کشاورزی هوشمند اینترنت اشیاء

6932626 30268

 

بذرپاشی ها، کمباین ها، دروگرها و ماشین آلات مزرعه با فناوری بسیار محدود استفاده می شدند، آینده ای را پیش بینی می کنیم که در آن محاسبات و فناوری های اطلاعات جزئی جدایی ناپذیر از همه تجهیزات موجود در میدان خواهند بود. پرورش دهندگان به طور معمول از رایانه هایی استفاده می کنند که میلیون ها بار قدرتمندتر هستند، به Cloud متصل هستند و داده ها و اطلاعات در دسترس هستند و قابلیت ارتباط از طریق رابط های پیچیده روزافزون دارند. میلیاردها نقطه داده در حال حاضر به صورت روزانه در مزارع بزرگ کشاورزی تولید می شود.

تقریباً هر منطقه کشاورزی عمیقاً تحت تأثیر پیشرفت در فناوری های محاسباتی قرار گرفته است . از سوی دیگر، پیگیری‌های آکادمیک ما در زمینه آموزش و پژوهش کشاورزی با آن سازگار نبوده است. دانش‌آموزان کشاورزی نسل کنونی ما در نوآوری‌های پنجاه سال آینده شرکت خواهند کرد و شاهد تغییراتی خواهند بود که فقط می‌توانیم تصور کنیم. شاید هیچ عرصه‌ای از محاسبات بیشتر از سیستم‌هایی که با توانایی‌های هوش انسانی برای استفاده از داده‌ها و منابع اطلاعاتی عظیم و به سرعت در حال رشد، استفاده از تحلیل‌های پیشرفته برای استخراج اطلاعات و درک الگوها، و رسیدن به راه‌حل‌های هوشمند یا فراتر از توانایی‌های هوش انسانی، به تخیل ما نیاز ندارند. اقدامات در موقعیت های بسیار پویا این فناوری‌ها اکنون مواد علمی تخیلی هستند که در اندروید و حتی منحصر به فرد بودن انسان‌ها و ماشین‌ها تجسم یافته‌اند، اما آموزش، تجارت، کشاورزی، مراقبت‌های بهداشتی، علوم، مهندسی، علوم انسانی، هنر، سرگرمی و سایر فعالیت‌ها را به‌طور چشمگیری تغییر می‌دهند. که ما هنوز نمی توانیم تصور کنیم. در شکل 1، اجزای مختلف کشاورزی دقیق نشان داده شده است.

حوزه ای است که در آن می توان از فناوری برای مدیریت مؤثر کشاورزی با درک تغییرات زمانی و مکانی در خاک، محصول، تولید و مدیریت از طریق تکنیک های نوآورانه استفاده کرد. عصر اطلاعات در حال ظهور به طور قابل توجهی بر نحوه انجام و آموزش کشاورزی دقیق در دانشگاه ها و مؤسسات آموزش عالی تأثیر می گذارد. این تأثیرات تغییر در حال حاضر در سراسر رشته ها و در سراسر مأموریت های آموزشی، پژوهشی و اطلاع رسانی آنها احساس می شود. نقش حیاتی محاسبات و فناوری‌های اطلاعاتی در کشاورزی دقیق منعکس‌کننده تغییرات گسترده در سراسر جامعه ما است – تغییراتی که تقریباً بر هر تلاش انسانی در زمینه کشاورزی تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل، در کشاورزی دقیق، فرصت های زیادی برای کشف و نوآوری وجود دارد. همچنین چالش های زیادی در تسریع سرعت تغییرات و افزایش نیاز به آب برای غذا وجود دارد. جامعه باید منابع خود را سازماندهی و به کار گیرد تا به طور موثر و کارآمد بر این چالش ها غلبه کند. در تمام سطوح راهبردی، آموزش، پژوهش و اقدامات توسعه‌ای یکپارچه مورد نیاز است که نیاز جامعه کشاورزی دقیق به کسب، مدیریت، تجزیه و تحلیل، تجسم، و استفاده از داده‌ها و اطلاعات برای حل مشکلات مهم بین رشته‌ای و برآورده کردن نیازهای حیاتی جامعه را برطرف کند.

