Sausuma un pieaugošo enerģijas izmaksu laikā katrs piliens ir svarīgs. Andalūzijā pētnieku grupa ir izstrādājusi AquaCrop-IoT — digitāla platforma, kas izstrādāta, lai palīdzētu lauksaimniekiem zināt, cik daudz ūdens viņu kultūraugiem nepieciešams katru dienu. un var tam viegli piekļūt savā mobilajā tālrunī vai jebkurā citā ierīcē ar pārlūkprogrammu.
Šis rīks tika izveidots kā likme uz Andalūzijas reģionālās valdības Universitāšu, pētniecības un inovāciju ministrija, kas finansē projektu, ko vada Kordovas Universitāte (UCO) un Ilgtspējīgas lauksaimniecības institūts (IAS-CSIC)Pateicoties pašas saimniecības attēlu, meteoroloģisko datu un simulācijas modeļu kombinācijai, platforma pielāgo apūdeņošanas ieteikumus reāllaikā un, saskaņā ar sākotnējiem izmēģinājumiem, Tas ļauj ietaupīt aptuveni 32% ūdens nekaitējot ražai.
Sistēma, lai no mobilā tālruņa varētu izvēlēties ikdienas apūdeņošanu.
AquaCrop-IoT ir iecerēts kā praktisks instruments lauksaimnieka ikdienas dzīvēTālu no pārāk sarežģītiem vai grūti interpretējamiem risinājumiem — lietotājs, atverot tīmekļa lietojumprogrammu, atrod aktuālus apūdeņošanas ieteikumus, kas balstīti uz faktisko situāciju laukā, nevis tikai vispārīgus aprēķinus.
Projektu paraksta komanda no UCO Agronomijas departaments un IAS-CSIC, kurš savus rezultātus ir prezentējis zinātniskajā žurnālā Datori un elektronika lauksaimniecībā, zem virsraksta AquaCrop-IoT: vieda apūdeņošanas platforma, kas integrē reāllaika attēlus un laikapstākļu prognozēšanuŠajā dokumentā ir aprakstīts, kā relatīvi pieejams risinājums var pārvērst lielu datu apjomu par Skaidras un viegli saprotamas apūdeņošanas instrukcijas.
Platforma ir izstrādāta tā, lai tai varētu piekļūt no jebkuras vietas, kur ir pieejams interneta pieslēgums, tāpēc par darbību atbildīgā persona var to pārskatīt. attēli, grafika un pielāgotas prognozes bez nepieciešamības pastāvīgi doties uz saimniecību. Mērķis ir samazināt paļaušanos uz intuīciju un iegūt objektīvu pamatu lēmuma pieņemšanai par laistīšanu šodien, nogaidīšanu vai plānotā grafika maiņu.
Andalūzijas administrācijai šis darba virziens atbilst apņēmībai nodrošināt efektīvāku lauksaimniecību ūdens un enerģijas resursu izmantošanā, īpaši ekstensīvās kultūraugu audzēšanā reģionā, kur Apūdeņošana veido ievērojamu daļu no ražošanas izmaksām.
No AquaCrop modeļa līdz zemes gabala digitālajam dvīnim
AquaCrop-IoT pamatā ir koncepcija digitālais dvīnisVirtuāla kopija atspoguļo zemes gabala stāvokli un ļauj simulēt dažādus apūdeņošanas pārvaldības scenārijus. Šī reprezentācija tiek pastāvīgi atjaunināta ar reāliem kultūraugu un atmosfēras datiem.
Sākumpunkts ir AquaCrop, Apvienoto Nāciju Organizācijas Pārtikas un lauksaimniecības organizācijas izstrādātais modelis (FAO), lai novērtētu, kā dažādas kultūras reaģē uz pieejamo ūdeni. Tas ir plaši izmantots starptautisks atsauces avots apūdeņošanas stratēģiju plānošanai, taču pati komanda atzīst, ka Tas nav paredzēts, lai reaģētu tik ātri, cik nepieciešams, ņemot vērā ikdienas notikumus laukumā..
Šeit noder Kordovas versija: AquaCrop-IoT automatizē un paplašina sākotnējo modelisavienojot to ar sensoru un kameru tīklu, kas nepārtraukti koriģē tā aprēķinus. Tādā veidā digitālais dvīnis nepaliek tikai teorētiska projekcija, bet gan balstās uz to, kas faktiski notiek plantācijā.
Kā paskaidroja IAS-CSIC pētnieks Margarita Garsija-VilaPēc pētījuma autora domām, AquaCrop vien ir vienkāršots attēlojums, kas neņem vērā visus iespējamos faktorus, piemēram, kaitēkļu vai noteiktu slimību parādīšanos. Pateicoties integrācijai ar ierīcēm laukā, Kultivēšanas realitāte “koriģē” modeli kad tā konstatē novirzes starp gaidīto un novēroto.
