ההשפעה של מכונות אי-השקיה בלתי-אפשרות על שימור מים

כיצד מכונות ההשקה של IoT מעוצבות מחדש לשימור מים בחקלאות

מים טריים הם משאב סופי, וחקלאות לצרוך כ -70% מההיצע העולמי.עם דפוסי האקלים הופכים יותר לא יציבים וגידול האוכלוסייה להגביר את הביקוש למזון, הלחץ על משאבי מים מעולם לא היה גדול יותר.בתגובה, המגזר החקלאי הופך לטכנולוגיות דיוק המבטיחות לספק יותר יבול לנפילה.בין החידושים המשתנים ביותר של מערכות אלה הוא אינטרנט של דברים (IoT) המאפשרים חיישנים במהירות, ורמתם, אשר מונעים כיום, שיפור של צמיחה, שיפור של מערכות שימור, ואספקה יעילה של אנרגיה, ושמירה על פני זמן, עם איכות חיים יעילה, ורמת איכות יעילה, ושמירה על פני זמן, ושמירה על פני מערכות שימור, ושמירה על פני זמן רב יותר, עם איכות יעילה, עם איכות יעילה, עם צמיחה יעילה, עם איכות חיים יעילה, עם איכות יעילה, ושמירה על פני כדוריות יעילה, עם איכות יעילה, עם איכות יעילה, עם איכות יעילה, עם צמיחה יעילה, ורמת שימור, עם צמיחה יעילה, עם צמיחה יעילה של אנרגיה יעילה, עם צמיחה יעילה, עם צמיחה יעילה של אנרגיה יעילה של אנרגיה יעילה של אנרגיה יעילה של אנרגיה יעילה, עם צמיחה יעילה של אנרגיה יעילה של אנרגיה יעילה של אנרגיה יעילה של אנרגיה יעילה של אנרגיה יעילה של אנרגיה יעילה, ושמירה על פני כדוריות יעילה, וזרי

Defining IoT-Enabled Irrigation Machinery

מערכות השקיה מבוססות IoT אינן רק צירים אוטומטיים או שסתום מבוקר מרחוק.הם משולבים רשתות של מכשירים פיזיים - חיישני לחות מנפט, תחנות מזג אוויר, מ"ר זרימה, ויחידות הפעלה - שמתקשרות עם זה ועם פלטפורמות אנליטיות מבוססות ענן.מערכות אלה אוספים מידע באופן רציף על תנאי הקרקע, משתנים אטמוספריים, דרישות מים יבול.

בבסיס המערכות הללו הם כמה מרכיבים מרכזיים:

• (ב) חיישנים של לחות סולריים (Soil moistחיישניםFLT:1) אשר מודדים תוכן מים נפחי במעמקים שונים, ומספקים קריאה מדויקת של לחות שורש-zone ולא להסתמך על תצפיות על פני השטח.
• (FLT:0) תחנות Weather veFLT:1 כי הטמפרטורה, לחות, מהירות רוח, קרינה סולארית ומשקעים, המאפשר מודלים של evapotranspiration כדי לצריח את הביקוש למים.
• (FLT:0) שסתום שליטה ומשאבות 1 (Flow Control שצוינו ב- 1) מצוידים ב- Actuators אשר מגיבים לפקודות ממערכת הבקרה המרכזית, המאפשרים השקיה משתנה בין אזורים שונים של שדה.
• פרוטוקולי תקשורת (FLT:0) פרוטוקולים של קואליציית ה-NB-IoT (Otexation LTE-M) אשר משדרים נתונים באופן אמין גם באזורים חקלאיים מרוחקים עם תשתיות מוגבלות.
• (FLT:0) פלטפורמות ניתוח נתונים של Analytics, קונסולת 1:1, אשר מזרני החיישן המקיפים, ליישם אלגוריתמים ספציפיים ליבול, וליצור המלצות ניתנות לפעולה או אותות בקרה אוטומטיים.

