Благодаря быстрому развитию интеллектуального сельского хозяйства и Интернета вещей (IoT) современные рыбные и креветочные фермы все чаще внедряют автоматическое кормление, мониторинг качества воды в реальном времени (например, датчики растворенного кислорода, pH и температуры воды) и системы удаленного видеонаблюдения.
Однако, поскольку аквакультурные фермы обычно расположены в открытых водоемах, прибрежных районах или отдаленных пригородах , высокая влажность, соленые брызги и требования к обширному покрытию создают серьезные проблемы для беспроводной передачи сигналов. Выбор правильного антенного решения является ключом к обеспечению стабильной передачи данных и снижению эксплуатационных расходов.
1. Проблемы беспроводной связи в аквакультуре
Прежде чем сформулировать план антенны, важно понять уникальную физическую среду надводной связи:
Отражение поверхности воды (эффект многолучевого распространения): поверхность воды действует как зеркало, отражая электромагнитные волны. Сигнал отражения и прямой сигнал перекрываются, что легко приводит к затуханию сигнала или образованию слепых зон.
Высокая влажность и коррозия из-за солевых брызг. Прибрежные фермы по выращиванию креветок и рыбные фермы во внутренних водах испытывают чрезвычайно высокую влажность. Обычные антенны очень склонны к ржавчине и попаданию воды, что резко ухудшает электрические характеристики.
Широкое покрытие с нулевыми препятствиями. Пруды для аквакультуры обычно расположены на больших участках с прямой видимостью (LOS), но расстояния большие, поэтому для увеличения дальности передачи требуются антенны с высоким коэффициентом усиления.
2. Рекомендации по использованию антенны для основного сценария
С учетом различных сценариев применения в рамках «умных» ферм мы рекомендуем следующие три стратегии комбинирования антенн:
Решение 1. Мониторинг качества воды и датчики с низким энергопотреблением (LoRa/NB-IoT)
Датчики качества воды (такие как буи и береговые терминалы сбора данных) должны периодически загружать небольшие объемы данных и требуют сверхнизкого энергопотребления. Здесь обычно используются технологии LoRa или NB-IoT.
Сторона шлюза (базовая станция/мост): рекомендуется использовать всенаправленную антенну из стекловолокна с высоким коэффициентом усиления..
Преимущества: Обеспечивает всенаправленное покрытие на 360 градусов. Материал из стекловолокна устойчив к коррозии и ветру. В сочетании с усилением 6–8 дБи он может легко охватить все пруды для аквакультуры в радиусе нескольких километров.
Сторона узла (сенсорные буи): рекомендуется использовать небольшую водонепроницаемую пружинную антенну или всенаправленную штыревую антенну с низким коэффициентом усиления..
Преимущества: Небольшая занимаемая площадь и низкая ветроустойчивость. В сочетании с водонепроницаемым корпусом он обеспечивает стабильное всенаправленное соединение сигнала, даже когда буй раскачивается на волнах.
Решение 2. HD-видеонаблюдение и дистанционное управление (2,4 ГГц/5,8 ГГц Wi-Fi/4G/5G)
Чтобы предотвратить кражи, отслеживать активность рыбы/креветок и контролировать автоматические кормушки, фермы обычно используют камеры HD, для которых требуется высокая пропускная способность.
Передача «точка-точка» на большие расстояния (без несущих сетей): рекомендуется использовать направленную мостовую антенну (например, параболическую зеркальную или панельную направленную антенну)..
Преимущества: если центр управления находится в нескольких километрах от сельскохозяйственной территории, использование направленных антенн 5,8 ГГц, совмещенных друг с другом, может обеспечить стабильную полосу пропускания в десятки или даже сотни мегабит, экономя огромные затраты на прокладку оптоволоконных кабелей.
Мобильный осмотр и покрытие ближней зоны: рекомендуется использовать мощную двухдиапазонную наружную секторную антенну для настенного монтажа..
Преимущества: он имеет определенный угол охвата сектора (например, 60° или 90°), концентрируя энергию для точного покрытия определенных основных путей или основных зон земледелия.
Решение 3. Прибрежные и морские глубоководные клетки (усиление сигнала CPE 4G/5G)
Для глубоководных клеток, расположенных вблизи береговой линии, связь обычно опирается на сигналы сотовой связи от наземных базовых станций. Из-за расстояния мобильные телефоны часто теряют сигнал.
Рекомендуемое решение: полнодиапазонная наружная антенна MIMO с высоким коэффициентом усиления 5G, подключенная к наружному CPE.
Преимущества: Технология множественных входов и множественных выходов (MIMO) эффективно борется с многолучевым замиранием, вызванным отражениями от поверхности воды. Используя антенны с высоким коэффициентом усиления для «перехвата» слабых сигналов от наземных базовых станций, он преобразует их в стабильный Wi-Fi для персонала и оборудования мониторинга на клетках.
