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天然橡膠與鋼鐵、煤炭和石油并稱為四大工業原料，目前被廣泛地應用于工業、軍事和民用等各個領域，是國防、航空及基礎設施建設的重要原料。中國是全球最大的天然橡膠進口國和消費國，據中國橡膠工業協會的數據顯示，我國有85%以上的天然橡膠依賴進口，且該比例呈現逐年攀升的態勢。 傳統橡膠采集（即割膠生產）高度依賴人工。當前，全球天然橡膠產業遇到的最大發展瓶頸是割膠工嚴重短缺。據不完全統計，全球膠工缺失過半，極大制約了橡膠行業的發展。 割膠工作晝伏夜出，勞動強度高，工作環境惡劣，工人從事割膠工作的意愿下降。隨著社會和經濟的發展，膠工流失日趨嚴重，膠工隊伍面臨著后繼無人的困境。受新冠肺炎疫情影響，一些產膠大國由于國外勞動力無法流動，大量膠樹無人割膠，也影響了近年來的橡膠產量。 因此，實現天然橡膠生產自動化，用機器割膠替代人工割膠，已經成為促進行業可持續發展的必由之路，相關智慧膠園解決方案也成為技術剛需。Semtech合作伙伴杭州海聯物聯科技有限公司（以下簡稱“海聯物聯”）為農業自動化、消防安全、智慧工業等領域提供物聯網通訊系統方案。針對智慧膠園的市場需求，海聯物聯使用Semtech LoRa 器件開發了AsterNet組網方案，實現了精準割膠，相比人工割膠，產能提升50%以上。 
自動化橡膠采集系統的技術痛點： 1. 橡膠園橡膠樹排布密集，往往每3-5米就有一棵橡膠樹，且傳輸環境為熱帶雨林環境，因此需要傳輸方案解決高設備密度通訊時的信號碰撞問題和覆蓋距離問題。 2. 橡膠樹的產量與割膠時機有非常大的關系，割膠指令需要根據環境參數調整后下發，因此通訊延遲將直接影響橡膠樹的膠水產量，要求方案具有低延遲、高并發的特點。 3. 為了減少割膠機維護工作，割膠機采用電池供電，要求傳輸方案具有較低的功耗。 基于LoRa的自動化橡膠采集系統 海聯物聯基于Semtech LoRa器件開發的AsterNet自組網系統，深度結合TDMA和FDMA方案，能夠針對性地滿足割膠機應用中對通訊系統低功耗、低延遲、高密度等需求，很好地解決了上述智慧橡膠園部署的痛點。 同時，海聯物聯開發了端到端的自動化橡膠采集控制系統。該系統包含設備端（即割膠機）、網關、網絡服務器、應用服務器四大主要模塊。其中，設備、網關之間用基于LoRa的通信網絡進行數據傳輸，網關通過以太網或4G和服務器通信。該套物聯網平臺具有強大的連接能力，支持本地和云端部署模式、橫向拓展計算能力，能夠無縫接入更多的設備。 根據海聯物聯的統計，使用該系統進行智能割膠和精準割膠，相比人工割膠提升了50%以上的產能，大大減少了天然橡膠對人工割膠的依賴，解決了目前人工割膠產能嚴重不足、人工缺失、大量棄割等痛點。目前，海聯物聯已經協助終端客戶在海南、廣東、云南、泰國等地的橡膠園實現了批量部署。 憑借LoRa遠距離、低功耗、易部署的技術特點，以及“自組、安全、可控”的應用優勢，該方案的主要技術特點包括： • 支持高設備密度：單個網關即可輕松覆蓋上萬個終端節點，實現數萬個設備同時割膠及短時間回傳，降低了部署成本。 • 支持高系統容量：組網協議運行在NS（Network Server），設備管理、網絡優化等設計與運行在網關的自主網相比，相對不受算力限制。 • 低通訊延遲：網關使用了LoRa CoreTM SX130x系列基帶芯片，可以輕松實現FDMA，使整個系統支持高設備密度的同時保證通訊低延遲；單網關下上萬個設備于短時間內數據回傳，滿足智慧膠園應用對低延遲、高并發的需求。 • 低功耗：同等功耗下，LoRa器件可以將信號傳輸得更遠。相比其他通訊技術，該方案具有更高的時間與能量利用效率。 • 高可靠性：物聯網平臺采取一機一密的模式，保證數據傳輸的安全可靠。
圖1：系統框圖——海聯物聯基于LoRa的橡膠采集控制系統 在具體的部署方面，如圖1的系統框圖所示，設備端由主控和LoRa射頻組成，通過基于LoRa的自組網絡連接到網關，網關則通過以太網或4G連接服務器，設備管理在服務器端執行。物聯網平臺將數據推送給割膠應用平臺，在應用端進行集中化割膠管理，輸出大屏顯示模塊，同時配備APP，方便用戶在手機端隨時隨地查看、操作割膠動作。
圖2：智慧膠園管理應用界面
圖3：海聯物聯自動化橡膠采集系統現場部署1
圖4：海聯物聯自動化橡膠采集系統現場部署2 海聯物聯基于LoRa的智慧膠園組網系統也將在農業滴灌、工業控制等市場領域大幅度應用，目前海聯物聯正在規劃多套組網系統，為不同的應用市場或領域提供最合適的組網系統。 海聯物聯總經理徐海表示：“海聯物聯所推出的基于Semtech LoRa器件的AsterNet組網系統，已經很好地應用于智慧膠園，主要實現同步控制及單網關下上萬個設備于短時間內數據回傳。目前該方案在批量應用中效果顯著，真正滿足了客戶的需求，解決了客戶的痛點，并且相比人工提升了50%以上的產能。未來，我們將在智慧農業、工業、消防等應用領域推出更多基于LoRa的組網系統。” Semtech中國區銷售副總裁黃旭東表示：“物聯網部署能夠幫助人們提高生產效率，并且更好地保護自然資源，在綠色低碳發展時代將迎來更大的發展機遇。Semtech將持續支持海聯物聯開發智慧膠園方案，解決行業痛點。我們也期待與更多生態圈伙伴一起，開發基于LoRa的創新方案，推動更多行業的產能提升和智慧轉型。” |