ההבחנה בין מערכות אוטומטיות ישנות יותר לבין מכונות מודרניות של IoT-הנעה נמצאת בלולאת משוב.אוטומציה מסורתית עוקבת אחר לוח זמנים קבוע.מערכות IoT מסתגלות באופן דינמי בהתבסס על תנאי שדה בפועל, סגירת הפער בין הצרכים של היבול לבין מה שהאיכר חל.

כיצד מערכות ה-IoT משמרות מים

יישום מוקדם מבוסס על מידע בזמן אמת

שיטות השקיה לאמנה - בין אם שיטפונות, פרוות או מערכות מתפזרות סטנדרטיות - ממש מים אחידים על פני שדה, התעלמות מהריאציות בסוג הקרקע, מדרונות, ופיתוח היבול. גישה אחידה זו מובילה בהכרח למי שתייה באזורים מסוימים ויבול תת-ימי במערכות IoT אחרות פותרות זאת על ידי הפעלת irrigation ספציפית לאתר.

שכנוע מבוסס שכנוע

חיזוי פיראטיות (ET) הוא תהליך משולב של evaporation מים מן הקרקע ו transpiration מן העלים הצמח.זה מייצג את הדרישה למים האמיתיים של יבול בתנאים מטאורולוגיים.מערכות IoT שמשלבות נתונים בתחנת מזג אוויר יכולות לחשב את שיעורי תזמון יומי באופן אוטומטי ולהתאים את לוח הזמנים של העיכוב רק המים שאבדו.

המונחים: Leak Detection

אובדן מים ברשתות השקיה אינם מוגבלים ליישום לא יעיל.לאות בצנרת, פולטים שבורים, ושסתום לקוי יכול לבזבז כמויות משמעותיות של מים לפני שהם שמים לב.מונים של זרימה IoT ממוקמים בנקודות אסטרטגיות לאורך רשת השקיה לספק ניטור רציף של מים. כאשר המערכת מזהה גם ירידה של ירידה במים.

סתום מזג אוויר-תגובה וגשם נדחה

אחד המקורות הנפוצים ביותר של פסולת בשקיקה קונבנציונלית הוא החל מים זמן קצר לפני או לאחר אירוע גשם. מערכות IoT הקשורות לתחזיות מזג אוויר מקומיות ומדפי גשם באתר יכולים באופן אוטומטי להשעות השקיה כאשר המשקעים מזוהים או חזו. זה יכולת אחראית מזג האוויר למנוע יישום מיותר, חיסכון מים וצמצום עלויות אנרגיה.

חיסכון במים פוטנציאליים מ-IoT

בעוד היתרונות התיאורטיים משכנעים, נתונים בעולם האמיתי מן החוות המבצעיות מספק את הראיות החזקות ביותר לשימור מים.מחקר שנערך על ידי אוניברסיטת קליפורניה Cooperative הרחבה על מטעני שקד המצויים במעקב על לחות מבוססת IoT הראו חיסכון מים ממוצע של 25% בהשוואה לפרקטיקה סטנדרטית, ללא כל ירידה בתשואות אגוזים.בפעילות כרם באוסטרליה, מגדלים באמצעות צנרת מים מבוקרת על ידי IoT דיווחו על חיסכון של 30 ל-40% לעומת יעילות סטנדרטית, בעוד שיפור של מתח טוב יותר מאשר ניהול מזון.

בחקלאות חתירה, מחקר שפורסם בכתב העת של Irrigation ו- Drainage Engineering מצא כי irrigation המשתנה מבוסס IoT הפחתת יישום מים הכולל ב -22 אחוזים על שדות כותנה תוך שמירה על תשואות lint.מחקר גם ציין ירידה של 15% בצריכת אנרגיה עבור משאבה, שכן המערכת הפעילה משאבה יעילה יותר בקיבולת חלקית ולא מלאה במהלך כל אירוע השקיה.

