جهاز تعقب الماشية والأغنام عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) | حلول تتبع المزرعة الذكية

مع تحول صناعة الثروة الحيوانية العالمية نحو الزراعة الرقمية والزراعة الدقيقة على نطاق واسع، فإن جهاز تعقب الماشية والأغنام بنظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع أصبحت تدريجيًا مكونًا رئيسيًا للبنية التحتية للمزارع الذكية وأنظمة الثروة الحيوانية الرقمية. تحلل هذه الورقة البحثية بشكل منهجي تحديات التطبيق العملي لأجهزة تعقب الماشية والأغنام بنظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع في سيناريوهات الزراعة في العالم الحقيقي، مع التركيز على بيئات الرعي المعقدة، واستهلاك الطاقة، وتغطية الشبكة، وقيمة الإدارة، وهيكل التكلفة. واستنادًا إلى هذه التحديات، يُقترح حل تصميم منتج على مستوى النظام لأجهزة تعقب الماشية والأغنام العاملة بنظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع. من خلال تحليل مقارن لأنواع المنتجات الحالية، تلخص هذه الدراسة كذلك اتجاهات التطور التكنولوجي واتجاهات التطوير المستقبلي، مما يوفر مرجعًا نظريًا وإرشادات عملية لتطوير المنتجات والتطبيق الصناعي لأجهزة تعقب النظام العالمي لتحديد المواقع الخاصة بالماشية.

1. خلفية البحث وأهميته

وعلى الصعيد العالمي، تُربى الماشية المجترة مثل الأبقار والأغنام على نطاق واسع في الأراضي العشبية والمناطق الجبلية والمناطق شبه القاحلة والمناطق الريفية النائية. تعتمد تربية الماشية التقليدية بشكل كبير على الفحص اليدوي والإدارة القائمة على الخبرة، مما يؤدي إلى مشاكل مثل فقدان الماشية والسرقة وتأخر اكتشاف الأمراض وانخفاض كفاءة الرعي. ومع تقدم تقنيات إنترنت الأشياء (IoT)، وتحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية، وتقنيات الاتصالات منخفضة الطاقة، فإن جهاز تعقب الماشية والأغنام بنظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع برزت كنقطة دخول حاسمة لرقمنة الثروة الحيوانية، ودعم إدارة الحيوانات، وأمن المزارع، واتخاذ القرارات المتعلقة بالإنتاج.

من من منظور الصناعة، لم تعد أجهزة تعقب الماشية والأغنام بنظام التموضع العالمي لتحديد المواقع مجرد أجهزة بسيطة لتحديد المواقع، بل أصبحت عقداً رئيسية تربط بين الماشية والمزارع ومنصات الإدارة ونظم تحليل البيانات. فهي تلعب دوراً حيوياً في تحسين كفاءة الإنتاج والتحكم في المخاطر في تربية الماشية الحديثة.

2. تحديات التطبيق الرئيسية لأجهزة تعقب الماشية والأغنام باستخدام النظام العالمي لتحديد المواقع

2.1 بيئات الرعي المعقدة والتغطية المحدودة للشبكة

تُنشر أجهزة تعقب الماشية والأغنام التي تعمل بنظام التموضع العالمي لتحديد المواقع في المقام الأول في البيئات المفتوحة في الهواء الطلق حيث تكون تغطية الشبكة الخلوية ضعيفة أو غير متوفرة في كثير من الأحيان. وفي حين أن تقنيات تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية مثل نظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع GPS وBiDou تتيح الحصول على موقع دقيق، فإن نقل البيانات لا يزال يمثل عقبة رئيسية بسبب عدم استقرار أو عدم وجود تغطية غير مستقرة لشبكات الجيل الثاني أو الجيل الرابع أو شبكة إنترنت الأشياء.

في سيناريوهات الرعي على نطاق واسع، تكافح تقنية اتصال واحدة لتحقيق التوازن بين نطاق التغطية والموثوقية واستهلاك الطاقة، مما يشكل عائقاً رئيسياً أمام النشر القابل للتطوير.

