农业领域数码相机互操作性

昔日的模拟相机正逐渐被先进的数码相机系统所取代。在农业领域，随着农民需求的演变，更高质量的相机也变得越来越普遍。

“不知从何时起，世界进入了数字化时代，”约翰迪尔公司顾问、农业产业电子基金会（AEF）团队负责人大卫·斯马特说道，“因此，人们对更好的摄像头、更高的质量和更出色的图像生成技术的期望也随之而来。”

精准农业技术的蓬勃发展使农民能够根据数据做出决策。通过使用数码相机及其系统，农民可以深入了解土壤状况、灌溉需求和作物健康状况等信息。目前，农业机器人、无人机和大型自动化农用车辆等先进技术已成为普遍应用。

数码相机技术日臻完善，不仅分辨率高，还能旋转视角、放大显示感兴趣区域、以不同格式传输视频流，并可更改分辨率和帧速率。它们还可以配备 LED 照明或夜视功能，并具备丰富的自定义配置选项。

随着农民寻求提高生产力和盈利能力，精准农业的趋势预计将持续下去。据Verified Market Reports的数据显示，2023年农业摄像头和监控系统市场规模为1000亿美元，预计到2030年将达到1948.7亿美元，在2024年至2030年的预测期内，复合年增长率（CAGR）为8.71%。

“数码相机在农业领域发挥着非常重要的作用，然而，不同品牌之间的兼容性却达不到该行业所需的水平，”斯马特说道。

连接问题

目前，无论哪个厂家生产的现成摄像头，想要将其连接到拖拉机上，并在驾驶室内的显示屏上显示出来，都是一项极其艰巨的任务。虽然农民理应能够轻松地将任何摄像头连接到任何拖拉机上，但目前这还无法实现。

“如果你想集成其他 OEM 厂商的摄像头，它不会直接就能工作。你必须修改显示器上的软件应用程序，而集成一个新摄像头通常至少需要半年时间，” Motek GmbH 软件组组长兼 AEF 数字摄像头系统 (DCS) 项目组副组长 Dennis Schäfer 表示。

虽然有多种视频标准允许传输视频数据，也有标准允许配置摄像机，但还没有一种标准允许零配置、即插即用系统。

大多数用于拖拉机内部终端的摄像头系统都基于模拟摄像头，每个摄像头通常都需要单独的电缆将图像传输到驾驶室内进行显示。很多时候，操作员需要同时查看多个摄像头的画面，这会增加系统的复杂性。

“目前，即使农民的拖拉机上已经安装了模拟或数字摄像头系统，他可能也需要为新的农机摄像头系统购买额外的终端，因为新系统的接口类型不同，或者摄像头使用的协议不同，”斯马特说。“虽然存在现有的摄像头标准，但它完全无法满足即插即用的需求，即所有摄像头都能与终端完美兼容。”

HSI主干网

ISOBUS 最初于 23 年前推出，指的是 ISO 11783 标准，它是农业设备的“神经系统”，可将拖拉机与农具和售后配件（如显示器和操纵杆等）无缝连接。有了 ISOBUS，机器作为一个系统协同工作，其性能优于每个组件单独工作。

此图展示了设想中的HSI系统及其连接方式的“参考架构”。尽管该图主要关注HSI，但现有的ISOBUS（ISO11783）标准仍然适用。图中展示了与前后农具、摄像头、售后设备（ADEV1）、售后套件（AKIT）以及使用无线现场通信（WIC）与其他附近机器的连接方式。（插图：农业产业电子基金会）

AEF是一个全球性的非营利组织，致力于提高农业设备制造商之间的兼容性。该组织在2022年北美互操作性测试大会上首次展示了下一代ISOBUS技术——高速ISOBUS（HSI）。HSI拥有更大的带宽和更快的连接速度——比原始技术快约4000倍——随着对更高性能和自动化程度的需求不断增长，它将为现在和未来的创新开辟新的机遇。

AEF 与 ISO 技术委员会 127、分委员会 3 和联合工作组 16（负责下一代 HSI 和现有相机标准）密切合作，致力于更新现有相机标准，使其包含新的要求，重点是使相机和监视器完全具备即插即用功能。

“除了HSI团队最初的使命是开发用于更高性能农机具指挥和控制的技术之外，数字相机是基于HSI基础设施的第一个[新]应用案例，而使用这些相机的无线现场通信则是第二个应用案例。因此，由于这些相机为行业带来的优势，所有这些都是相互关联的，”AEF通信和市场营销副总裁Ryan Milligan说道。

