صنعت کشاورزی بخش مهمی است که به عنوان پایه اقتصاد در سراسر جهان کاربرد دارد. با افزایش جمعیت جهان، تقاضای غذا به سرعت در حال افزایش است که نیاز فوری کشاورزان را جهت پیشرفت در اتوماسیون کشاورزی ایجاد می‌کند. پاسخگویی به چنین تقاضایی از سوی مصرف‌کنندگان چالش بزرگی را برای این صنعت ایجاد کرده است و باعث توسعه تکنیک‌ها و شیوه‌های جدید برای افزایش بهره‌وری می‌شود. کشاورزی، نقش کلیدی در توسعه اجتماعی، پیشرفت و نوآوری دارد. بنابراین، سرمایه‌گذاری جهت ارتقاء و پیشرفت در این صنعت با ایجاد یک سیستم آبیاری هوشمند برای دستیابی به نتایج بهتر و موفقیت کلی بسیار ضروری است.
در حال حاضر بسیاری از سازمان‌ها حفاظت از منابع طبیعی را به‌دلیل کاهش روز افزون میزان آن در اولویت اول خود قرار داده‌اند. در میان این منابع، آب به عنوان یک عنصر برجسته در نظر گرفته می‌شود که نیاز به حفظ و حفاظت دارد.
تاثیر عوامل خارجی بر سیستم آبیاری هوشمند
عوامل خارجی تغییرات زیادی را به‌ویژه در حوزه فعالیت‌های کشاورزی ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، نوسانات قیمت سوخت می‌تواند هزینه‌های مربوط به آبیاری محصولات را افزایش دهد. اگر قیمت سوخت افزایش یابد، هزینه‌های پمپاژ آب نیز افزایش خواهد یافت. با تمرکز بر مدیریت صحیح آب، سازمان‌ها فرصت اجرای استراتژی‌های مختلفی را برای کاهش خطرات و به حداقل رساندن اثرات منفی را دارند.
مزایای سیستم آبیاری هوشمند
یکی از بزرگترین مزایای سیستم آبیاری هوشمند توانایی آن در صرفه‌جویی آب است. روش‌های ناکارآمد آبیاری سنتی می‌تواند تا 50٪ از آب مورد استفاده را هدر دهد؛ این مشکلات در اثر تبخیر نادرست آب و آبیاری بیش از حد به‌وجود می‌آید. سیستمهای آبیاری هوشمند با به‌کارگیری از فناوری اینترنت اشیا IoT که شامل سنسورهایی برای جمع‌آوری داده‌های زمان واقعی یا گذشته است، آن‌ها را قادر می‌سازد تا یک برنامه‌ریزی دقیق برای آبیاری و افزایش بهره‌وری تنظیم کنند و در نتیجه هدر رفتن آب را به حداقل برسانند. با به‌کارگیری روش‌های مختلف کشاورزی هوشمند، کشاورزان میتوانند در‌حالی‌که از منابع کمتری مانند کود، آب و دانه استفاده می‌کنند، محصولات بیشتری تولید کنند.
تاثیر اینترنت اشیا در سیستم آبیاری هوشمند
اینترنت اشیا را میتوان پدیده گسترش اینترنت دانست که تمام دستگاه‌هایی را که قادر به برقراری ارتباط با تجهیزات الکترونیکی هستند را به یکدیگر متصل می‌کند. این تکنولوژی فرایندهای وابسته به کشاورزی را ساده‌تر می‌کند و موجب خودکارسازی وظایف، برای افزایش بهره‌وری و کارآیی می‌شود. سنسورها به کشاورزان در درک وضعیت محصولاتشان، به حداقل رساندن تاثیرات زیست محیطی و حفظ منابع کمک زیادی می‌کنند.
انواع سیستم آبیاری هوشمند
یکی از بزرگترین مزایای استفاده از سیستم آبیاری هوشمند، توانایی دستیابی به آبیاری دقیق است که به بهبود کارایی فرایند تحویل آب کمک می‌کند. به‌طور کلی، چهار روش اصلی برای تحویل آب برای آبیاری وجود دارد:
سطحی: آبیاری سطحی برای قرن‌ها به عنوان سنتی‌ترین روش توزیع آب به محصولات استفاده شده است. این روش شامل ایجاد حفره‌های آبیاری متعدد جهت هدایت آب به گیاهان به کمک نیروی جاذبه زمین است.