2.2 قيود استهلاك الطاقة وعمر البطارية

عادةً ما يتم ارتداء أجهزة تتبع النظام العالمي لتحديد المواقع للماشية والأغنام كعلامات أذن أو أطواق، ويتطلب استبدال البطارية أو إعادة شحنها التقاط الحيوانات يدوياً، وهو أمر مكلف ويتطلب عمالة كثيفة. ولذلك، فإن استهلاك الطاقة المنخفض للغاية وعمر البطارية الطويل من المتطلبات الأساسية.

ومع ذلك، فإن العديد من أجهزة تعقب نظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع للماشية الحالية تعطي الأولوية لتحديد المواقع في الوقت الحقيقي، مما يؤدي إلى تحميل البيانات بشكل متكرر وانخفاض عمر البطارية بشكل كبير، مما يجعل التشغيل طويل الأجل بدون صيانة أمراً صعباً.

2.3 تحديات المتانة والموثوقية

في بيئات المزارع الحقيقية، يجب أن تتحمل أجهزة تعقب النظام العالمي لتحديد المواقع للماشية والأغنام المطر والثلوج والوحل ودرجات الحرارة القصوى والتأثيرات المادية المتكررة من سلوك الحيوانات. تعمل بعض المنتجات بشكل جيد في الظروف المعملية ولكنها تعاني من تلف الضميمة، أو تعطل الهوائي، أو انفصال الجهاز في الاستخدام الفعلي، مما يضر باستمرارية البيانات وموثوقية النظام.

2.4 محدودية القيمة الإدارية وانخفاض استخدام البيانات

لا يزال العديد من أجهزة تتبع الماشية والأغنام الحالية التي تعمل بنظام التموضع العالمي (GPS) عند مستوى عرض الموقع الأساسي، حيث توفر فقط تحديد المواقع في الوقت الحقيقي والمسارات التاريخية. كما أنها تفتقر إلى تحليلات البيانات المتقدمة والرؤى الذكية، مما يحد من قدرتها على دعم قرارات الإدارة الفعالة للمزارع.

من من منظور تربية الماشية، يهتم المزارعون بالسلوك غير الطبيعي، والمخاطر الصحية، ودخول منطقة الخطر، وتحسين استراتيجية الرعي أكثر من اهتمامهم ببيانات الموقع الخام.

2.5 هيكل التكلفة وتحديات قابلية التوسع

غالبًا ما تدير المزارع الكبيرة مئات أو آلاف الماشية والأغنام. ويؤدي ارتفاع أسعار الأجهزة ورسوم خدمة المنصة المستمرة إلى زيادة تكاليف التشغيل بشكل كبير، مما يحد من اعتماد أجهزة تتبع الماشية والأغنام بنظام التموضع العالمي بين المزارع الصغيرة والمتوسطة الحجم.

3. حلول تصميم المنتجات على مستوى النظام لأجهزة تعقب الماشية والأغنام باستخدام النظام العالمي لتحديد المواقع

3.1 تكامل تحديد المواقع والاتصالات متعددة الأوضاع

يجب أن تتبنى أجهزة تعقب الماشية والأغنام الحديثة لنظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع العالمي (GPS) بنيات متعددة الأوضاع والاتصالات، بما في ذلك:

• تحديد المواقع عبر النظام العالمي لتحديد المواقع (GPS / BeiDou) للحصول على دقة عالية

• تحديد المواقع بمساعدة LBS لتعزيز توافر الإشارة الضعيفة

• التوليفات القائمة على السيناريو من اتصالات NB-IoT أو LTE Cat-1 أو LoRa أو الاتصالات عبر الأقمار الصناعية

يساعد التبديل الذكي بين أوضاع الاتصال على تحقيق التوازن بين دقة تحديد المواقع وإمكانية الوصول إلى الشبكة وكفاءة الطاقة.

3.2 بنية منخفضة الطاقة وتصميم بطارية ذات عمر طويل

على مستوى الأجهزة والبرمجيات على حد سواء، يجب أن تنفذ أجهزة تتبع الماشية والأغنام بنظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع:

• تحديد المواقع والإبلاغ عن الأحداث

• أوضاع السكون العميق أثناء الخمول

• تنبيه تلقائي عند حدوث نشاط غير طبيعي أو انتهاكات السياج الجغرافي

هدف التصميم هو تحقيق 6-24 شهرًا من عمر البطارية التي لا تحتاج إلى صيانة دون المساس بالوظائف الأساسية.