חיסכון זה אינו מוגבל לפעולות מסחריות בקנה מידה גדול.חוות בעלי חיים קטנים בהודו ואפריקה שמדרום לסהרה החלו לאמץ מערכות IoT בעלות נמוכה המבוססות על חומרה בקוד פתוח וקישוריות סלולריות. תוכניות טייס במרבטרה, הודו, הוכיחו כי חקלאים קטנים בקנה מידה קטן באמצעות חייחי לחות של IoT מופחתים את תדירות השקיה ב -40 אחוזים, חיסכון ממוצע של 1,200 ליטר מים ליום בחווה במהלך העונה היבשה.

בהקשר רחב יותר, מכון משאבי העולם מעריך כי אימוץ נרחב של טכנולוגיות השקיה מדויקת - כולל מערכות בעלות ערך IoT - עשוי להפחית את צריכת המים החקלאית העולמית ב-15 עד 25% עד 2030, תוך שחרור מספיק מים כדי לענות על הצרכים של 1.5 מיליארד בני אדם לשימוש ביתי.

איכות הסביבה והכלכלה

אנרגיה מתחדשת וטביעת רגל

משאבת מים היא אחד המבצעים המשפיעים ביותר על משק, במיוחד כאשר מים חייבים להילקח מקוויפר עמוק או לעבור על מרחקים ארוכים. על ידי צמצום נפח של מים שואבים וניקוי לחץ מערכת באמצעות דחף מהיר משתנה להגיב לפקודות IoT, חוות יכול לקצץ צריכת אנרגיה באופן משמעותי. מקרה מחקר של משק 500-hectare בקליפורניה הראה כי מעבר להפחתה מבוקרת של כ- 700,000 שעות של צריכת חשמל ל- 70 ק"מנקה בשנה.

ניכוי ב- Acent Runoff וזיהום

עודף השקיה לא רק לבזבז מים אלא גם מכאבים דשנים ו agrochemicals לתוך מים קרקעיים וגופי מים משטח, לתרום לזיהום ומערכות אקולוגיות. מערכות IoT החלות מים בדיוק בתגובה ליבול צריך למזער זיהום עמוק מתחת לאזור השורש, שמירה על חומרים מזינים היכן הם נגישים למפעלים.זה מפחית את כמות ההפריה הנדרשת ומקטין את העומס הסביבתי של חנקן וחנקן של מים גדול.

איכות Crop ו-Yeld Stability

מתח מים - בין אם מגירעון או עודף - תכונות יבול איכות בדרכים להפחית את ערך השוק.מערכות בעלות ערך מוסף IoT לשמור על לחות אופטימלית אדמה לאורך העונה הגדלה, המוביל לפיתוח יבול אחיד יותר. עבור גידולי ערך גבוה כגון ענבים יין, ענבים שולחן ופירות עץ, ניהול מים עקבי הוכח לשפר את תכולת הסוכר, גודל הפירות, חיי המדף.

יעילות וחיסכון תפעולי

ניטור ידני ופעולת שסתום הוא עבודה אינטנסיבית, הדורש בדיקות שדה תכופות והתאמות. מערכות IoT אוטומטי שותפים משימות אלה, שחרור עובדי החווה להתמקד בפעילויות קריטיות אחרות כגון ניהול מזיקים, ריצה, וקציר. סקר של חוות בארצות הברית אשר אימצה את ההתערבות של IoT דיווחו על חיסכון ממוצע של 12 עד 18 שעות בשבוע במהלך עונת ההשקה.

פתרונות ניהול ופתרונות מעשיים

עלויות ההון והROI Unquity

ההשקעה החד-צדדית של מערכות השקיה של IoT יכולה להיות משמעותית.התקנה מלאה כולל חיישנים, תשתיות תקשורת, מנוי פלטפורמה בענן, והתקנה עשויה לעלות $5,000 ל-50,000 דולר עבור חוות 50 דונם, בהתאם לדחיסות ולמורכבות המערכת.עבור חקלאים רבים, במיוחד אלה הפועלים בשוליים דקים, זה מייצג סיכון פיננסי משמעותי.

