对于人类和我们消耗的农作物来说，水是人生最重要的资源。在世界各地，农业占所有淡水使用的70％。
我学习计算机技术在普渡大学理工学院和直接普渡大学环境网络技术（ENT）实验室，我们通过跨学科研究来应对可持续性和环境挑战农业互联网或Ag-iot。
这物联网是配备传感器的对象网络，因此它们可以通过Internet接收和传输数据。例子包括可穿戴健身设备，智能家居恒温器和自动驾驶汽车。
在农业中，它涉及无线地下通信，地下传感和土壤中的天线等技术。这些系统可帮助农民实时跟踪土地上的状况，并准确地施加水和其他投入，例如何时和何处。
尤其是，监测土壤中的条件有很大的希望，可以帮助农民更有效地使用水。现在可以将传感器无线整合到灌溉系统中，以提供对土壤水分水平的实时认识。研究表明，该策略可以减少从任何地方的任何地方20％至72％没有阻碍在农田上进行日常操作。
即使在中东和北非等干燥的地方，也可以通过有效的水管理来耕种。但是，气候变化驱动的极端天气事件使这变得更加困难。美国西部的反复干旱在过去的20年中数十亿美元的作物损失。
水专家已经测量了土壤水分，以告知水管理和灌溉决策数十年。自动化技术已在很大程度上取代了手持式土壤水分工具，因为很难在偏远地区的生产领域进行手动土壤水分读数。
在过去的十年中，无线数据收集技术已开始提供实时访问土壤水分数据的访问，从而可以更好地进行水管理决策。这些技术还可以在公共安全，城市基础设施监测和食品安全方面具有许多先进的物联网应用。
农业互联网是一个网络收音机，天线和传感器那在现场收集实时的作物和土壤信息。为了促进数据收集，这些传感器和天线是互联无线设备。AG-IOT是一个完整的框架，可以检测到农田的条件，建议采取响应行动并将命令发送到农场机械。
野外的互连设备，例如土壤水分和温度传感器，使得控制灌溉系统并自主保护水。该系统可以安排灌溉，监视环境条件和控制农场机器，例如种子种植者和肥料施用者。其他应用程序包括估计土壤养分水平和识别害虫。
无线数据收集有可能帮助农民更有效地使用水，但是将这些组件放在地面上会带来挑战。例如，在普渡大学Ent实验室，我们发现，当传感器数据埋在土壤中的天线时，其工作特性会根据土壤的潮湿程度而发生巨大变化。我的新书，“”土壤中的信号，”解释了这种情况是如何发生的。
农民在田野中使用重型设备，因此必须将天线埋葬得足够深，以避免损坏。随着土壤变湿，水分会影响传感器网络与控制系统。土壤中的水吸收信号能量，从而削弱了系统发送的信号。密集的土壤还可以阻止信号传输。
我们已经发展了理论模型和天线这通过改变操作频率和系统带宽来减少土壤对地下通信的影响。使用此天线，将传感器放在顶部的土壤中可以为灌溉系统提供实时的土壤条件信息距离高达650英尺（200米）- 比两个足球场更长。
我开发了用于改善土壤中无线通信的另一个解决方案是使用定向天线集中信号沿所需方向。直接通向空气的天线也可以用于远程无线地下通信。
随着AG-iot的成熟，网络安全变得越来越重要。农场的网络需要高级安全系统保护他们传递的信息。还需要解决解决方案，使研究人员和农业推广代理能够合并多个农场的信息。以这种方式汇总数据将对水利用等问题产生更准确的决策，同时保留种植者的隐私。
这些网络还需要适应不断变化的当地条件，例如温度，降雨和风。季节性变化和作物生长周期可以暂时改变AG-Iot设备的工作条件。通过使用云计算和机器学习，科学家可以帮助AG-OIT响应周围环境的变化。
最后，缺乏高速互联网访问是在许多农村社区中仍然是一个问题。例如，许多研究人员将无线地下传感器与AG-IOT集成了中心枢轴灌溉系统，但是没有高速互联网访问的农民无法安装这种技术。
将基于卫星的网络连接与AG-IOT集成可以帮助非连接的农场宽带连接仍然不可用。研究人员还正在开发使用无人机的车辆安装和移动AG-IOT平台。这样的系统可以在现场提供连续的连通性，从而使数字技术可用于更多地方的更多农民。
阿卜杜勒·萨拉姆（Abdul Salam）是普渡大学计算机和信息技术的助理教授。
