بخش کشاورزی به کمک فناوریهای جدید و اینترنت اشیا، شاهد تغییر اساسی در بهبود کارایی، بهرهوری، بازار جهانی و کاهش مداخله انسانی، زمان و هزینهها خواهد بود. کشاورزی هوشمند و کشاورزی مبتنی بر اینترنت اشیا، پایه و اساس انقلاب سبز سوم را بنا میکنند که به کاربرد ترکیبی فناوریهای اطلاعات و ارتباطات اشاره دارد.
محققان بر نقش اینترنت اشیا در کشاورزی تمرکز و نتایج کاربرد برخی از دستگاهها مانند تجهیزات دقیق، حسگرها و محرکهای اینترنت اشیا، سیستمهای موقعیتیابی جغرافیایی، وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) و رباتها در کشاورزی را ارائه کردند که به کشاورزی هوشمند منجر میشوند.
اکنون تکامل فناوری، امکان ایجاد فضاهای کشاورزی و مسکونی مناسبتر را فراهم میکند. اینترنت اشیا، شبکه خودپیکربندی به وجود میآورد، همچنین توسعه دستگاههای مبتنی بر کشاورزی هوشمند و اینترنت اشیا روزبهروز انقلابی در تولید کشاورزی ایجاد و آن را تقویت میکنند و آن را سودآورتر کرده و ضایعات را کاهش میدهند.
هدف از این تحقیق کمک به کشاورزان برای به دست آوردن دادههای واقعی (دما، رطوبت خاک، میزان نور از محیط خاک) برای نظارت موثر بر محیط است که به دستیابی به کشاورزی هوشمند و افزایش عملکرد و کیفیت کلی محصولات کمک میکند.
کشاورزی هوشمند که بهعنوان کشاورزی دقیق نیز شناخته میشود، با نرمافزار مدیریت و توسط حسگرها نظارت میشود. افزایش تقاضا برای عملکرد بالاتر محصولات، به دلیل ترکیبی از رشد جمعیت جهانی، نیاز به استفاده کارآمد از منابع طبیعی و افزایش استفاده و نیاز به کشاورزی هوشمند بر اساس آب و هوا، اهمیت فزایندهای پیدا میکند. اکنون، اینترنت اشیا، تکامل فناوری، امکان ایجاد فضاهای کشاورزی و مسکونی مناسبتر را فراهم میکند.
برخی از اصول فناوری برای کشاورزی هوشمند
کشاورزی هوشمند شامل اصولی است که در ادامه به آن پرداخته شده است.
کشاورزی دقیق
این نوع کشاورزی مبتنی بر استفاده از فناوریهای جدید مانند الکترونیک نصبشده روی دستگاه، تصاویر ماهوارهای و فناوری اطلاعات است. محل قرارگیری تجهیزات در مزرعه، ازجمله سیستمهای موقعیتیابی ماهوارهای از نوع «جیپیاس» (GPS) و میزان جزئیات اطلاعات جمعآوریشده را افزایش میدهد. این مورد به نوبه خود، امکان مداخله دقیقتر ابزارهای مختلف روی قطعات زمین یا روی حیوانات (تغذیه اختصاصی حیوانات، تنظیم دوزهای کود و غیره) را فراهم میکند. نوآوریهای مربوط به گاوهای شیری همیشه پیشگام بوده زیرا شاخص تولید شیر، برخلاف تولید گوشت، روزانه است. توسعه ابزارهای شیردوشی با حسگرهای امروزی (تراشهها) روی حیوانات، به بهبود دقت اطلاعات جمعآوریشده منجر شده است.
کشاورزی دیجیتال
این نوع کشاورزی که از مورد قبلی ایجاد میشود، بهطور دقیقتری بر استفاده از ابزارهای الکترونیکی، از تلفن هوشمند گرفته تا استفاده از شبکههای اجتماعی و ابزارهای متصل، برای بهینهسازی برنامههای فنی و افزایش تولید کشاورزی متکی است. دیجیتالی شدن شامل ثبت دادهها در یک رسانه الکترونیکی است.