קישוריות וכוח

אזורים חקלאיים רבים חסרים כיסוי סלולרי אמין או רשתות חשמל רשת.IoT מערכות מסתמכות על קישוריות רציפה עשויים לחוות פערים בנתונים המפחיתים את יעילות המערכת.התקדמות ברשת הרחבה של כוח נמוך (LPWAN) טכנולוגיות, כולל LoRaWAN ו- NB-IoT, הרחיבו את קישוריות לאזורים כפריים עם טווח ארוך וצריכת אנרגיה נמוכה.

ניהול נתונים ומומחה טכני

מערכות IoT מייצרות כמויות גדולות של נתונים.ללא ניתוח ופרשנות נאותה, נתונים אלה יכולים להציף חקלאים ולהוביל לשיתוק החלטות.ספקי ציוד ושירותי הרחבה חקלאיים מציעים יותר ויותר תוכניות הכשרה ולוחדי נתונים התומכים ברזולוציה של נתונים.מגמה לעבר ממשקים ידידותיים למשתמש עם התראות ניתנות לפעולה - במקום לקרואי חיישן גולמי - שיפרה את שיעורי האימוץ באופן משמעותי.

אפשרויות ל-Vondor Lock-In

ככל ששוק ההשקה של IoT גדל, החקלאים מתמודדים עם התפשטות של מערכות קנייניות שאולי לא לתקשר עם אחד.שדה עשוי להיות חיישנים של אחד הספק, נתונים מזג אוויר מאחר, ומשאבים שליש.ללא יכולת בין-ידית, הפוטנציאל המלא של ניתוח נתונים משולב של IoT אבוד.תעשיית הטכנולוגיה החקלאית נעה לכיוון סטנדרטים פתוחים כגון Open Ag Alliance (ADA) ו-Gatetraativeation, אשר צריך לקדם תצורה של נתונים סטנדרטית ו-Fireativeation.

התפקיד של אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונות

מערכות IoT מייצרות נתונים, אך בינה מלאכותית (AI) ולמידה של מכונה (ML) ממציינות את התובנות המניעות אופטימיזציה.הדור הבא של פלטפורמות השקיה משתמש בנתונים היסטוריים ומציאותיים בזמן אמת כדי להכשיר מודלים חיזוי מים צריך שעות או ימים מראש.מודלים אלה משלבים לא רק לחות אדמה ומזג אוויר אלא גם phenology יבול, evatranspiration מגמות, ואפילו מחירים ממליצים על אסטרטגיות השקיה כיבוד מים עם איזון כלכלי עם איזון.

אלגוריתמים של ML מצטיינים בזיהוי דפוסים עדינים בנתונים של חיישן המעידים על בעיות מתפתחות.לדוגמה, שינוי הדרגתי בתעקלת תגובת לחות הקרקע במשך כמה ימים עשוי להצביע על תדח מתפתח בקו טפטוף או דליפה בצנרת תת-קרקעית.המערכת יכולה להזהיר את האיכר לחקור לפני הבעיה גורמת לאובדן מים משמעותי או נזק ליבול.

חברות כגון CropX, Netafim, לינדזי ותאגיד כבר שילבו רכיבי AI לתוך פלטפורמות השקיה שלהם. אימוץ מוקדם לדווח כי irrigation AI-optimized להפחית את השימוש במים על ידי 10% עד 15% נוספים מעבר למה ש-IoT לבדו משיג, דוחף שימור מוחלט לקראת סוף העליון של טווח ניתן להשיג.

ניהול ואימוץ נהגים

ממשלות וארגונים בינלאומיים יותר ויותר מכירים את ההתערבות של IoT ככלי קריטי לביטחון מים.המדיניות החקלאית של האיחוד האירופי כוללת זרמי מימון לטכנולוגיות חקלאות דיוק, כולל ניטור השקיה מבוסס IoT.משרד החקלאות האמריקאי מציע תוכניות שיתוף בעלות באמצעות תוכנית בקרת איכות הסביבה (EQIP) המכסה עד 75% מהעלות של מערכות ההתקנה של מערכות ניהול מים ואוטומציה.