تا سال 2020، شاخص شبکه بصری سیسکو  انتظار دارد که 11.6 میلیارد دستگاه به اینترنت متصل شوند. این تعداد بیشتر از جمعیت پیش بینی شده جهان (10 میلیارد تا سال 2050) است. بینش داده های این دستگاه ها دارای ارزش اقتصادی 11 تریلیون دلاری است. نیاز به نوآوری در مجموعه های متنوعی از مناطق کشاورزی دقیق وجود دارد. از دورانی که فقط تراکتورها، بذرپاشی ها، کمباین ها، دروگرها و ماشین آلات مزرعه با فناوری بسیار محدود استفاده می شدند، آینده ای را پیش بینی می کنیم که در آن محاسبات و فناوری های اطلاعات جزئی جدایی ناپذیر از همه تجهیزات موجود در میدان خواهند بود. پرورش دهندگان به طور معمول از رایانه هایی استفاده می کنند که میلیون ها بار قدرتمندتر هستند، به Cloud متصل هستند و داده ها و اطلاعات در دسترس هستند و قابلیت ارتباط از طریق رابط های پیچیده روزافزون دارند. میلیاردها نقطه داده در حال حاضر به صورت روزانه در مزارع بزرگ کشاورزی تولید می شود.

پیشنهاد می شود این مقاله را هم بخوانید : کشاورزی هوشمند درس هایی از آفریقا برای جهان

تقریباً هر منطقه کشاورزی عمیقاً تحت تأثیر پیشرفت در فناوری های محاسباتی قرار گرفته است . از سوی دیگر، پیگیری‌های آکادمیک ما در زمینه آموزش و پژوهش کشاورزی با آن سازگار نبوده است. دانش‌آموزان کشاورزی نسل کنونی ما در نوآوری‌های پنجاه سال آینده شرکت خواهند کرد و شاهد تغییراتی خواهند بود که فقط می‌توانیم تصور کنیم. شاید هیچ عرصه‌ای از محاسبات بیشتر از سیستم‌هایی که با توانایی‌های هوش انسانی برای استفاده از داده‌ها و منابع اطلاعاتی عظیم و به سرعت در حال رشد، استفاده از تحلیل‌های پیشرفته برای استخراج اطلاعات و درک الگوها، و رسیدن به راه‌حل‌های هوشمند یا فراتر از توانایی‌های هوش انسانی، به تخیل ما نیاز ندارند. اقدامات در موقعیت های بسیار پویا این فناوری‌ها اکنون مواد علمی تخیلی هستند که در اندروید و حتی منحصر به فرد بودن انسان‌ها و ماشین‌ها تجسم یافته‌اند، اما آموزش، تجارت، کشاورزی، مراقبت‌های بهداشتی، علوم، مهندسی، علوم انسانی، هنر، سرگرمی و سایر فعالیت‌ها را به‌طور چشمگیری تغییر می‌دهند. که ما هنوز نمی توانیم تصور کنیم. در شکل 1، اجزای مختلف کشاورزی دقیق نشان داده شده است.

II.      راه حل ها و چالش های عملی

کشاورزی هوشمند اینترنت اشیاء

شکل 1: اجزای مختلف کشاورزی هوشمند.

ما برخی از روندهای عملی اخیر و چالش ها را برجسته می کنیم. صنعت کشاورزی، سازمان‌های دولتی و کشاورزان نیازهای بسیار حیاتی به مهارت‌ها و نوآوری‌ها در محاسبات و فناوری اطلاعات دارند. بر این اساس، تقاضا برای آموزش کامپیوتر و فناوری اطلاعات و تحقیقات دانشگاهی طی دهه‌ها افزایش یافته و در سال‌های اخیر افزایش یافته است. اداره آمار کار (BLS) در وزارت کار ایالات متحده افزایش 12 درصدی فرصت های شغلی در زمینه کامپیوتر و فناوری اطلاعات را با مشاغل جدید تا سال 2024 به دلیل اینترنت اشیا، تجزیه و تحلیل داده های بزرگ، رایانش ابری و سایبری پیش بینی می کند. امنیت. کشاورزی دقیق همچنین یکی از محرک های اصلی تحقیقات و پیشرو در تلاش برای نوآوری است. در نتیجه، ظهور مدل‌های کسب‌وکار، خدمات و بازارهای جدید و پیشرفت‌های فناوری نیز به رشد قابل‌توجهی در تولید ناخالص داخلی کمک خواهد کرد. فقدان آموزش یکی از چالش های اصلی برای اتخاذ کشاورزی دقیق است. سایر عواملی که مانع پذیرش کشاورزی دقیق می شوند، هزینه، بازگشت سرمایه و فقدان تجزیه و تحلیل داده های کلان کشاورزی دقیق است.