پاشش آب: آبیاری از طریق آب پاش‌ها، با پاشش آب به هوا، بارندگی طبیعی را شبیه سازی می‌کند. این آب پاش‌ها میتوانند متحرک یا در جای خود ثابت باشند.
آبیاری قطره‌ای: روشی است که آب و رطوبت را مستقیما به ریشه گیاه منتقل می‌کند. این روش جهت کاهش مقدار آب از دست‌رفته و تبدیل آن به تبخیر بسیار کارآمد است.
آبیاری زیرزمینی: شامل دفن سیستمهای آبیاری مبتنی بر IoT و قرار دادن آن‌ها کنار ریشه گیاهان و انتقال آب در زیر زمین است. این روش همچنین به کاهش از دست رفتن آب کمک می‌کند و می‌تواند به‌طور ویژه در حفظ آب موثر باشد.
به‌طور کلی، هر روش آبیاری مزایای خاص خود را دارد و می‌تواند بر اساس نیازهای خاص محصولات در حال کشت استفاده شود.
فاکتورهای مهم سیستم آبیاری هوشمند
دو فاکتور مهم در آبیاری هوشمند وجود دارد که باید رعایت شود:
- نحوه کنترل آبیاری
- نحوه انتقال آب
دو نوع کنترل نیز برای سیستمهای آبیاری هوشمند وجود دارد:
- آبیاری بر اساس آبوهوا
- آبیاری بر اساس خاک
این دو نوع در نحوه حس و ارائه اطلاعات متفاوت هستند و هر کدام رویکرد فنی منحصر به فرد خود را دارند.
آبیاری بر اساس آبوهوا
سیستمهای آبیاری هوشمند مبتنی بر آبوهوا از اطلاعات آب‌وهوایی گرفته شده از منابع قابل اعتماد، سنسورها یا داده‌های قبلی جهت گرفتن تصمیم‌‌های صحیح در برنامه‌های آبیاری استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها عواملی مانند دما، رطوبت، نور خورشید و باد را در‌نظر می‌گیرند تا میزان آب موردنیاز گیاهان را تعیین کنند. با استفاده از این اطلاعات، این سیستم‌ها میتوانند بر اساس شرایط خاص محیط محلی، تنها با آبیاری در صورت نیاز به حفظ آب کمک کنند. این سیستم‌ها به عنوان سیستمهای تبخیر و تعریق نیز نامیده می‌شوند، زیرا کاهش مقدار آب از طریق تبخیر و تعریق گیاهان را در‌نظر‌می‌گیرند.
آبیاری بر اساس خاک
سیستمهای آبیاری هوشمند مبتنی بر خاک از اطلاعات و داده سنسورهای کارگذاری شده در زمین کشاورزی برای تصمیم‌گیری هوشمندانه در مورد زمان آبیاری، بر اساس سطح رطوبت محلی خاک استفاده می‌کنند. با وجود قابلیت شخصی سازی، کاربران برای تعیین معیارها، سناریوهای منحصر به فرد و زمان شروع و توقف آبیاری، توسط این سیستم‌ها به حفظ آب کمک می‌کنند. این کار نه تنها باعث صرفه‌جویی در آب می‌شود بلکه بهینه‌بودن سطح رطوبت خاک را برای محصول خاصی که در حال رشد است تضمین می‌کند. با نصب سیستم آبیاری مبتنی بر اینترنت اشیا IoT در زمین کشاورزی و اندازه‌گیری رطوبت مورد نیاز خاک برای پرورش یک محصول، به حفظ آب بسیار کمک می‌شود. سنسورهای رطوبت خاک در زیر زمین و کنار ریشه گیاهان مانند درختان، بوته‌ها و چمن‌ها قرار می‌گیرند تا سطح رطوبت خاک را به‌طور دقیق تعیین کنند و این اطلاعات را برای نظارت به کنترلرها ارسال کنند.
استفاده از Wireless sensor network (WSN) روشی مهم برای اتصال سنسورهای مختلف جهت نظارت شرایط محیطی است. این شامل تجزیه و تحلیل داده های جمع‌آوری شده توسط سنسورها و استفاده از آن برای فعال کردن دستگاه های کنترل از طریق یک حلقه بازخورد feedback loop ( فرایندی که نتایج تولید شده توسط یک سیستم به عنوان ورودی بازگردانده می‌شود.) است. از این نوع شبکه در زمینه ارزیابی سیستم آبیاری بر اساس خاک و آبوهوا استفاده می‌شود.
