High-tech poľnohospodárstvo by mohlo znížiť spotrebu vody až o 70 percent počas historických období sucha

High-tech poľnohospodárstvo by mohlo znížiť spotrebu vody až o 70 percent počas historických období sucha

Voda je najdôležitejší zdroj pre život, pre ľudí aj pre plodiny, ktoré konzumujeme. Na celom svete poľnohospodárstvo predstavuje 70 percent všetkej spotreby sladkej vody.

Študujem počítače a informačné technológie na Polytechnickom inštitúte v Purdue a vediem laboratórium Purdue’s Environmental Networking Technology (ENT), kde riešime výzvy v oblasti udržateľnosti a životného prostredia pomocou interdisciplinárneho výskumu poľnohospodárskeho internetu vecí alebo Ag-IoT.

Internet vecí je sieť objektov vybavených senzormi, aby mohli prijímať a prenášať údaje cez internet. Príklady zahŕňajú nositeľné fitness zariadenia, inteligentné domáce termostaty a autá s vlastným pohonom.

V poľnohospodárstve ide o technológie ako bezdrôtová podzemná komunikácia, podpovrchové snímanie a antény v pôde. Tieto systémy pomáhajú farmárom sledovať podmienky na ich pôde v reálnom čase a aplikovať vodu a iné vstupy, ako napríklad hnojivo, presne vtedy a tam, kde sú potrebné.

Senzory inštalované v kukuričnom poli. Abdul Salam

Najmä monitorovanie podmienok v pôde je veľkým prísľubom, že pomôže poľnohospodárom využívať vodu efektívnejšie. Senzory môžu byť teraz bezdrôtovo integrované do zavlažovacích systémov, aby poskytovali prehľad o úrovni pôdnej vlhkosti v reálnom čase. Štúdie naznačujú, že táto stratégia môže znížiť dopyt po vode na zavlažovanie o 20 percent až 72 percent bez toho, aby obmedzovala každodenné operácie na poliach s plodinami.

Čo je to poľnohospodársky internet vecí?

Dokonca aj na suchých miestach, ako je Blízky východ a severná Afrika, je možné hospodáriť s efektívnym hospodárením s vodou. Extrémne poveternostné udalosti spôsobené klimatickými zmenami to však sťažujú. Opakujúce sa suchá na západe USA za posledných 20 rokov spolu s ďalšími katastrofami, ako sú požiare, spôsobili straty na úrode v miliardách dolárov.

Vodní experti merali pôdnu vlhkosť, aby informovali o vodnom hospodárstve a rozhodnutiach o zavlažovaní po celé desaťročia. Automatizované technológie vo veľkej miere nahradili ručné nástroje pôdnej vlhkosti, pretože je ťažké manuálne odčítať pôdnu vlhkosť na výrobných poliach vo vzdialených lokalitách.

V poslednom desaťročí začali technológie bezdrôtového zberu údajov poskytovať prístup k údajom o pôdnej vlhkosti v reálnom čase, čo umožňuje lepšie rozhodnutia o hospodárení s vodou. Tieto technológie by mohli mať aj mnoho pokročilých aplikácií internetu vecí v oblasti verejnej bezpečnosti, monitorovania mestskej infraštruktúry a bezpečnosti potravín.

Poľnohospodársky internet vecí je sieť rádií, antén a senzorov, ktoré zhromažďujú informácie o plodinách a pôde v reálnom čase na poli. Na uľahčenie zberu údajov sú tieto senzory a antény bezdrôtovo prepojené s poľnohospodárskymi zariadeniami. Ag-IoT je kompletný rámec, ktorý dokáže zistiť podmienky na poľnohospodárskej pôde, navrhnúť akcie ako reakciu a poslať príkazy poľnohospodárskym strojom.

Technológie, ktoré spolu tvoria poľnohospodársky internet vecí.Abdul Salam/Purdue University

Prepojenie zariadení, ako sú snímače pôdnej vlhkosti a teploty v teréne, umožňuje riadiť zavlažovacie systémy a autonómne šetriť vodu. Systém dokáže plánovať zavlažovanie, monitorovať podmienky prostredia a ovládať poľnohospodárske stroje, ako sú sejačky a aplikátory hnojív. Ďalšie aplikácie zahŕňajú odhad hladín pôdnych živín a identifikáciu škodcov.