III.       اهداف​

در این بخش، چند هدف مهم برای تحقیق و آموزش فناوری یکپارچه در کشاورزی دقیق ارائه می‌کنیم. ایجاد برنامه‌های تعامل با ذینفعان برای درک چگونگی درک رهبران صنعت از پذیرش فناوری‌های کشاورزی دقیق مورد نیاز است. درک و دیدگاه آنها در مورد پذیرش فناوری در کشاورزی دقیق به از بین بردن موانع پذیرش کشاورزی دقیق کمک می کند. یکی دیگر از رویکردها برای جلب مشارکت کشاورزان، فراهم کردن دسترسی به اتصال به اینترنت پرسرعت است . اتصال اینترنتی قابل اعتماد با قیمت مقرون به صرفه، پذیرش فناوری کشاورزی دقیق را بهبود می بخشد. علاوه بر این، از تجزیه و تحلیل داده‌های موجود در محل عوامل محدودکننده عملکرد سود خواهد برد. از طریق اتصال پهن باند پرسرعت به ابر، نیازهای ترافیکی برنامه های کاربردی جدید کشاورزی دقیق را می توان برآورده کرد. علیرغم هزینه های بالای استقرار شبکه های پهن باند روستایی، ارائه دهندگان خدمات اینترنتی می توانند با کمک به کارگیری کشاورزی دقیق در مناطق روستایی، بازده بیشتری از سرمایه گذاری دریافت کنند.

مؤسسات دانشگاهی ما باید سازماندهی شوند تا نوآوری‌های محرک تحقیق در کشاورزی دقیق را به طور مؤثرتر انجام دهند تا دانش‌آموزان نسل بعدی را برای استفاده و تطبیق خلاقانه خود و این فناوری‌های جدید برای آینده، و تسریع بارورسازی متقابل ایده‌ها و رشته‌های مرتبط با آموزش و پژوهش، آموزش دهند. نوآوری در آموزش کشاورزی دقیق مورد نیاز است. توسعه و پیاده‌سازی برنامه‌های آموزشی به تقویت تخصص فناوری مورد نیاز محققان برای مقابله با تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ کشاورزی دقیق کمک خواهد کرد. از آنجایی که محصولات جدید در مزارع مختلف گسترش می‌یابند، سیستم‌های تصمیم‌گیری باید در دسترس ذینفعان در سطوح مختلف باشد و تأثیر آن را افزایش داده و محیطی مبتنی بر مشکل را برای یادگیری فراهم کند. ارتقای برنامه درسی مقطع کارشناسی به منظور گنجاندن راه حل ها و فرصت های فناوری در کشاورزی دقیق نیز یک نیاز فعلی است. به ویژه، توسعه مواد آموزشی برای ارائه آموزش و اطلاع رسانی به کشاورزان در زمینه سیستم های مدیریت کشاورزی پایدار، کشاورزی پایدار و تولید و مدیریت کمک خواهد کرد. بهبود برنامه درسی MS و PhD برای کشاورزی دقیق منجر به رشد تخصص در کشاورزی دقیق خواهد شد.

IV.     رویکردهای موثر​​

یک رویکرد این است که دپارتمان‌های متنوع در دانشگاه‌ها می‌توانند آموزش و فعالیت‌های تحقیقاتی متناسب با خواسته‌های انضباطی خود را گسترش داده و توسعه دهند. با استفاده از همکاری و استفاده از منابع اصلی، تلاش‌های آموزشی و پژوهشی مستمر می‌تواند به سطحی از موفقیت و مقیاسی دست یابد که تنها با پرسنل و منابع موجود در بخش‌های مربوطه امکان‌پذیر نباشد. این رویکرد متقابل رشته‌ای ساختاریافته همچنین در استفاده از منابع و جلوگیری از تکراری مقرون به صرفه‌تر خواهد بود و بنابراین به طور موثر بر چالش‌های موجود در این زمینه غلبه خواهد کرد. به ویژه، مراکزی برای تسریع و حمایت از تحقیقات مشترک، تجزیه و تحلیل کشاورزی دقیق کشاورزی و انفورماتیک، اینترنت اشیا (IoT) در میان واحدهای شرکت کننده در سراسر دپارتمان ها باید ایجاد شود.