“HSI 的主要骨干网络必须到位，摄像头才能有地方接入。否则，你就得重新创建一个完全不同的专用网络，”斯马特说道。

数字摄影团队

AEF 创建了数字相机系统 (DCS) 项目团队，汇集了来自美国、南美、欧洲和亚洲的 AEF 成员公司的 20 多名数字相机专家，旨在提高数字相机的跨品牌互操作性和集成性。

新标准将允许农户选择最符合自身需求的HSI兼容相机和HSI兼容显示器。例如，他们可能需要比现有产品更小（或更大）的显示器，同样，他们也可以根据相机的功能（例如分辨率、日间/黄昏/夜间拍摄能力等）进行选择。将相机和显示器以标准化的方式集成到HSI系统中，将允许使用任何符合HSI标准或兼容标准且满足最低要求的相机；只需插入即可使用。

“在模拟世界中，如果你的设备上有 15 个摄像头，并且你想在机器上显示所有这 15 个摄像头的画面，你要么需要添加一些专用且昂贵的硬件，将视频混合成一个单路视频流，要么需要从设备到机器铺设 15 根电缆，因为现有的 ISOBUS 数据线与模拟视频通信不兼容，也无法满足传输数字视频流所需的高数据速率，”ANEDO GmbH 的 Niklas Niebrügge 说道。ANEDO GmbH 是一家在数字视频系统解决方案方面拥有专业知识的软件开发商，也是 AEF DCS 项目团队的负责人。

“我们的使命是提供一种新的 AEF 功能，以实现即插即用的现成视频解决方案，从而在 HSI 基础设施的背景下，为制造商和售后市场销售提供视觉系统组件的互操作性和易于集成性，”他说。

“得益于HSI基础设施的数字化和摄像机接口的标准化，您只需一根电缆即可传输多路视频流，从而降低线束的复杂性和成本，”尼布吕格解释说。“这与即插即用系统相结合，将成为一项强大的工具，并推动整个行业向前迈出一大步。”

一旦完成了简单的过程监控和即插即用组件互操作性的基础工作，其他应用场景以及与不同AEF功能进行协作以实现精准农业的大门便会敞开。例如，这涉及到无线田间通信以及检测不同物体并将这些信息分发到机器上的能力，最终实现完全互操作的未来。

展望未来

虽然有些应用场景尚未被设想出来，但 HSI 团队的主要目标是为一种新的行业通信标准奠定基础，使其能够在未来很多年内扩展应用。

为了确保可扩展性，我们会对每个用例及其衍生需求进行单独分析，以评估这些需求在未来更先进的系统中可能发生的变化。然后，HSI 团队会将这些综合分析结果转化为一种架构，该架构能够支持超越我们目前认知的重大发展。

新标准将允许农民选择最符合自身需求的HSI兼容摄像机和HSI兼容显示器。（图片：KHL工作人员）

“当然，这绝非易事——我们要知道我们还不知道的事情，”斯马特说。

Niebrügge 表示：“我们的主要任务之一是扩展和改进 ISO 17215 标准（道路车辆——摄像机视频通信接口），使其适用于我们在农业领域拥有的复杂的混合车队拖拉机-农具组合。”

尼布吕格表示，这也使得该产品同样适用于卡车和拖车、建筑和土方机械以及采矿行业。

“我认为这种做法将来会推广到其他行业……因为这并非一个新问题。所有非移动、固定应用领域可能也会采用这一标准，”谢弗说道。

“车载数字以太网摄像头还算是比较新的产品，但我们多年来一直将其用于本地和家庭安防监控。然而，目前还没有一个标准允许你直接将摄像头插入网络，”他继续说道。“除非你拥有制造商提供的软件以及同一制造商的摄像头，否则最终它不会出现在你的电脑终端上。”

“因此，固定应用领域可能也会采用这种标准。即插即用的摄像头系统的需求范围可能远远超出我们目前讨论的这些行业。”

简直是天才

据说阿尔伯特·爱因斯坦曾说过：“任何聪明的傻瓜都能把事情做得更大更复杂……而要朝着相反的方向前进，则需要一点天才和很大的勇气。”

AEF HSI 和 DCS 项目团队正在开发一项复杂的技术，目标是使其对客户和最终用户而言更加简单。

“当 DCS 团队完成他们的工作后，任何符合 HSI 标准的摄像机都将与每个符合 HSI 标准的监视器/显示器兼容，”Smart 说。

该团队预计新的 ISO 标准将于 2027 年在全球范围内推广。

AEF 致力于规范视频系统集成，数字摄像机系统团队旨在提升跨品牌互操作性。

贝尔福·贝蒂公司将在英国工地启用人体识别摄像头。包括13吨以上挖掘机在内的特定设备将被强制安装人体识别摄像头。