کشاورزی هوشمند
مشابه مفهوم قبلی، این مفهوم نیز مبتنی بر استفاده از دادههای جمعآوریشده در سطوح مختلف برای بهینهسازی زنجیره تصمیمگیری است. این مفهوم بر مفهوم هوش به کار رفته در دادههای پایه برای استخراج مدلهایی تاکید دارد که امکان افزایش ارزش افزوده که ممکن است شامل کاهش هزینهها باشد را فراهم میکنند.
کلانداده
پایگاه داده عظیمی که توسعه کشاورزی متصل بر اساس آن بنا شده است. این پایگاه داده از ادغام مداوم اطلاعات مختلف جمعآوریشده در طول فرآیند تولید، ازجمله محیط (دادههای اقلیمی، زیستمحیطی، اجتماعی و اقتصادی و غیره) تشکیل شده است. پتانسیل زیاد توسعه این کلانداده نیز مبتنی بر اینترنت اشیاست. اگر اشیا بیشتری در محیط زندگی ما در حال متصل شدن هستند مانند یخچالها، ترموستاتها و غیره، همین موضوع در مورد کشاورزی نیز صادق است، جایی که هر ابزار یا قطعهای از تجهیزات در فرایند تولید ازجمله در بخش دام، به مجموعهای از حسگرهای قابل اتصال مجهز میشود. این انبوه دادهها را نمیتوان فقط با هوش انسانی پردازش کرد، از این رو از الگوریتمها برای طبقهبندی و اولویتبندی آنها برای بهبود فرآیندها استفاده میشود.
بلاکچین
کاربرد خاصی از کلانداده که شامل ثبت و عمومیسازی کل فرایند تولید یک محصول است. این فناوری، بهویژه در کشاورزی، باید امکان ردیابی کامل کالاهای مصرفی و تراکنشهای مالی مربوط به این مراحل را فراهم کند.
پهپادها، رباتها، نقشههای ماهوارهای
تعاریف فوق در مورد مفاهیم صدق میکنند. این مفاهیم توسط اجزای فنی (گیاه، گاو، تراکتور، تلفن هوشمند، رایانه) پشتیبانی میشوند.
معماری زنجیره کشاورزی هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا
اینترنت اشیا، فناوری واحد نیست، برعکس، نتیجه ترکیب بسیاری از اجزا، استانداردها و فناوریها در یک کل است. بهطور کلی چهار پیوند را در زنجیره اینترنت اشیا تشخیص میدهیم که در ذیل آمده است.
حسگرها
اکنون حسگرها از دمای محیط گرفته تا مصرف برق، از مختصات «جیپیاس» تا اندازهگیری سطح مایع، قادر به ارائه طیف وسیعی از دادهها هستند. تقریبا برای هر کمیت فیزیکی، میتوان یک راهحل فنی شناسایی کرد که قادر به ارائه اندازهگیری دقیق، در زمان واقعی باشد. بنابراین، این تجهیزات در درجه اول به یک نیاز خاص مرتبط هستند، اما آنها همچنین شامل ماژول ارتباطی، اغلب رادیویی، برای ارسال دادهها به برنامههای تجاری هستند.
اتصال
این همان چیزی است که امکان هدایت دادهها از حسگرها به راهحل نرمافزاری که از آنها استفاده خواهد کرد را فراهم میکند. تا همین اواخر، علاوه بر فناوریهای سیمی، فناوری همراه (ساخته شده بر روی شبکههای عملیاتی) تقریبا تنها گزینه فنی موجود بود که تاثیر قابلتوجهی بر استقلال سیستمهای باتریدار و هزینههای مکرر راهحلها داشت.