3.3 هيكل عالي الموثوقية وتصميم ارتدائي عالي الموثوقية

يجب أن تفي أجهزة تعقب الماشية والأغنام بنظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع بالمتطلبات الهيكلية التالية:

• تصنيفات IP67 أو IP68 المقاومة للماء والغبار

• مواد مقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة ومقاومة للصدمات

• هياكل ارتداء مضادة للعض ومضادة للانفصال

يمكن اختيار التصاميم القائمة على علامات الأذن والياقات بمرونة بناءً على أنواع الماشية وحجمها وسيناريوهات التطبيق.

4. 4. مقارنة بين المنتجات الحالية لتعقب الماشية والأغنام بنظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع

   4.1 أجهزة التتبع التقليدية لنظام تحديد المواقع العالمي + الشبكة الخلوية

   المزايا:

   • تكنولوجيا ناضجة

   • دقة عالية في تحديد المواقع

   • أداء جيد في الوقت الحقيقي

   العيوب:

   • ارتفاع استهلاك الطاقة

   • ضعف الأداء في المناطق النائية

   • التخلص التدريجي من شبكات الجيل الثاني 2G

   • ارتفاع تكاليف الصيانة

   ---

   4.2 أجهزة NB-IoT / Cat-1 لتتبع النظام العالمي لتحديد المواقع للماشية والأغنام

   المزايا:

   • استهلاك منخفض للطاقة

   • تغطية الشبكة الواسعة

   • مناسب للنشر على نطاق واسع

   العيوب:

   • الاعتماد على شبكات المشغلين

   • قدرة محدودة في الوقت الحقيقي

   • التجوال الدولي المقيد

   ---

   4.3 أنظمة تتبع الثروة الحيوانية القائمة على LoRa

   المزايا:

   • استهلاك طاقة منخفض للغاية

   • لا توجد رسوم بيانات متكررة

   • مناسبة لإدارة مئات أو آلاف الحيوانات

   العيوب:

   • يتطلب نشر بوابة خاصة

   • تغطية محدودة لمسافات طويلة جداً

   ---

   4.4 أجهزة تعقب الماشية والأغنام العاملة بالنظام العالمي لتحديد المواقع (GPS) المستندة إلى الأقمار الصناعية

   المزايا:

   • مستقلة عن الشبكات الأرضية

   • تغطية واسعة للغاية

   • مناسبة لمناطق الرعي النائية وغير المأهولة بالسكان

   العيوب:

   • ارتفاع تكاليف الأجهزة والاتصالات

   • انخفاض تواتر الإبلاغ عن البيانات

   • استهلاك طاقة أعلى نسبيًا

   ---

   5. الاستنتاجات واتجاهات التنمية في المستقبل

   باختصار، فإن جهاز تعقب الماشية والأغنام بنظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع أداة تكنولوجية أساسية للنهوض برقمنة الثروة الحيوانية. وسيركز التطوير المستقبلي على:

   1. التكامل العميق بين تقنيات تحديد المواقع والاتصالات المتعددة

   2. التطور من مجرد تتبع الموقع البسيط إلى تحليل السلوك والتنبؤ بالمخاطر

   3. استهلاك أقل للطاقة وتشغيل بدون صيانة لفترة أطول

   4. أنظمة إدارة المزارع القائمة على المنصة والقائمة على البيانات والقابلة للتطوير

   5. الخفض المستمر للتكاليف لتمكين اعتمادها على نطاق واسع

   في المستقبل، لن تعمل أجهزة تعقب الماشية والأغنام بنظام تحديد المواقع العالمي لتحديد المواقع في الماشية والأغنام كأجهزة لمكافحة الضياع فحسب، بل ستصبح البنية التحتية الأساسية لتربية الثروة الحيوانية الرقمية.

   منصة العرض التوضيحي لمراقبة المنتجات: https://www.gps51.com/