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天然橡胶与钢铁、煤炭和石油并称为四大工业原料，目前被广泛地应用于工业、军事和民用等各个领域，是国防、航空及基础设施建设的重要原料。中国是全球最大的天然橡胶进口国和消费国，据中国橡胶工业协会的数据显示，我国有85%以上的天然橡胶依赖进口，且该比例呈现逐年攀升的态势。
传统橡胶采集（即割胶生产）高度依赖人工。当前，全球天然橡胶产业遇到的最大发展瓶颈是割胶工严重短缺。据不完全统计，全球胶工缺失过半，极大制约了橡胶行业的发展。
割胶工作昼伏夜出，劳动强度高，工作环境恶劣，工人从事割胶工作的意愿下降。随着社会和经济的发展，胶工流失日趋严重，胶工队伍面临着后继无人的困境。受新冠肺炎疫情影响，一些产胶大国由于国外劳动力无法流动，大量胶树无人割胶，也影响了近年来的橡胶产量。
因此，实现天然橡胶生产自动化，用机器割胶替代人工割胶，已经成为促进行业可持续发展的必由之路，相关智慧胶园解决方案也成为技术刚需。Semtech合作伙伴杭州海联物联科技有限公司（以下简称“海联物联”）为农业自动化、消防安全、智慧工业等领域提供物联网通讯系统方案。针对智慧胶园的市场需求，海联物联使用Semtech LoRa® 器件开发了AsterNet组网方案，实现了精准割胶，相比人工割胶，产能提升50%以上。
自动化橡胶采集系统的技术痛点：
1. 橡胶园橡胶树排布密集，往往每3-5米就有一棵橡胶树，且传输环境为热带雨林环境，因此需要传输方案解决高设备密度通讯时的信号碰撞问题和覆盖距离问题。
2. 橡胶树的产量与割胶时机有非常大的关系，割胶指令需要根据环境参数调整后下发，因此通讯延迟将直接影响橡胶树的胶水产量，要求方案具有低延迟、高并发的特点。
3. 为了减少割胶机维护工作，割胶机采用电池供电，要求传输方案具有较低的功耗。
基于LoRa的自动化橡胶采集系统
海联物联基于Semtech LoRa器件开发的AsterNet自组网系统，深度结合TDMA和FDMA方案，能够针对性地满足割胶机应用中对通讯系统低功耗、低延迟、高密度等需求，很好地解决了上述智慧橡胶园部署的痛点。
同时，海联物联开发了端到端的自动化橡胶采集控制系统。该系统包含设备端（即割胶机）、网关、网络服务器、应用服务器四大主要模块。其中，设备、网关之间用基于LoRa的通信网络进行数据传输，网关通过以太网或4G和服务器通信。该套物联网平台具有强大的连接能力，支持本地和云端部署模式、横向拓展计算能力，能够无缝接入更多的设备。
根据海联物联的统计，使用该系统进行智能割胶和精准割胶，相比人工割胶提升了50%以上的产能，大大减少了天然橡胶对人工割胶的依赖，解决了目前人工割胶产能严重不足、人工缺失、大量弃割等痛点。目前，海联物联已经协助终端客户在海南、广东、云南、泰国等地的橡胶园实现了批量部署。
凭借LoRa远距离、低功耗、易部署的技术特点，以及“自组、安全、可控”的应用优势，该方案的主要技术特点包括：
- 支持高设备密度：单个网关即可轻松覆盖上万个终端节点，实现数万个设备同时割胶及短时间回传，降低了部署成本。
- 支持高系统容量：组网协议运行在NS（Network Server），设备管理、网络优化等设计与运行在网关的自主网相比，相对不受算力限制。
- 低通讯延迟：网关使用了LoRa CoreTM SX130x系列基带芯片，可以轻松实现FDMA，使整个系统支持高设备密度的同时保证通讯低延迟；单网关下上万个设备于短时间内数据回传，满足智慧胶园应用对低延迟、高并发的需求。
- 低功耗：同等功耗下，LoRa器件可以将信号传输得更远。相比其他通讯技术，该方案具有更高的时间与能量利用效率。
- 高可靠性：物联网平台采取一机一密的模式，保证数据传输的安全可靠。
图1：系统框图——海联物联基于LoRa的橡胶采集控制系统
在具体的部署方面，如图1的系统框图所示，设备端由主控和LoRa射频组成，通过基于LoRa的自组网络连接到网关，网关则通过以太网或4G连接服务器，设备管理在服务器端执行。物联网平台将数据推送给割胶应用平台，在应用端进行集中化割胶管理，输出大屏显示模块，同时配备APP，方便用户在手机端随时随地查看、操作割胶动作。
图2：智慧胶园管理应用界面
图3：海联物联自动化橡胶采集系统现场部署1
图4：海联物联自动化橡胶采集系统现场部署2
海联物联基于LoRa的智慧胶园组网系统也将在农业滴灌、工业控制等市场领域大幅度应用，目前海联物联正在规划多套组网系统，为不同的应用市场或领域提供最合适的组网系统。
海联物联总经理徐海表示：“海联物联所推出的基于Semtech LoRa器件的AsterNet组网系统，已经很好地应用于智慧胶园，主要实现同步控制及单网关下上万个设备于短时间内数据回传。目前该方案在批量应用中效果显著，真正满足了客户的需求，解决了客户的痛点，并且相比人工提升了50%以上的产能。未来，我们将在智慧农业、工业、消防等应用领域推出更多基于LoRa的组网系统。”
Semtech中国区销售副总裁黄旭东表示：“物联网部署能够帮助人们提高生产效率，并且更好地保护自然资源，在绿色低碳发展时代将迎来更大的发展机遇。Semtech将持续支持海联物联开发智慧胶园方案，解决行业痛点。我们也期待与更多生态圈伙伴一起，开发基于LoRa的创新方案，推动更多行业的产能提升和智慧转型。”