Šī pieeja ļauj lauksaimniekam vizualizēt pieejamā veidā kā attīstās veģetācijas sega, kāds ir ūdens patēriņš un kas notiktu, ja apūdeņošana tuvākajās dienās tiktu palielināta vai samazinātaRuna nav tikai par pašreizējā stāvokļa redzēšanu, bet gan par seku paredzēšanu un stratēģijas pielāgošanu.
Dienas attēli, sensori un automātiskās apūdeņošanas regulēšanas
Lai apgādātu digitālo dvīni ar jaunu informāciju, AquaCrop-IoT izmanto šādu elementu kombināciju: ikdienas attēli un lauka mērījumiSaimniecībā uzstādīta parasta kamera katru dienu nofotografē apstrādāto platību, un sistēma automātiski analizē šo attēlu.
Pamatojoties uz šo fotogrāfiju, platforma aprēķina augu segumsTas ir, augsnes daļa, ko klāj kultūraugu lapas. Šis parametrs kalpo kā skaidrs auga augšanas un transpirācijas rādītājs. Ja lapu segums nepalielinās, kā paredzēts, tā ir zīme, ka kaut kas kavē attīstību.
Kad sistēma konstatē, ka kultūraugs neattīstās paredzētajā ātrumā — vai nu tāpēc, ka ūdens stress, kaitēkļi vai barības vielu trūkums— automātiski pielāgo apūdeņošanas ieteikumus. Daudzos gadījumos, ja augšana ir palēninājusies, lielāka ūdens daudzuma lietošana situāciju neuzlabo; gluži pretēji, tā var izraisīt nevajadzīgu ūdens un enerģijas izšķērdēšanu.
Sensoru integrācija ļauj arī detalizēti uzraudzīt kultūraugu uzvedību, lauksaimniekam manuāli neapstrādājot visus šos datus. Platforma pārveido šo informāciju Īpaši norādījumi: cik milimetru ūdens uzklāt un kurā laikā.
Rezultātā lēmumi par apūdeņošanu vairs nav balstīti tikai uz uzkrāto pieredzi vai vispārīgiem aptuveniem aprēķiniem, bet gan uz objektīvi pierādījumi, kas iegūti par šo sazvērestību un šīs kampaņas laikā, ar spēju reaģēt uz neparedzētiem notikumiem.
Meteoroloģija, Aemet un skaitļošana perifērijā, lai pārvarētu sliktu pārklājumu
Papildus kameru darbam AquaCrop-IoT balstās uz a meteoroloģiskā stacija, kas aprīkota ar duci sensoruŠīs ierīces reģistrē tādus svarīgus parametrus kā saules starojums, gaisa temperatūra, relatīvais mitrums, nokrišņi, vēja ātrums un virziens.
Šī vietējā informācija ir papildināta ar Valsts meteoroloģijas aģentūras (Aemet) vēsturiskie dati un prognozesTas ļauj digitālo dvīni bagātināt ar ilgtermiņa datu sērijām un iespējamiem nākotnes scenārijiem. Apvienojot to, kas notiek šodien uz lauka, ar to, kas sagaidāms turpmākajās dienās, var noteikt precīzāku apūdeņošanas grafiku.
UCO pētnieka vārdiem runājot Fransisko PuigsPēc pētījuma līdzautora teiktā, daudzi lauksaimnieki jau regulāri konsultējas ar laika prognozēm, jo tās ir noderīgas saimniecību pārvaldībā. AquaCrop-IoT ierosina spert soli tālāk: Šīs prognozes papildina kultūraugu attīstības simulācija, iespējamie stresa gadījumi un ieteicamā apūdeņošana. lai samazinātu ūdens un enerģijas patēriņu.
Viens no jautājumiem, ko komanda ir ņēmusi vērā, ir ierobežota savienojamība lauku apvidosLai izvairītos no nepārtraukta interneta savienojuma, platforma izmanto perifērijas skaitļošanu (malu skaitļošana), lai datu apstrāde tiktu veikta pašā fermā, nelielā lokālā serverī.
Pēc tam visa šī informācija tiek apkopota vienā tīmekļa lietojumprogramma ar intuitīvu saskarniŠajā platformā lietotāji var skatīt ikdienas attēlus, tendenču grafikus un personalizētus apūdeņošanas ieteikumus. Ideja ir tāda, ka tehnoloģijām nevajadzētu būt šķērslim, bet gan reālam palīglīdzeklim lēmumu pieņemšanā.