علاوه بر این، مجموعه‌ای از برنامه‌های کارشناسی و کارشناسی ارشد در تجزیه و تحلیل محاسباتی و انفورماتیک کشاورزی دقیق، که ریشه در بخش شرکت‌کننده دارد، نقشی حیاتی در به اشتراک گذاشتن هسته میان‌رشته‌ای نوآورانه و همکاری در پروژه‌های قابل مشاهده و بین رشته‌ای ایفا می‌کند. تحقیقات تعاونی دانشگاه صنعت را می توان با تشکیل کنسرسیوم هایی از صنعت و ذینفعان در سراسر کشور انجام داد تا به نتایج قابل قبولی دست یابد.

از طریق به کارگیری رویکردها و فناوری‌های پیشرفته و بهره‌گیری از زیرساخت‌های موجود، از جمله فنوتیپ‌سازی پیشرفته و ژنتیک، می‌توان تکنیک‌های جدیدی را برای به حداکثر رساندن عملکرد و تغذیه و در عین حال حفظ منابع آب توسعه داد . توسعه بسترها و سکوهای آزمایشی برای اجرا و آزمایش فناوری‌های جدید کشاورزی دقیق برای نظارت، کاشت و برداشت از طریق مشارکت کشاورز/آکادمیک به پذیرش فناوری کمک می‌کند. این بسترهای آزمایشی همچنین در ارزیابی سنجش میدانی، تصمیم گیری، علم داده و راه حل های تجزیه و تحلیل بصری مفید خواهند بود. همچنین با توسعه پژوهشی هدفمند در کنترل آلودگی محصولات کشاورزی در تمامی مراحل تولید و فرآوری می توان عصر جدیدی را برای جامعه ای پایدار و سالم ایجاد کرد. مطالعات آزمایشی همچنین برای نوآوری در ذخیره سازی و حمل و نقل غلات، میوه ها و سبزیجات برای به حداقل رساندن تلفات ناشی از آفات مورد نیاز است.

کشاورزی در برابر تخریب خاک، کمبود آب، رو به وخامت اکوسیستم کوهستانی و الگوهای آب و هوایی متغیر و شدیدتر (مانند سیل، خشکسالی، یخبندان) به شدت آسیب پذیر می شود. با این حال، شکاف های عمده ای در درک ما از تغییرات در کشاورزی و اینکه چگونه این تغییرات بر کشاورزی تأثیر می گذارد وجود دارد . برای پیش‌بینی، برنامه‌ریزی و سازگاری با این تغییرات و به‌دست آوردن زمینه‌های جدید در کشاورزی، دانش بهبودیافته باید کسب شود. علاوه بر این، تلاش‌هایی برای توسعه تکنیک‌های تشخیص بهتر برای مواد پر و پلی فلوروآلکیل (PFAS) و زباله‌های حاوی PFAS موجود در خاک‌های مختلف مورد نیاز است. در میان تکنیک‌های موجود، کربن فعال دانه‌ای (GAC) یک فناوری رو به رشد در تصفیه PFAS در آب است . با این حال، کمبود قابل‌توجهی در توسعه داده‌ها و روش‌ها از نظر درک بنیادی و کمی‌سازی خواص محیط وجود دارد. فن آوری های جذب و مخرب، هم برای خاک و هم برای آب در نظر گرفته می شود. سایر رویکردهای اصلاحی عبارتند از تبادل آنیون، اوزوفرکشن ، اکسیداسیون شیمیایی، اکسیداسیون الکتروشیمیایی، سونولیز ، تثبیت خاک، و فناوری های حرارتی . این فن‌آوری‌های درمانی برای ارائه سیستم‌های مدیریت PFAS با داده‌های سنجش تقریباً در زمان واقعی برای تسهیل تصمیم‌گیری سریع مناسب نیستند.

برای برآوردن نیاز رویکردهای عملی برای مدیریت اثرات بالقوه زیست محیطی PFAS، محققان محیط زیست باید فناوری های جدیدی را برای افزایش تشخیص و کنترل PFAS با ورودی های کمتر توسعه و پیاده سازی کنند. تکنیک های پیشرفته ای که در کنترل، درمان، تخریب و حذف PFAS در خاک عملی تر و کارآمدتر هستند مورد نیاز است. این کار پیچیده و دشوار مستلزم تلاش‌های میان رشته‌ای است که رشته‌های مختلف علوم زیست محیطی را برای توسعه چنین ابزاری و پیاده‌سازی آن‌ها در میدان برای رسیدن به این هدف ترکیب می‌کند.

