一、关键信息
- Seeed解决方案： SenseCAP LoRaWAN传感器（S2104 – 土壤湿度温度传感器、S2101- 空气温湿度传感器、S2102 – 光照强度传感器、S2103 – CO2温湿度传感器、大气压力传感器）、SenseCAP户外网关、SenseCAP Portal、SenseCAP Mate应用程序
- 创建者： Shaukatali Zahir Hussein、Sahil Abdulalim、Said Kassim、Rahma Mussa
- 合作伙伴： TOIO、Robotech Labs、Seeed Studio
- 应用行业： 农业
- 部署地点： 坦桑尼亚（坦噶）
二、背景
坦桑尼亚经济发展中面临的最大农业挑战之一是畜禽优质饲料问题，如图1所示。不幸的是，目前获取优质饲料补充剂的方法和程序会造成自然资源的过度使用和对环境的不利影响。
图1. 优质畜禽饲料
（图片来源：FUSMAR）
坦噶地区虽然拥有悠久的传统农业历史，但尚未充分应用智慧农业技术和可以实现数字化、自动化的新技术，来替代劳动密集型的传统方式。据Shaukatali Zahir Hussein——坦桑尼亚开放创新组织（TOIO）和Robotech Labs的创始人兼技术总监（图2）表示，这种知识差距正在随着时间推移而加深。波动的微气候模式导致作物歉收，这确实使当地人民感到沮丧。
图2. Shaukatali Zahir Hussein
（图片来源：Shaukatali Zahir Hussein）
Shaukatali分享了他对该项目背景的深入思考：
“坦噶地区27+个地区约40%的人从事农业活动——这是他们日常生计的手段。起初，我们需要拜访他们了解需要解决的具体农业挑战类型，以便我们能够找出应该传授和推进哪些技术技能和知识。考虑到项目必须独特、易于适应和采用，同时确保市议会会促进其推广，我们决定通过AIoT（人工智能物联网）开展智慧黑水虻（BSF）养殖。该项目的一些优势是使用有机食物垃圾喂养黑水虻幼虫——这是对环境危害较小的明智选择，而产生的堆肥被用作副产品，减少了农业对化肥的需求。最重要的是，它不需要太多空间和材料来建立，因为大部分材料都是当地采购的。确保最大效率唯一缺少的是能够监测直接影响黑水虻生长和健康的重要环境参数的物联网传感器（图3）。因此，我们部署了Seeed的SenseCAP LoRaWAN传感器和户外网关来远程监测环境。现在，人们可以在智能手机上实时和按时间顺序监测每个环境参数。”
图3. 黑水虻生命周期
（图片来源：Jennifer Larouche）
三、挑战
目前饲喂畜禽的饲料都需要高蛋白质含量。在坦桑尼亚，这种蛋白质来自豆粕或鱼粉，两者都以不可持续的速度消耗大量自然资源。令人鼓舞的是，越来越多的人开始关注黑水虻养殖，将其视为一种替代性、低成本且可持续的动物饲料蛋白质生产方式，因为它只需要人类的有机废料就能生长！
黑水虻是非洲本土昆虫，其幼虫含有鱼类、家禽和猪类饲料所需的约45%蛋白质（图4）。该饲料可以活体喂养畜禽，也可以干燥加工制成蛋白粉。如何使黑水虻养殖变得更加可持续和智能？确实，挑战在于找出如何数字化监测和维护最适合黑水虻不同生长、交配和健康阶段的生活环境。
图4. 基于黑水虻幼虫的动物饲料如何使农民受益？
（图片来源：洛克菲勒基金会）
四、解决方案
TOIO是一个专注于在坦桑尼亚开发各种当地社区主导倡议的非营利组织。在TOIO的牵头下，坦噶当地大学生和市民共同创建了”黑水虻养殖-蛋白质生产”项目，这是一种通过监测和优化黑水虻生活环境实现资源高效、低成本蛋白质生产的方法。该项目通过部署Seeed的SenseCAP LoRaWAN传感器（S2104 – 土壤湿度温度传感器、S2101- 空气温湿度传感器、S2102 – 光照强度传感器、S2103 – CO2温湿度传感器、大气压力传感器）、SenseCAP户外网关、SenseCAP Portal和SenseCAP Mate应用程序（图5）来实现。顺便说一下，对于那些需要在室内安装网关的用户，SenseCAP M2多平台LoRaWAN室内网关是一个很好的选择。它专为室内使用而设计，提供经济实惠的解决方案，完全满足他们的需求。该项目旨在培育智慧黑水虻养殖，作为一种替代性、可持续且易于获得的蛋白质生产方法，以补充动物饲料。