באזורים בעלי מתח במים כגון המזרח התיכון וצפון אפריקה, ממשלות לאומיות פתחו תוכניות לסבסד את אימוץ ה-IoT כחלק מאסטרטגיות שימור מים רחבות יותר.ישראל, מנהיג עולמי בניהול מים חקלאיים, השיגה אימוץ כמעט חד-משמעי של השקיה מדויקת באמצעות שילוב של לחץ רגולטורי, תמריצים פיננסיים, ומערכת חקלאית חזקה המספקת תמיכה טכנית מתמשכת.

המגזר הפרטי גם מניע אימוץ.חברות מזון ומשקאות גדולות עם התחייבויות קיימות מעודדות - ובמקרים מסוימים הדורשות - מגדלי שרשרת האספקה שלהם לאמץ שיטות יעילות מים.לדוגמה, כמה קונים גדולים של שקדים עכשיו דורשים מגדלים להשתמש בניהול השקיה המונעת על ידי נתונים כתנאי של רכישה.זה לחץ שוק מאיץ את אימוץ מערכות IoT בין יצרנים אשר עלולים להיות בדרך אחרת להשקיע כדי להאט.

כיוונים עתידיים ומחקר

האבולוציה של השקיה מבוססת IoT רחוקה מאוד מלהיות מלאה.כמה טכנולוגיות מתפתחות מבטיחות לשפר עוד יותר את שימור המים.ל-לוויינים מרחוק מרחוק, כולל סוכנות החלל האירופית Sentinel משימות ושירותים מסחריים כמו Planet Labs, עכשיו מספק הערכות תכופות של לחץ מים יבול בקנה מידה. integrating נתונים לוויין עם חיישנים מבוססי IoT מבוסס קרקעיים יוצר מערכת ניטור בקנה מידה רב היקף שיכול לזהות נוקשות ברמה של אזורי ניהול בודדים.

חומרים מתקדמים גם נכנסים לתמונה.חוקרים מפתחים סוגים חדשים של חיישני לחות קרקעיים עמידים יותר, מדויקים יותר, ופחות יקרים מהאפשרויות הנוכחיות.דפסת אלקטרוניקה וחיישנים ביו-דידים יכולים להיות פרוסים עלות נמוכה מאוד בכל התחומים, יצירת רשת רגישה צפופה שלוכדת גמישות בקנה מידה בסדר.

רובוטים השקיה אוטונומיים הם עוד גבול.פלטפורמות ניידות אלה יכולות לעבור דרך שדה, למדוד תנאים בצמחים ספציפיים ולספק מים בדיוק היכן שנדרש, חיסול הצורך בתשתיות קבועות. בעוד שעדיין בשלב המחקר, אבטיפוס מוקדם הראו חיסכון במים של עד 50 אחוזים בהשוואה למערכות טפטוף קונבנציונליות באפליקציות יבול מיוחדות.

תאומים דיגיטליים של חוות - העתקים וירטואליים המשלבים נתונים של IoT עם מודלים של יבול ותחזיות מזג אוויר - מתחילים להופיע בפעולות חקלאיות מתקדמות.תאום דיגיטלי מאפשר לאכר לדמות את התוצאה של אסטרטגיות השקיה שונות לפני החלת מים בשדה, המאפשר בדיקות תרחיש ללא סיכון.כפי כוח חישובי ממשיך לרדת בעלות, טכנולוגיה דיגיטלית תהפוך להיות נגיש למגוון רחב יותר של מפעלים חקלאיים.

מסקנה

מכונות השקיה מבוססות IoT מייצגות את אחד הכלים היעילים ביותר הזמינים לצמצום צריכת המים החקלאית תוך שמירה או הגדלת התפוקה של היבולים, על ידי החלפת ניחושים ידניים ותכניות לוח זמנים קשיחות עם נתונים בזמן אמת, בקרה הסתגלות וניתוחים חיזוי, מערכות אלה מספקות לעולם לא חיסכון מים נרחב יותר של 20 עד 40 אחוזים או יותר במערכות יבוליות שונות והקשרים גיאוגרפיים.