فناوریهای جدید به یک حسگر اجازه میدهند چندین حسگر را برای چندین سال با باتری کار، نصب را آسانتر و چندین کیلومتر دورتر ارسال کند. آنها همچنین امکان اندازه کوچکتر حسگرها و صرفهجویی در حسگرها و همچنین صرفهجویی در اشتراکهای ارتباطی را فراهم میکنند. علاوه بر حسگرهای موجود در میدان، پیادهسازی اشیا متصل به اینترنت، برای انتقال دادهها به سرورهای ذخیرهسازی رایانه (ابر)، به پوشش پرسرعت (۳G/۴G و به زودی ۵G) و کمسرعت نیز نیاز دارد.
ذخیرهسازی
پس از جمعآوری اطلاعات توسط شبکه ارتباطی، دادهها میتوانند به صورت آنلاین یا در زیرساخت ارائهدهنده ذخیره شوند. در این مرحله، دادهها خام هستند و هیچ پردازش خاصی روی آنها انجام نشده است.
تجسم و تحلیل کسبوکار
این بخش شامل هوش راهحل پیادهسازی شده است. موضوع استخراج اطلاعات قابل فهم از دادههای خام و با الگوریتمهاست که میتواند برای تصمیمگیری استفاده شود و شامل منحنی میزان رطوبت خاک، تحلیل ارتعاشات تجهیزات تولیدی برای راهاندازی تعمیرات پیشبینیکننده و هشدار سیل با ارسال پیامک است.
حسگرهای بیشتر و کارآمدتر با هزینه کمتر
اینترنت اشیا در کشاورزی، موج واقعی است. کوچکسازی قطعات الکترونیکی، بهبود آشکار در استقلال انرژی (باتریهای کارآمدتر) و مهمتر از همه، کاهش هزینههای فناوری منجر به افزایش قابلتوجه تعداد حسگرها مانند ایستگاههای هواشناسی در مزرعه یا دستگاههای نظارت بر فعالیت روی تجهیزات کشاورزی شده است. کارهای اخیر حتی به ما این امکان را میدهد که توسعه حسگرهایی را که بهطور مستقیم وضعیت فیزیولوژیکی گیاه را اندازهگیری میکنند، پیشبینی کنیم.
حسگر برای گیاهان و درختان میوه
این حسگر بهطور مستقیم به گیاه یا میوه متصل میشود تا سیگنالهای مختلفی مانند نرخ رشد یا هیدراتاسیون آن را جمعآوری کند. این اطلاعات در ترکیب با سایر حسگرهایی که عناصر اقلیمی یا رطوبت خاک را ارائه میدهند، تجزیه و تحلیل شده و برای ارائه تشخیص در مورد وضعیت گیاه و ارائه توصیهها بازگردانده میشوند.
حسگرهای محصولات گلخانهای یا هیدروپونیک
این سیستم متنباز شامل مجموعهای از حسگرهاست که دادههای متعددی مانند روشنایی، رطوبت هوا و خاک، دمای آب، PH... را ثبت میکنند و در سرورهای ابری پردازش میشوند. یک نظارت از راه دور و یک سیستم هشدار پیامکی امکان مدیریت گلخانه و تصمیمگیری در مورد اقدامات اصلاحی احتمالی را فراهم میکند.
حسگر برای پهپاد کشاورزی
پهپادها از نظر منطقی برای سطوح کشاورزی مناسب هستند، مفید بودن آنها به عملکرد حسگرهای مورد استفاده بستگی دارد. حسگر کشاورزی که با پهپادهای کشاورزی ارائه شده، یک حسگر چند طیفی برای نقشه برداری از محصولات کشاورزی است. این حسگر را میتوان روی انواع مختلفی از پهپادها نصب کرد.
قلادههای متصل
این قلاده مجهز به حسگرهایی است که اطلاعات مربوط به سلامت گاو، چه در حال تخمکگذاری و چه در حال بارداری را ثبت میکند. هشدارهای پیامکی در صورت تغییر در وضعیت حیوان یا رفتار آن (تغذیه، نشخوار و ...) به کشاورز اطلاع میدهند.