دانش بهبود یافته از سیستم های مختلف خاک به توسعه تکنیک های سنجش زیرزمینی بهتر کمک می کند. فقدان اندازه‌گیری‌های طولانی‌مدت و مقیاس بزرگ خاک یک چالش بزرگ است زیرا مدل‌های موجود برای پیش‌بینی ویژگی‌های مختلف خاک با استفاده از بسترهای آزمایشی در مقیاس کوچک و اندازه‌گیری‌های مزرعه‌ای که همچنین شامل حذف خاک از مکان‌های مزرعه برای تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی است، توسعه می‌یابد. فن آوری های جدید برای درک بهتر چرخه کربن و نیتروژن مورد نیاز است. برای دستیابی به این هدف، محققان فناوری و دانشمند خاک باید نقشی پویا برای توسعه سیستم‌های درجای پیشرفته ایفا کنند که قادر به اندازه‌گیری خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک در زمین‌های مقیاس بزرگ حاوی انواع مختلف خاک هستند. در این راستا می توان از پیشرفت های اخیر در زمینه سلامت و انرژی در کشاورزی دقیق استفاده کرد.

روش های موثر و قابل اعتماد سنجش رطوبت خاک و مدیریت آبیاری نیز به پیشرفت در سنجش زیرزمینی و فناوری ارتباطات بستگی دارد. چالش های عمده در این مناطق نصب دستی و حذف حسگرهای رطوبت خاک در فصول قبل و بعد از رشد و نگرانی های حفظ حریم خصوصی کشاورزان در مورد مزارع است. برای غلبه بر این موانع پذیرش کشاورزی دقیق، اینترنت اشیا زیرزمینی با قابلیت سنجش بلندمدت همراه با ارتباطات زیرزمینی بی سیم و شبکه مورد نیاز است.

برای ایجاد روش‌های کشاورزی دقیق و آگاه از فناوری، نوآوری و اتوماسیون در سنجش زیرزمینی و ارتباطات ایمن، جمع‌آوری داده‌ها، تجزیه و تحلیل و تجسم نقش حیاتی ایفا می‌کند. حسگرهایی برای کیفیت خاک و آب در سراسر مناظر شبکه ای نیاز به توسعه دارند. علاوه بر این، ادغام پیشرفت‌ها در تجزیه و تحلیل داده‌های کشاورزی دقیق، سنجش درجا و از راه دور در سیستم‌های کاری، اطلاعات بومی و محلی مورد نیاز است. توسعه و بکارگیری تکنیک‌های جدید سنجش و ارتباط برای حفاظت از منابع آب و افزایش عملکرد محصول یکی از حوزه‌های اصلی نیاز به نوآوری‌های فناوری است. با استفاده از این فناوری‌های سیمی و بی‌سیم و راه‌حل‌های سنجش، می‌توان یک میدان اینترنت اشیا در مقیاس بزرگ ایجاد کرد. ایجاد مجموعه شبکه ای از پایگاه های داده مربوط به نوع خاک و رطوبت موجود، دسترسی به داده های تلفیقی در مقیاس بزرگ را برای تصمیم گیری بهبود می بخشد.

V.    نتیجه گیری

کشاورزی دقیق حیاتی هستند . تخصص در حوزه های مختلف از جمله مهندسی و فناوری، زراعت، سنجش و پایش محیطی، واج شناسی، حاصلخیزی خاک، حشره شناسی، داده کاوی، یادگیری ماشین و روباتیک مورد نیاز است. همه تلاش‌ها باید برای اتصال تخصص در این حوزه‌ها برای بررسی چالش‌های مهم توسعه فناوری و پذیرش در کشاورزی دقیق انجام شود. بکارگیری آخرین نوآوری ها در فناوری، حسگری و ارتباطات، امکان پیشرفت های اساسی در شیوه های کشاورزی دقیق و راه حل های مدیریتی را فراهم می کند.

 

دانلود مقاله PDF

 

How useful was this post?

Click on a star to rate it!

Average rating 5 / 5. Vote count: 1

No votes so far! Be the first to rate this post.