انواع سیستم آبیاری هوشمند مبتنی بر خاک
دو نوع سیستمهای مبتنی بر سنسور رطوبت خاک وجود دارد:
آبیاری چرخه‌ای به تعویق انداخته شده: آبیاری چرخه‌ای به تعویق انداخته شده شبیه به یک کنترلر مبتنی بر زمان عمل می‌کند. با‌این‌حال، اگر سطح رطوبت خاک کافی باشد، این سیستم به‌طور خودکار آبیاری برنامه ریزی شده بعدی را متوقف می‌کند.
آبیاری در صورت نیاز: این سیستم در عوض، نیازی به برنامه‌ریزی پیش از آبیاری ندارد. کاربر آستانه رطوبت را تعیین می‌کند و آبیاری زمانی آغاز می‌شود که رطوبت خاک به زیر این سطح تعیین‌شده کاهش یابد.
فناوریهای اصلی مورد استفاده در اینترنت اشیا برای آبیاری
فناوریهای اصلی مورد استفاده در اینترنت اشیا برای آبیاری را میتوان به دو دسته تقسیم کرد:
دستگاه‌های کم مصرف و کوتاهمدت: دستگاه‌های کم مصرف به عنوان گره عمل می‌کنند و مقادیر کمی از داده را در مسافت‌های کوتاه با حداقل مصرف انرژی منتقل می‌کنند.
دستگاه‌های پر مصرف و بلند‌مدت: دستگاه‌های با قدرت بالا قادر به انتقال مقادیر زیادی از داده در مسافت‌های طولانی هستند اما انرژی بیشتری مصرف می‌کنند.
راه‌های ارتباطی سیستم آبیاری هوشمند IoT
استانداردهای بی‌سیم نقش مهمی در امکان ارتباط بین دستگاه‌های IoT دارند. این استانداردها را میتوان بر اساس فاصله‌ای که دستگاه‌ها در آن ارتباط برقرار می‌کنند طبقه‌بندی کرد. برخی از استانداردها برای ارتباطات کوتاهمدت طراحی شده‌اند، در‌حالی‌که برخی دیگر از ارتباطات بلند‌مدت پشتیبانی می‌کنند. انتخاب استاندارد بی‌سیم مناسب برای اطمینان از ارتباطات کارآمد و قابل اعتماد در سیستمهای آبیاری IoT ضروری است.
یکی از محبوب‌ترین و موثرترین فناوریهای ارتباطی به دلیل دسترسی گسترده آن Wi-Fi است. بسیاری از دستگاه‌های ارزان قیمت اینترنت اشیا با وجود محدودیت‌های آن از نظر پوشش، از Wi-Fi پشتیبانی می کنند. سیستم جهانی ارتباطات تلفن همراه (GSM) یکی دیگر از فناوریهای بی‌سیم است که به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد و ارتباطات طولانی‌مدت را از طریق ارائه‌‌‌دهندگان خدمات تلفن همراه ارائه می‌دهد.
انواع سیستمهای ذخیرهسازی مورد استفاده در کشاورزی
سیستمهای ذخیرهسازی ابری در هر زمان و از هر مکان با اتصال به اینترنت به‌راحتی دسترسی به داده‌ها را برای شما فراهم می‌کنند. داده‌ها در سرورهای خارجی توسط یک ارائه‌دهنده شخص ثالث ذخیره می‌شوند، که موجب کاهش هزینه‌ها و ارتقا می‌شود؛ زیرا کسب‌و‌کارها فقط برای فضای ذخیرهسازی مورد نیاز خود هزینه پرداخت می‌کنند. علاوه بر این، سیستمهای ذخیرهسازی ابری سطح بالایی از تدابیر امنیتی و پشتیبانی برای جلوگیری از خرابی یا از دست‌رفتن داده‌ها ارائه می‌دهند.
از سوی دیگر، سیستمهای سنتی پایگاه داده با ذخیره داده در زیرساخت‌های خود سازمان معمولا برای داده‌های ساختاری استفاده می‌شوند و اغلب امن‌تر از ذخیرهسازی ابری هستند؛ زیرا سازمان کنترل بیشتری بر دسترسی و اقدامات امنیتی دارد. با‌این‌حال، نگهداری سیستمهای پایگاه داده می‌تواند گران‌تر باشد و ممکن است انعطاف پذیری گزینه‌های ذخیرهسازی ابری را نداشته باشد.
