چکیدههوشمندسازی کشاورزی مدرن عمدتاً به سیستم بهره‌برداری و نگهداری بستگی دارد. هوشمندسازی سیستم بهره‌برداری و نگهداری مستقیماً با کارایی جامع عملیات گلخانه‌ای مرتبط است و همچنین نشان‌دهنده نوسازی کشاورزی تأسیساتی است که ارزش عمومی‌سازی و توسعه عمیق را دارد. این مقاله به معرفی کاربرد سیستم بهره‌برداری و نگهداری هوشمند در یک پایگاه کشاورزی تأسیساتی در چینگدائو می‌پردازد، تأثیر کاربرد آن را تجزیه و تحلیل می‌کند و ارزش عمومی‌سازی سیستم را ارزیابی می‌کند تا مرجع اطلاعاتی برای متخصصان مربوطه فراهم کند و مطالعه عمیق‌تر سیستم‌های مرتبط را گسترش دهد و در نتیجه سطح فنی و هوشمندی کشاورزی تأسیساتی را بهبود بخشد.

کلمات کلیدی: سیستم هوشمند بهره‌برداری و نگهداری؛ کشاورزی تأسیساتی؛ کاربرد

با توسعه سریع چین، روش‌های سنتی تولید محصولات کشاورزی قادر به برآورده کردن نیازهای جامعه برای کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی نبوده‌اند. کشاورزی مدرن با امکانات پیشرفته، که با بازده بالا، کارایی و کیفیت برتر مشخص می‌شود، در سال‌های اخیر به سرعت توسعه یافته و پتانسیل بازار عظیمی را ارائه می‌دهد. با این حال، در مقایسه با کشورها یا مناطق کشاورزی توسعه‌یافته در جهان، سطح فناوری کشاورزی با امکانات پیشرفته چین هنوز به طور قابل توجهی عقب مانده است، به ویژه در کاربرد سیستم‌های هوشمند عملیات و نگهداری مبتنی بر اینترنت اشیا در کشاورزی مانند حسگرهای کشاورزی و مغزهای ابری ماشین، که در آنها دیجیتالی شدن نیاز به بهبود فوری دارد.

۱. سیستم هوشمند بهره‌برداری و نگهداری برای کشاورزی

۱.۱ تعریف سیستم

سیستم هوشمند بهره‌برداری و نگهداری برای کشاورزی، یک فناوری سیستمی نوظهور است که عمیقاً فناوری اینترنت اشیا، فناوری مدیریت هوشمند و فرآیندهای مختلف کشاورزی مانند کاشت، ذخیره‌سازی، فرآوری، حمل و نقل، قابلیت ردیابی و مصرف را ادغام می‌کند. سیستم هوشمند بهره‌برداری و نگهداری کشاورزی از طریق ادغام "سیستم+سخت‌افزار"، از فناوری‌های کلیدی اینترنت اشیا، مانند فناوری حسگر، فناوری انتقال، فناوری پردازش و فناوری رایج، برای حل جامع مشکلات چند تعاملی مانند شناسایی فردی کشاورزی، آگاهی موقعیتی، شبکه‌سازی تجهیزات ناهمگن، پردازش داده‌های ناهمگن چند منبعی، کشف دانش و پشتیبانی از تصمیم‌گیری استفاده می‌کند.

۱.۲ مسیر فنی

معمولاً ساختار سیستم مدیریت کشاورزی عمدتاً از ادراک، شبکه و پلتفرم تشکیل شده است. بر این اساس، شرکت‌ها می‌توانند لایه‌های منطقی بیشتری را با توجه به انواع کشاورزی و نیازهای تجاری گسترش دهند. معماری سیستم هوشمند بهره‌برداری و نگهداری کشاورزی در شکل 1 نشان داده شده است.