Výzvy kladenia sietí pod zem

Bezdrôtový zber údajov má potenciál pomôcť farmárom využívať vodu oveľa efektívnejšie, ale umiestnenie týchto komponentov do zeme predstavuje výzvy. Napríklad v laboratóriu Purdue ENT sme zistili, že keď sú antény, ktoré vysielajú údaje zo senzorov, zakopané v pôde, ich prevádzkové charakteristiky sa drasticky menia v závislosti od toho, ako je pôda vlhká. Moja nová kniha „Signals in the Soil“ vysvetľuje, ako sa to deje.

Abdul Salam vykonáva merania v testovacom zariadení na Purdue University, aby určil optimálnu prevádzkovú frekvenciu pre podzemné antény.Abdul Salam

Farmári používajú na poliach ťažkú ​​techniku, takže antény musia byť zakopané dostatočne hlboko, aby sa nepoškodili. Keď sa pôda namočí, vlhkosť ovplyvňuje komunikáciu medzi sieťou senzorov a riadiacim systémom. Voda v pôde pohlcuje signálnu energiu, čím sa oslabujú signály, ktoré systém vysiela. Hustejšia pôda tiež blokuje prenos signálu.

Vyvinuli sme teoretický model a anténu, ktorá znižuje vplyv pôdy na podzemnú komunikáciu zmenou prevádzkovej frekvencie a šírky pásma systému. S touto anténou môžu senzory umiestnené v horných vrstvách pôdy poskytovať zavlažovacím systémom informácie o stave pôdy v reálnom čase na vzdialenosť až 200 metrov – dlhšie ako dve futbalové ihriská.

Ďalším riešením, ktoré som vyvinul na zlepšenie bezdrôtovej komunikácie v pôde, je použitie smerových antén na zameranie energie signálu v požadovanom smere. Antény, ktoré smerujú energiu do vzduchu, sa dajú použiť aj na bezdrôtovú podzemnú komunikáciu na veľké vzdialenosti.

Používanie softvérovo definovaných rádií na detekciu signálov merania pôdy. Tieto rádiá dokážu prispôsobiť svoje prevádzkové frekvencie v reakcii na zmeny vlhkosti pôdy. Pri skutočnej prevádzke sú rádiá zakopané v pôde.Abdul Salam

Čo bude ďalej pre Ag-IoT

Kybernetická bezpečnosť sa stáva čoraz dôležitejšou pre Ag-IoT, keď dozrieva. Siete na farmách potrebujú pokročilé bezpečnostné systémy na ochranu informácií, ktoré prenášajú. Tiež sú potrebné riešenia, ktoré umožnia výskumníkom a poľnohospodárskym zástupcom spájať informácie z viacerých fariem. Zhromažďovanie údajov týmto spôsobom prinesie presnejšie rozhodnutia o otázkach, ako je využívanie vody, pričom sa zachová súkromie pestovateľov.

Tieto siete sa tiež musia prispôsobiť meniacim sa miestnym podmienkam, ako je teplota, zrážky a vietor. Sezónne zmeny a cykly rastu plodín môžu dočasne zmeniť prevádzkové podmienky zariadení Ag-IoT. Pomocou cloud computingu a strojového učenia môžu vedci pomôcť Ag-IoT reagovať na zmeny v okolitom prostredí.

Napokon, nedostatok vysokorýchlostného internetu je stále problémom mnohých vidieckych komunít. Napríklad mnohí výskumníci integrovali bezdrôtové podzemné senzory s Ag-IoT do zavlažovacích systémov so stredovým čapom, ale farmári bez vysokorýchlostného prístupu na internet nemôžu nainštalovať tento druh technológie.

Integrácia satelitného sieťového pripojenia s Ag-IoT môže pomôcť nepripojeným farmám, kde je širokopásmové pripojenie stále nedostupné. Výskumníci tiež vyvíjajú namontované a mobilné platformy Ag-IoT, ktoré využívajú drony. Systémy, ako sú tieto, môžu poskytovať nepretržitú konektivitu na poli a sprístupniť digitálne technológie viacerým farmárom na viacerých miestach.

Tento článok bol pôvodne publikovaný dňa Konverzácia od Abdula Salama z Purdue University. Prečítajte si pôvodný článok tu.

High-tech poľnohospodárstvo by mohlo znížiť spotrebu vody až o 70 percent počas historických období sucha

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *