吉尼亚州的福基尔县，拜访当地农民。“我会免费进行无人机扫描，生成多光谱报告，并帮助他们了解这个可以用来帮助他们运营的新工具，”他说。

边缘计算对于 AgriTech 的起步与其未来同等重要。无人机使公司能够统计每株植物从种子中萌发的情况，计算生物量并测量叶绿素密度（碳固存的关键），并且 Mann 正通过在本季作物中部署更先进的室外田间监测站 Arable 来扩展 AgriTech 的服务。

AgriTech 的主力无人机在一大片工业大麻田前摆姿势。利用 SlantRange 4p 多光谱传感器，该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 秒接收大约 70 个数据点，这些数据点将深入到从土壤（pH 值、电导率、氮含量、温度、水分含量等）到阳光（紫外线照射、太阳辐射等）的详细信息。

“我正在查看所有可以量化的环境输入，”他说。

收获成果

在与 AgriTech 合作之前，Pure Shenandoah 农场的运营是人工的且耗时。

Mann 为 Pure Shenandoah 建立的管理系统包含一个定制应用程序，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。“一旦构建完成，我的客户就可以登录，数据就呈现在他们面前，这真的很酷，”他说。“他们会在早上查看所有这些仪表盘，以便更好地了解温室里发生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 解释说：“有了它，客户不仅可以看到种植区域发生的情况，还可以将其与其他区域的环境条件进行比较，从而对他们的运营状况有一个更全面的了解。”

例如，实时可视化温室中温度升高和湿度迅速下降可以立即产生影响。农民可以很容易地判断植物在上午 10 点（假设）需要浇水，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知的新奇事物，但有了 Grafana，数据一进来我们就能看到它就在我们眼前，”Mann 说。

如果发生问题，Pure Shenandoah 团队现在可以立即检测到，避免造成真正的损失。如果断路器跳闸，温室风扇失去电力，可能会对植物造成毁灭性影响。Mann 解释说，有了 Grafana，“我能够使用 if/then 语句设置告警：如果功率降至低于某个瓦数，则发送告警。”他补充说，“这实际上救了我们几次。这双额外的眼睛和耳朵为我们看守着，就像一份保险单。”

Pure Shenandoah 的 Johnson 表示，由于花在手动监控和解决农场问题上的时间和资源减少了，“这让我们有机会真正开始了解运营费用。”

该公司在 2021 年将自动化引入其电力和灌溉运营中，这使得种植者可以远程管理作物，并收集更多关于电力、水和其他重要变量的数据。

在 Alex 之前，我们所有电力和灌溉都只有手动开关。现在，我可以通过他配置的应用程序远程查看和与植物互动，甚至不用离开家。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其能源使用，因此 Mann 构建了一个 Grafana 仪表盘（见下文），帮助实时计算和跟踪该组织的每日能源足迹和总功耗。

Mann 甚至找到了 Pure Shenandoah 可以提高能源效率的具体方法。下面的仪表盘显示了 Pure Shenandoah 农场的所有温度和湿度传感器读数。“在盛夏高峰期，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，这确实让我们能够调整和节省能源，”Mann 解释说。“我们发现可以为主通风风扇设置自动化规则，当温度升至 90 度以上时开启，降至 80 度以下时关闭。”

尽管现在量化确切的节省还为时尚早，但 Johnson 指出，“我可以向您保证，我们在水电费和人工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

由于工业大麻对于当今的农民来说是一种新作物，关于如何种植它有很多未知数。作为 AgriTech 工作的一部分，该公司正与 Pure Shenandoah 合作进行研究试验。Mann 在一个温室中建立了一个受控环境，该环境完全自动化，以实现最佳的精良大麻生产。

“我们正在种植不同品系的商业纤维变种，并试图识别不同的品系或基因组。我们希望通过选择性育种来培育那些更适合这个环境的品系，”Mann 说。

通过数据跟踪，AgriTech 可以验证作物投入的内容，并测量投入和产出，从而随着时间的推移带来更好的结果。Grafana 在其中起着重要作用。“能够使用仪表盘确实有帮助，因为我们可以微调环境，让植物处于特定条件，然后观察它们的反应。”因此，他们可以找出随着时间推移改进过程的方法。通过这些信息，Mann 希望能整理出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 的目标是直观地呈现流经我们网络的数据，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有利。其高度的永久性使其在碳信用市场中更具价值。农民获得的信用额度越多，他们就能产生越多的收入。

使用 Grafana 在 AgriTech 的合作农民获得这些信用方面提供了巨大帮助。“拥有一个仪表盘供我们的第三方碳信用验证机构使用，有助于他们验证和审计我们的运营，”Mann 解释说。

收获效益

Mann 指出，传统的农业方法和技术“效率有些低下”，而且往往需要大量外部肥料、除草剂和杀虫剂的投入。他认为这没有必要。“如果我们部署创新和新颖的技术来开展这些运营，我们就能真正深入了解田间发生的情况，并能够做出更好的运营决策，从而随着时间的推移变得更好，并实现可持续发展。”

Johnson 说：“ Alex 辛勤的工作与可持续发展的视角相结合，这对于农业的未来非常重要。”

“我辞掉了高薪工作，去追逐这个梦想，”Mann 说。“这在创造就业、帮助农民、丰富社区方面有巨大潜力……我真的想尽我所能教导人们了解工业大麻的好处，以及如何将技术用于农业领域的善意。”