В умовах посухи та зростання цін на енергоносії кожна крапля має значення. В Андалусії група дослідників розробила AquaCrop-IoT — цифрова платформа, розроблена, щоб допомогти фермерам знати, скільки води потрібно їхнім культурам щодня і ви можете легко отримати до нього доступ на своєму мобільному телефоні або будь-якому пристрої з браузером.
Інструмент був створений як ставка на Міністерство університетів, досліджень та інновацій регіонального уряду Андалусії, який фінансує проєкт, що очолює Кордовський університет (UCO) у-ель- Інститут сталого сільського господарства (IAS-CSIC)Завдяки поєднанню зображень самої ферми, метеорологічних даних та імітаційних моделей, платформа коригує рекомендації щодо зрошення в режимі реального часу та, згідно з початковими випробуваннями, Це дозволяє заощадити близько 32% води без шкоди для врожаю.
Система для прийняття рішень щодо щоденного поливу з вашого мобільного телефону.
AquaCrop-IoT був задуманий як практичний інструмент для повсякденного життя фермераДалеко не надто складні або важкі для інтерпретації рішення, користувач входить у веб-застосунок і знаходить актуальні рекомендації щодо зрошення на основі того, що насправді відбувається в полі, а не лише загальних оцінок.
Проєкт підписаний командою з Кафедра агрономії УКО і IAS-CSIC, який представив свої результати в науковому журналі Комп’ютери та електроніка в сільському господарстві, під назвою AquaCrop-IoT: Розумна платформа для зрошення, що інтегрує зображення в режимі реального часу та прогноз погодиУ цій статті описується, як відносно доступне рішення може перетворити великі обсяги даних у чіткі та зрозумілі інструкції з поливу.
Платформа розроблена для доступу з будь-якого місця з підключенням до Інтернету, щоб особа, відповідальна за операцію, могла переглядати зображення, графіка та власні прогнози без необхідності постійно їздити на ферму. Мета полягає в тому, щоб зменшити залежність від інтуїції та мати об'єктивну основу для прийняття рішення про те, чи поливати сьогодні, почекати чи змінити запланований графік.
Для андалузької адміністрації цей напрямок роботи відповідає зобов'язанню щодо більш ефективного використання водних та енергетичних ресурсів у сільському господарстві, особливо в екстенсивних культурах у регіоні, де Зрошення становить значну частину виробничих витрат.
Від моделі AquaCrop до цифрового двійника ділянки
Серце AquaCrop-IoT лежить у концепції цифровий двійникВіртуальна репліка відображає стан ділянки та дозволяє моделювати різні сценарії управління зрошенням. Це представлення постійно оновлюється реальними даними про врожайність та атмосферу.
Відправною точкою є АкваКроп, модель, розроблена Продовольчою та сільськогосподарською організацією ООН (ФАО) для оцінки того, як різні культури реагують на доступну воду. Це широко використовуваний міжнародний орієнтир для планування стратегій зрошення, але сама команда визнає, що Він не призначений для такої швидкої реакції, як того вимагає те, що відбувається щодня на полі..
Ось тут і з'являється версія Cordoba: AquaCrop-IoT автоматизує та розширює оригінальну модельшляхом підключення його до мережі датчиків і камер, які постійно коригують його розрахунки. Таким чином, цифровий двійник не залишається теоретичною проекцією, а радше спирається на те, що насправді відбувається на плантації.
Як пояснив дослідник IAS-CSIC Маргарита Гарсія-ВілаЗа словами автора дослідження, сам AquaCrop є спрощеним представленням, яке не враховує всі можливі фактори, такі як поява шкідників або певних хвороб. Завдяки інтеграції з пристроями, що використовуються в польових умовах, Реальність культивування «виправляє» модель коли виявляється відхилення між очікуваним і тим, що спостерігалося.
Такий підхід дозволяє фермеру візуалізувати у доступній формі як розвивається рослинний покрив, яке споживання води та що станеться, якщо збільшать або зменшать зрошення найближчими днямиЙдеться не лише про бачення поточного стану, а й про передбачення наслідків та коригування стратегії.
Щоденні зображення, датчики та автоматичне налаштування поливу
Щоб забезпечити цифрового двійника свіжою інформацією, AquaCrop-IoT використовує комбінацію Щоденні зображення та польові вимірюванняЗвичайна камера, встановлена на фермі, щодня фотографує оброблену ділянку, а система автоматично аналізує це зображення.
На основі цієї фотографії платформа розраховує рослинний покривТобто, частка ґрунту, покрита листям культури. Цей параметр служить чітким показником росту рослин та транспірації. Якщо покрив не збільшується, як очікувалося, це ознака того, що щось заважає розвитку.
Коли система виявляє, що посіви не ростуть з очікуваною швидкістю — чи то через водний стрес, шкідники або дефіцит поживних речовин— автоматично коригує рекомендації щодо поливу. У багатьох випадках, якщо ріст сповільнився, застосування більшої кількості води не покращує ситуацію; навпаки, це може призвести до непотрібних втрат води та енергії.
Інтеграція датчиків також дозволяє детально контролювати поведінку врожаю без необхідності вручну обробляти всі ці дані фермеру. Платформа перетворює цю інформацію на Конкретні інструкції: скільки міліметрів води наносити та в який час.
В результаті рішення щодо зрошення перестають базуватися виключно на накопиченому досвіді чи загальних наближеннях, а натомість покладаються на об'єктивні докази, зібрані на цій змові та під час цієї кампанії, зі здатністю реагувати на непередбачені події.
Метеорологія, Aemet та обчислення на периферії для подолання поганого покриття
Окрім роботи камер, AquaCrop-IoT залежить від... метеостанція, оснащена десятком датчиківЦі пристрої фіксують ключові параметри, такі як сонячна радіація, температура повітря, відносна вологість, кількість опадів, а також швидкість і напрямок вітру.
Ця місцева інформація доповнюється Історичні дані та прогнози від Державного метеорологічного агентства (Aemet)Це дозволяє збагатити цифрового двійника довгостроковими рядами даних та ймовірними майбутніми сценаріями. Поєднання того, що відбувається в полі сьогодні, з тим, що очікується в найближчі дні, допомагає визначити точніший графік поливу.
За словами дослідника UCO Франсіско ПуджЗа словами співавтора дослідження, багато фермерів вже регулярно перевіряють прогнози погоди, оскільки вони корисні для управління їхніми фермами. AquaCrop-IoT пропонує піти ще далі: Ці прогнози доповнюються моделюванням розвитку сільськогосподарських культур, потенційними стресовими епізодами та рекомендованим зрошенням. щоб мінімізувати споживання води та енергії.
Одним із питань, яке команда врахувала, є обмежене сполучення у сільській місцевостіЩоб уникнути залежності від постійного інтернет-з’єднання, платформа використовує периферійні обчислення (краю обчислень), щоб обробка даних здійснювалася на самій фермі, на невеликому локальному сервері.
Згодом вся ця інформація об'єднується в веб-застосунок з інтуїтивно зрозумілим інтерфейсомНа цій платформі користувачі можуть переглядати щоденні зображення, графіки тенденцій та персоналізовані рекомендації щодо зрошення. Ідея полягає в тому, що технології повинні бути не перешкодою, а реальною допомогою у прийнятті рішень.
Випробування твердої пшениці в Кордові: менше поливу та економія води на 32%
Платформу було протестовано в реальних умовах у Приватне вирощування твердої пшениці в сільській місцевості КордовиПротягом особливо посушливого вегетаційного періоду культуру було посіяно у січні 2023 року, і весь її цикл контролювався для порівняння результатів класичної моделі AquaCrop з результатами AquaCrop-IoT.
У цьому тесті цифровий двійник виявив, що сходи врожаю з'явилися пізніше, ніж очікувалося через початкову модель. Ця невідповідність призвела до перекалібрування графіка поливу та адаптації кількості води, що застосовується, до фактичної ситуації на плантації.
Якби було виконано лише стандартне моделювання AquaCrop, було б запрограмовано наступне чотири поливи із загальним 64,8 міліметрів водяного стовпаОднак, після врахування інформації із зображень та датчиків, AquaCrop-IoT рекомендував три зрошення та 44,1 міліметращо призводить до економії майже 32% об'єму води.
Важливо те, що Це зниження не призвело до жодної втрати продуктивності. під час збору врожаю пшениці. За умов дефіциту води та тиску на витрати енергії, пов'язані з іригацією, цей запас може мати вирішальне значення для прибутковості багатьох зернових ферм.
Ця економія води є доповненням до зменшення споживання енергіїЦього досягають шляхом зменшення як кількості поливів, так і обсягу перекачуваної води. Таким чином, вплив поєднує економічні вигоди для фермера з більш сталим управлінням ресурсами.
Низька вартість, потенціал для вирощування інших культур та нові розробки в процесі
Хоча перша валідація була проведена на пшениці, дослідники наголошують, що AquaCrop-IoT можна адаптувати для інших трав'янистих культур, таких як кукурудза чи овочі, де зрошення є не менш важливим. Гнучкість моделі та інфраструктури дозволяє адаптувати платформу до різних типів ферм.
Одна з родзинок проекту полягає в його низька вартість впровадженняЗа словами команди, пристрої, що використовувалися в випробуванні, варіюються від... 150 євро за камеру і менше ніж 200 євро за серверЦе відкриває можливості для його встановлення на середніх фермах без необхідності великих початкових інвестицій. Крім того, багато елементів системи, такі як пристрої, що використовуються в тестіВони легкодоступні та недорогі.
Система також розроблена з можливістю розширення з часом. Окрім камер та метеостанції, можна інтегрувати інші компоненти. нові датчики вологості ґрунту або інші агрономічні індикатори, а також зображення з дронів що пролітають над фермою та забезпечують ширше уявлення про стан врожаю.
Команда вже працює над інтеграцією з мобільними додатками, щоб сам фермер міг Зробіть фотографію з телефону та надішліть її на платформуІдея полягає в тому, що це зображення буде використовуватися для автоматичного калібрування росту врожаю без необхідності встановлення стаціонарних камер на ділянці, що може ще більше спростити впровадження інструменту.
Як підсумовує дослідник UCO Хуан Антоніо Родрігес-ДіасЗа словами співавтора дослідження, технологічна революція торкнулася також сільського господарства: численні датчики генерують дані, але вони часто передаються в системи з мінімальною взаємодією з користувачем. AquaCrop-IoT прагне саме інтегрувати цю інформацію в корисний та інтуїтивно зрозумілий інструмент для прийняття рішень, що пов'язує технологічний рівень з реальністю фермера.
Завдяки AquaCrop-IoT, сільське господарство Андалузії додає пропозицію, яка поєднує прикладну науку, цифровізацію та місцеві знання. точно налаштувати зрошення, скоротити споживання та підтримувати продуктивністьВ умовах кліматичної невизначеності та обмеженості водних ресурсів, рішення такого типу можуть стати ключовими союзниками для модернізації сільської місцевості, не втрачаючи з поля зору економічної життєздатності фермерських господарств.