به منظور پاسخگویی به نیازهای بهره‌برداری و نگهداری هوشمند از تأسیسات کشاورزی، حسگرهایی مانند حسگر دما و رطوبت، حسگر دی‌اکسید کربن، حسگر روشنایی، حسگر جریان، حسگر جریان آب، حسگر جریان دی‌اکسید کربن، حسگر جریان گاز طبیعی، حسگر فشار وزنی، حسگر EC و حسگر pH می‌توانند سفارشی‌سازی شوند و شرکت‌هایی که تقاضای زیادی دارند می‌توانند حسگرها را تحقیق و توسعه دهند و از طریق پروتکل انتقال داده اساسی، انتقال و ضبط پایدار داده‌ها را تضمین کنند.

۱.۳ اهمیت توسعه

سیستم هوشمند بهره‌برداری و نگهداری از فناوری حسگر هوشمند، فناوری انتقال اطلاعات و فناوری پردازش هوشمند از طریق اینترنت اشیاء کشاورزی برای انجام نظارت و کنترل از راه دور در زمان واقعی تمام پیوندها در فعالیت‌های کشاورزی، ارتقای اطلاعات هوشمند تولید کشاورزی، مدیریت و تصمیم‌گیری استراتژیک و تحقق راندمان بالا، تشدید، مقیاس و استانداردسازی تولید کشاورزی استفاده می‌کند. در نهایت، اتصال عمودی تمام پیوندها در تولید محصول و اتصال افقی تمام پیوندها در کل زنجیره صنعت کشاورزی محقق خواهد شد. ایجاد یک بوم‌شناسی اقتصاد دایره‌ای با سیستم فناوری کاشت، پلتفرم مغز کشاورزی، ایمنی مواد غذایی کشاورزی، پلتفرم تجارت محصولات کشاورزی، سیستم مالی جدید زنجیره تأمین کشاورزی، گردشگری کشاورزی ویژه و کاشت و پرورش تکمیلی (شکل 2).

 

۲.پایش اطلاعات تلفیق آب و کود

۲.۱ اصل سیستم

این سیستم با تشخیص میزان آب، EC، pH و سایر مقادیر ماتریس سبوس نارگیل، بازخورد منفی به سیستم آب و کود می‌دهد که نقش مهمی در هدایت دقیق آبیاری دارد. با توجه به ویژگی‌های صحنه‌های مختلف کاشت، از طریق تجزیه و تحلیل و تحقیق در مورد ویژگی‌ها و ساختار ماتریس، مدل آبیاری زمان‌بندی تجربی، مدل آبیاری حد بالا و پایین تنظیم آب ماتریس توسعه داده می‌شود. سیستم جمع‌آوری اطلاعات یکپارچه آب و کود می‌تواند مدل آبیاری را کنترل کند، بهینه‌سازی و تکرار می‌تواند به طور مداوم در فرآیند عملیات تولید و نگهداری انجام شود.

۲.۲ ترکیب سیستم

این سیستم شامل دستگاه جمع‌آوری مایع ورودی، دستگاه جمع‌آوری مایع برگشتی، دستگاه نظارت بلادرنگ بر روی زیرلایه و جزء ارتباطی است که در آن دستگاه جمع‌آوری مایع ورودی شامل حسگر pH، حسگر EC، پمپ آب، جریان‌سنج و سایر قطعات است؛ و دستگاه جمع‌آوری مایع برگشتی شامل یک حسگر فشار، یک حسگر pH، یک حسگر EC و سایر قطعات است. دستگاه نظارت بلادرنگ بر روی زیرلایه شامل یک سینی جمع‌آوری مایع برگشتی، یک صفحه فیلتر مایع برگشتی، یک حسگر فشار، یک حسگر pH، یک حسگر EC، یک حسگر دما و رطوبت و سایر قطعات است. ماژول ارتباطی شامل دو ماژول LoRa است، یکی در اتاق کنترل مرکزی و دیگری در گلخانه (شکل 3). اتصال سیمی بین کامپیوتر و جزء ارتباطی قرار گرفته در اتاق کنترل مرکزی، اتصال بی‌سیم بین جزء ارتباطی قرار گرفته در اتاق کنترل مرکزی و جزء ارتباطی قرار گرفته در گلخانه و اتصال سیمی بین جزء ارتباطی در گلخانه و رله، جزء تشخیص زیرلایه و جزء تشخیص مایع برگشتی وجود دارد (شکل 4).

۲.۳ اثرات کاربردی

تأثیر آبیاری با سیستم آبیاری آب و کود که توسط این سیستم نظارتی بازخورد داده می‌شود، با سیستم آبیاری ارائه شده توسط تأمین‌کنندگان به تنهایی مقایسه شده است. در مقایسه با مورد دوم، میانگین آبیاری به ازای هر بوته گوجه‌فرنگی با این سیستم نظارتی 8.7 درصد در روز کاهش می‌یابد و حجم مایع برگشتی 18 درصد کاهش می‌یابد و مقدار EC مایع برگشتی اساساً یکسان است، که نشان می‌دهد وقتی از این سیستم نظارتی برای آبیاری استفاده می‌شود، طبق قانون جذب محلول غذایی توسط محصولات، محلول غذایی بیشتری توسط محصولات استفاده می‌شود. استفاده از این سیستم آبیاری هوشمند می‌تواند میزان آبیاری را 29 درصد و میزان برگشت مایع را به طور متوسط ​​53 درصد در مقایسه با آبیاری زمان‌بندی شده تجربی کاهش دهد (شکل 5 تا 6).

 

3. سیستم کنترل محیطی مبتنی بر اینترنت اشیا

با توجه به نیاز به کنترل دقیق گره‌های طیفی پویا در مقیاس بزرگ در کارخانه‌های گیاهی، فناوری اینترنت اشیا ترکیبی برای حل مشکلات مربوط به کسب گره در مقیاس بزرگ و ناهمگن و کنترل دقیق محیط نوری کارخانه معرفی شده است. سیستم کنترل روشنایی هوشمند در کارخانه گیاهی، چراغ‌های روشنایی هوشمند LED را به عنوان حامل در نظر می‌گیرد و فناوری اینترنت اشیا ترکیبی کلان‌داده WF-IOT را برای ساخت یک شبکه ترمینال غیرمتمرکز در مقیاس بزرگ که از کسب، انتقال و کنترل داده‌ها پشتیبانی می‌کند، اتخاذ می‌کند. این سیستم را می‌توان آزادانه بر اساس نیازهای تولید گروه‌بندی کرد و شدت نور چراغ‌های روشنایی کارخانه را می‌توان به طور مداوم و در زمان واقعی با توجه به شرایط نوری مختلف و نیازهای رشد گیاه تنظیم کرد تا کنترل دقیق شدت نور تکمیلی و مقدار نور تکمیلی محقق شود (شکل 7). از طریق شبکه جانبی، جمع‌آوری و انتقال پویای داده‌های حسگری مانند محیط و روشنایی قابل تحقق است و همزمان، نظارت آنلاین بر مصرف انرژی نیز قابل تحقق است و مصرف انرژی نور تکمیلی در هر منطقه رشد را می‌توان در زمان واقعی درک کرد.

این سیستم با جمع‌آوری داده‌های کنترل داخلی و خارجی گلخانه، مدیریت دقیق گیاهان را محقق می‌کند و توسعه محصول "مدل مدیریت گیاه" را تکمیل می‌کند. از طریق حسگرهای جریان، CO2، گاز طبیعی و آب، جمع‌آوری داده‌های نظارتی "سیستم انرژی" محقق می‌شود. با استفاده از فناوری بینایی ربات، از طریق داده‌های رنگ میوه، تعداد میوه، اندازه ساقه میوه، برگ‌ها، ساقه‌ها و غیره، کل فرآیند داده‌های رشد محصول نظارت و شناسایی می‌شود (شکل 8).

4.ارزش تبلیغاتی

سیستم هوشمند بهره‌برداری و نگهداری کشاورزی، با استفاده از مزایای پلتفرم اینترنت صنعتی، یک سرمایه‌گذاری، چندین بار استفاده از خدمات، با استفاده از مفهوم اشتراک‌گذاری اینترنت صنعتی، ساخت اینترنت اشیا در کشاورزی تأسیساتی را با هزینه کم و راندمان بالا ترویج می‌دهد و سطح هوشمند و سبز کشاورزی تأسیساتی را بهبود می‌بخشد. به عنوان مثال، با استفاده از یک پروژه در شهر لایشی، چینگدائو، میزان استفاده جامع از کود می‌تواند به بیش از ۹۰٪ برسد که سه برابر کشت سنتی در خاک است. در کل فرآیند هیچ تخلیه فاضلاب تولیدی وجود ندارد که در مقایسه با کشت مزرعه‌ای ۹۵٪ آب صرفه‌جویی می‌کند و آلودگی کود به خاک را کاهش می‌دهد. از طریق تشخیص CO2 در گلخانه توسط این سیستم، عوامل محیطی مانند دما و روشنایی در داخل و خارج گلخانه به طور جامع تجزیه و تحلیل می‌شوند و تأمین CO2 در زمان واقعی تنظیم می‌شود که نه تنها نیازهای گیاهان را برآورده می‌کند، بلکه از هدر رفتن نیز جلوگیری می‌کند، فتوسنتز محصول را به طور مؤثر تقویت می‌کند، تجمع کربوهیدرات را تسریع می‌کند، عملکرد در واحد سطح را افزایش می‌دهد و کیفیت سبزیجات را بهبود می‌بخشد. کل مجموعه سیستم مدیریت عملیات و نگهداری، عملکرد خودکار تأسیسات کنترل محیط گلخانه، عملکرد خودکار و دقیق تجهیزات در تمام شرایط آب و هوایی را محقق کرده است، هزینه انرژی را 10٪ و هزینه عملیات دستی را 60٪ کاهش داده است و در عین حال، می‌تواند واکنش‌های محافظتی مانند بستن پنجره در اولین بار در برابر آب و هوای نامساعد مانند باد شدید، باران و برف را انجام دهد و به طور مؤثر از از بین رفتن خود گلخانه و محصولات گلخانه‌ای در مواجهه با آب و هوای بد ناگهانی جلوگیری کند.

5.نتیجه‌گیری

توسعه مدرن کشاورزی تأسیساتی را نمی‌توان از موهبت سیستم مدیریت هوشمند کشاورزی جدا کرد. تنها سیستم مدیریتی مربوطه که دارای درک، تحلیل و توانایی تصمیم‌گیری قوی‌تری باشد، می‌تواند در مسیر نوسازی به پیشرفت خود ادامه دهد. سیستم مدیریت هوشمند کشاورزی، کاستی‌های مدیریت مصنوعی را تا حد زیادی کاهش می‌دهد و اطلاعات‌سازی هوشمند تولید، مدیریت و تصمیم‌گیری استراتژیک کشاورزی را ارتقا می‌دهد. با افزایش ورودی و غنی‌سازی مداوم سناریوهای استفاده از سیستم، مدل داده‌های آن باید دائماً بر اساس داده‌های بیشتر به‌روزرسانی و تکرار شود، هوشمندتر شود و به طور جامع درجه هوشمندی کشاورزی تأسیساتی مدرن را بهبود بخشد.

پایان

[اطلاعات استناد]

نویسنده اصلی شا بیفنگ، ژانگ ژنگ و همکاران. فناوری مهندسی کشاورزی باغبانی گلخانه‌ای ۱۹ آوریل ۲۰۲۴ ۱۰:۴۷ پکن