Cieto kviešu izmēģinājums Kordovā: mazāka apūdeņošana un 32% ūdens ietaupījums
Platforma ir pārbaudīta reālos apstākļos, piemēram, Cieto kviešu privāta audzēšana Kordovas laukosĪpaši sausā veģetācijas periodā kultūraugs tika iesēts 2023. gada janvārī, un viss tā cikls tika uzraudzīts, lai salīdzinātu klasiskā AquaCrop modeļa rezultātus ar AquaCrop-IoT rezultātiem.
Šajā testā digitālais dvīnis noteica, ka kultūraugu dīgšana bija aizkavējusies, salīdzinot ar gaidīto sākotnējā modeļa dēļ. Šī neatbilstība noveda pie apūdeņošanas grafika atkārtotas kalibrēšanas un ūdens daudzuma pielāgošanas plantācijas faktiskajai situācijai.
Ja būtu ievērota tikai standarta AquaCrop simulācija, būtu ieprogrammēts sekojošais četras laistīšanas reizes ar kopējo 64,8 milimetri ūdensTomēr pēc informācijas iekļaušanas no attēliem un sensoriem AquaCrop-IoT ieteica trīs apūdeņošanas un 44,1 milimetrskas nozīmē ietaupījumus gandrīz 32% no ūdens tilpuma.
Attiecīgā lieta ir tā Šis samazinājums neizraisīja nekādus veiktspējas zudumus. kviešu ražā. Ūdens trūkuma un ar apūdeņošanu saistītā enerģijas izmaksu spiediena apstākļos šī peļņas norma var būtiski ietekmēt daudzu graudaugu saimniecību rentabilitāti.
Šī ūdens taupīšana ir papildus a enerģijas patēriņa samazināšanaTas tiek panākts, samazinot gan apūdeņošanas reižu skaitu, gan sūknētā ūdens daudzumu. Tādējādi ietekme apvieno ekonomiskos ieguvumus lauksaimniekam ar ilgtspējīgāku resursu pārvaldību.
Zemas izmaksas, potenciāls citām kultūrām un jauni izstrādes darbi
Lai gan pirmā validācija ir veikta ar kviešiem, pētnieki uzsver, ka AquaCrop-IoT var pielāgot citām zālaugu kultūrām, piemēram, kukurūzas vai dārzeņu audzēšanā, kur apūdeņošana ir tikpat svarīga. Modeļa un infrastruktūras elastība ļauj platformu pielāgot dažādiem saimniecību veidiem.
Viens no projekta spilgtākajiem aspektiem ir tā zemas ieviešanas izmaksasPēc komandas teiktā, izmēģinājumā izmantotās ierīces svārstās no... 150 eiro par kameru un mazāk nekā 200 eiro par serveriTas paver iespējas to uzstādīt vidēja lieluma saimniecībās bez lieliem sākotnējiem ieguldījumiem. Turklāt daudzi sistēmas elementi, piemēram, testā izmantotās ierīcesTie ir viegli pieejami un lēti.
Sistēma ir arī izstrādāta tā, lai laika gaitā to varētu paplašināt. Papildus kamerām un meteoroloģiskajai stacijai ir iespējams iekļaut arī citus komponentus. jauni augsnes mitruma sensori vai citi agronomiskie indikatoriUn attēli no droniem kas lido pāri saimniecībai un sniedz plašāku priekšstatu par ražas stāvokli.
Komanda jau strādā pie integrācijas ar mobilajām lietotnēm, lai pats lauksaimnieks varētu Uzņemiet fotoattēlu no sava tālruņa un nosūtiet to uz platformuIdeja ir tāda, ka šis attēls tiks izmantots, lai automātiski kalibrētu kultūraugu augšanu, bez nepieciešamības uzstādīt fiksētas kameras diagrammā, kas varētu vēl vairāk vienkāršot rīka ieviešanu.
Kā rezumē UCO pētnieks Huans Antonio Rodrigess-DiazsPēc pētījuma līdzautora teiktā, tehnoloģiskā revolūcija ir sasniegusi arī lauksaimniecību: daudzi sensori ģenerē datus, taču tie bieži tiek ievadīti sistēmās ar nelielu lietotāja mijiedarbību. AquaCrop-IoT mērķis ir tieši integrēt šo informāciju noderīgs un intuitīvs rīks lēmumu pieņemšanai, savienojot tehnoloģisko slāni ar lauksaimnieka realitāti.
Ar AquaCrop-IoT Andalūzijas lauksaimniecība pievieno priekšlikumu, kas apvieno lietišķo zinātni, digitalizāciju un vietējās zināšanas. precīzi noregulēt apūdeņošanu, samazināt patēriņu un saglabāt produktivitātiKlimata nenoteiktības un ūdens ierobežojumu scenārijā šāda veida risinājumi var kļūt par galvenajiem sabiedrotajiem lauku modernizācijā, nezaudējot no redzesloka saimniecību ekonomisko dzīvotspēju.