五、为什么选择SenseCAP传感器和户外网关？
作为Seeed IIoT（工业物联网）产品系列的首批发布产品，SenseCAP专注于无线环境感知应用：智慧农业、精准农业和智慧城市等。它由硬件产品（传感器、数据记录仪、网关）、软件服务（SenseCAP Portal、SenseCAP Mate应用程序、开放仪表板）以及用于设备和数据管理的API组成。新一代LoRa传感器S21XX/A110X系列通过LoRaWAN为用户提供工业级远距离数据采集。该系列适用于各种不同行业，如智慧农业、智能建筑和工业控制。具有IP66防护等级、-40至+85°C工作温度和内置19Ah大容量电池，结合设备的低功耗，该系列可在恶劣的户外环境中运行长达10年，传输距离可达10公里。内置蓝牙便于设置，大大降低了大规模部署成本。用户可以专注于应用开发，轻松设置，几步即可开始获取数据。只需安装设备，使用二维码绑定并配置网络，然后即可从SenseCAP门户查看数据，该门户支持HTTP和MQTT等流行的物联网协议。了解更多传感器信息请点击这里。
基于这一背景，选择SenseCAP传感器、户外网关和软件用于黑水虻养殖，因为它们可以监测黑水虻农场的天气条件并确保最高产卵率——所有这些都通过维护黑水虻的最佳生长环境来实现。Shaukatali和他的团队在选择最佳物联网产品时考虑了3个要素：
- 物联网产品经济实惠且具有成本效益，可无线测量环境参数，无需任何繁杂的电缆
- 在计算机和智能手机上配置简单，数据可视化清晰
- 自动化接收每个环境参数监测状态更新的每小时通知
Shaukatali友善地表示，
“因此，这就是SenseCAP对我们的应用来说完全合理且是最佳选择的原因！”
六、成果
需要持续监测的环境参数包括空气温湿度、大气压力、土壤湿度和温度、光照强度以及CO2。理想情况下，需要有适合黑水虻交配的充足光照，空气温度需要在26-28°C之间，湿度在60-70%之间。基质中的湿度水平需要足够让黑水虻卵孵化成幼虫，确保它们不会随时间硬化，并防止幼虫四处移动。因此，当环境参数超出预定数值范围时，当地人会在智能手机上收到消息通知，以采取预防措施维护黑水虻生命周期各个时期的最佳环境范围（图6）。
图6. 智慧黑水虻农场环境数据在SenseCAP Portal上的可视化
（图片来源：Shaukatali Zahir Hussein）
在室内监测小型黑水虻农场环境周围3-4天后，黑水虻幼虫已开始在适宜的孵化环境中成功孵化。考虑到黑水虻养殖在非洲广泛应用以替代6000万吨传统饲料生产和肥料的潜力，预计可创造1500万个就业机会，避免8600万吨CO2排放，并将粗蛋白市场价值提高到26亿美元。如图7所示，在该项目成功完成后，来自坦桑尼亚不同地区的200多名当地人和政府官员参观了支持SenseCAP的智慧黑水虻农场，了解未来农业实践的全新世界！为坦桑尼亚的光明未来喝彩，为勇敢开拓智慧可持续社会道路的年轻人喝彩！
图7. 坦桑尼亚当地人和政府官员参观支持SenseCAP的智慧黑水虻农场
（图片来源：Shaukatali Zahir Hussein）
“到目前为止，最棒的是能够与该地区不同区域的社区成员分享这个项目。他们对AIoT支持的智慧黑水虻养殖的难以置信和震惊！他们确实发现这个项目很吸引人，现在愿意组建社区青年团体从市议会获得贷款，开始建立自己的农场。这太棒了！”
——Shaukatali Hussein，TOIO创始人兼执行董事
七、关于创建者
TOIO是一个非营利组织，专注于通过提供相关技能培训和关于其多元兴趣领域的专业知识分享，促进当地人民的自我赋权，从而开发各种当地社区主导的倡议、项目和活动。最终，它旨在帮助建立直接由当地人民自己领导的当地合作社，使他们拥有可持续的生计。
Robotech Labs是一个创客空间，为当地社区提供一系列创新和前沿解决方案。如果您正在寻找软件开发、产品设计或原型制作，Robotech Labs拥有前沿的专业知识和经验来帮助您将想法付诸实践。