افزایش ارزش دادهها برای تبدیل آنها به اطلاعات هوشمند و مفید
دادهها باید پس از جمعآوری و انتقال، برای تولید اطلاعات هوشمند و مفید پردازش شوند. این پردازش دادهها نیاز به یک رویکرد میانرشتهای دارد. ریاضیدانان، دانشمندان کامپیوتر، متخصصان زراعت و متخصصان علوم مدیریت باید برای بهرهبرداری هرچه بیشتر از این دادهها همکاری کنند.
تسهیل اجرای این روشها با توسعه هوش مصنوعی (AI) همراه است. این مجموعهای از نظریهها و تکنیکهای پیادهسازی شده به منظور ایجاد ماشینهای محاسباتی است که قادر به شبیهسازی هوش انسانی هستند. بهعنوان مثال، کاربردهای تشخیص تصویر، پس از تجزیه و تحلیل شاخ و برگ گیاهان، الگوریتمهای آن قادر به ایجاد همبستگی با بیماریهای خاص یا وجود علفهای هرز هستند.
مزایای اصلی استفاده از اینترنت اشیا برای بهبود کشاورزی شامل این موراد است: مدیریت آب را میتوان با استفاده از اینترنت اشیا به شیوهای کارآمد و بدون هدر رفتن آب از طریق حسگرها انجام داد. اینترنت اشیا به نظارت مداوم بر زمین کمک میکند تا اقدامات احتیاطی در مراحل اولیه انجام شود. بهرهوری را افزایش، کار دستی را کاهش میدهد، زمان را کم و کشاورزی را کارآمدتر میکند.
همچنین نظارت بر محصول را میتوان به راحتی انجام داد تا رشد محصول را مشاهده کرد. مدیریت خاک، مانند سطح PH، محتوای آب و غیره، به راحتی قابل تعیین است تا کشاورز بتواند بر اساس سطح خاک، بذر بکارد. حسگرها و تراشهها به تشخیص بیماریهای رخ داده در گیاهان و محصولات کمک میکنند. کشاورز یا دانشمند میتواند از یک مکان دور به این اطلاعات دسترسی داشته باشد و اقدامات لازم را انجام دهد. بهطور خودکار میتوان از محصولات در برابر بیماریهای آینده محافظت کرد. فروش محصولات در بازار جهانی افزایش مییابد. کشاورز میتواند به راحتی و بدون محدودیتهای جغرافیایی به بازار جهانی متصل شود.
نتیجهگیری
بر اساس نتایج منتشرشده در نشریه ساینس دایرکت، الزویر، مسائل مربوط به اینترنت اشیا بهطور فزایندهای اهمیت پیدا میکنند و در بسیاری از زمینهها بهطور چشمگیری در حال توسعه هستند. این توسعه نوآوریهای تکنولوژیکی زیادی را به همراه دارد، اما مشکلات جدیدی نیز ایجاد میکند. بسیاری از دستگاههای اینترنت اشیا که در حال استفاده یا در حال توسعه هستند، باید بر اساس کاربرد، نوع، اتصال به اینترنت، مکان و غیره طبقهبندی شوند. یکی از مهمترین مکانهای استفاده، بخش کشاورزی و حومه شهر بهطور کلی است. این یکی از سنتیترین زمینههای پیادهسازی اینترنت اشیا است، اما هنوز جای زیادی برای توسعه وجود دارد.
در رابطه با پلتفرمها و استانداردهای اینترنت اشیا، گرایشی به سمت نرمافزارهای متنباز و همچنین سختافزارهای متنباز وجود دارد که برخلاف راهحلهای اختصاصی، با مشکلات سازگاری دستگاهها و پروتکلها مواجه هستند. استقرار چنین راهحلهایی میتواند امکانات پیادهسازی اینترنت اشیا را گسترش دهد، همچنین هزینههای پیادهسازی را کاهش دهد و پایه و اساس قویتری برای همکاری ایجاد کند.
انتهای پیام
