На фона на опасенията относно сушата и разходите за енергия, екип от Андалусия предложи инструмент, който позволява на потребителите да знаят От колко вода всъщност се нуждае една култура всеки ден? и да коригирате напояването съответно, без да разчитате толкова много на интуицията или фиксираните графици.
Е AquaCrop-IoT, One интелигентна напоителна платформа който комбинира ежедневни изображения на парцела, метеорологични данни и агрономически симулационен модел, за да дава препоръки на земеделския производител оптимално напояване от вашето мобилно устройствоТестван в пшенична ферма в Кордоба, той е успял да отреже около 32% от използваната вода без намаляване на добива на културите.
Платформа за ежедневно напояване, проектирана за андалуската провинция
Разработването на AquaCrop-IoT произтича от проект, финансиран от Министерство на университетите, изследванията и иновациите на регионалното правителство на Андалусия, с око на за по-ефективно използване на водата за напояване в контекста на нарастващ воден стрес в Испания.
Инструментът е проектиран от група Катедра по агрономия, Университет в Кордоба и Институт за устойчиво земеделие (IAS-CSIC)Техният подход е лесен за обяснение, макар и технологично сложен: да предложат препоръки за ежедневно поливане базирани на реални данни за културите и климата, достъпни от уеб приложение Достъпно на всяко устройство с браузър.
По този начин, продуцентът може да влезе от телефона, таблета или компютъра си и да види какво количество вода да се използва през този денПлатформата има за цел да проследи развитието на плантацията и въздействието от ускоряването или забавянето на напояването. Тя се стреми да се адаптира към реалния темп на фермата, където решенията се вземат бързо и често с непълна информация.
Основната цел е двойна: пестете вода и енергия без да се жертва производството, и да се предложи инструмент, който е достатъчен интуитивен така че всеки земеделски производител да може да го интегрира в рутината си, без да е необходимо да притежава обширни технически познания.
Цифров близнак: виртуалното копие, което решава напояването
Ядрото на AquaCrop-IoT е базирано на концепцията за дигитален близнаквиртуално копие на сюжета, което се опитва да го отрази в детайли състоянието на културата и нейната консумация на вода във всеки един момент. Въз основа на това дигитално копие системата симулира различни сценарии за напояване и предлага най-ефективния вариант.
Като научна основа, платформата започва от АкваКроп, симулационният модел, разработен от Организация на ООН по прехрана и земеделие (ФАО)Този модел, широко използван за планиране на напоителни стратегии при тревисти култури, оценява как културата реагира на различната наличност на вода, но първоначално е бил проектиран за по-статична употреба. да не се актуализира ежедневно с това, което се случва във фермата.
AquaCrop-IoT автоматизира и разширява този FAO модел, интегрирайки го с физически сензори e изображения в почти реално времеИдеята е, че дигиталният близнак не трябва да остане теоретична проекция, а да бъде непрекъснато коригиран от случващото се на място.
Както екипът на IAS-CSIC посочва, AquaCrop опростява реалността и не разглежда подробно процеси като появата на вредители, болести или хранителни проблеми. Благодарение на връзката с камери и сензори, платформата позволява това Естествената еволюция на културата ще коригира модела когато растението не се държи според очакванията.
Ежедневни изображения, сензори и автоматична корекция на препоръките
При полеви операции, a конвенционална камера, инсталирана на имота Системата прави снимка на реколтата всеки ден. От тази снимка системата автоматично изчислява растителна покривкаТоест, какъв процент от почвата е покрита от листата. Този показател е тясно свързан с растеж на културите и транспирация.
Ако платформата открие от изображенията, че развитието се забавя или се отклонява от очакваното, тя може да го отдаде на ситуации на воден стрес, наличие на вредители или хранителен дефицитС тази информация, дигиталният близнак се пренастройва и Препоръките за напояване са променени за да се избегне добавянето на вода, което не би довело до повишен добив.
В допълнение към изображенията, системата интегрира метеорологична станция с дванадесет сензора разпределени в цялата ферма. Наред с други параметри, той записва слънчева радиациятемпература на въздуха, относителна влажност, валежи и скорост и посока на вятъра, ключови променливи за оценка на евапотранспирацията и водния баланс.
Наред с тези локални измервания, платформата включва исторически серии и прогнози от Държавната метеорологична агенция (Aemet)Прогнозите ни позволяват да предвиждаме дъждовни явления, горещи вълни или внезапни температурни промени, което влияе върху решенията за това кога е препоръчително да... да се ускори, намали или забави напояването.
Според екипа, целият този набор от данни се подава към модела AquaCrop и актуализира дигиталния близнак, който се превръща в своеобразен контролен панел, където фермерът може да преглежда изображения, графики и прогнози за еволюцията на културите при различни сценарии на напояване.
Метеорология, периферни изчисления и достъп до интернет от всяко устройство
Една от критичните точки за работа на платформа от този тип извън лабораторията е свързаност във ферматаМного ферми в Испания, и особено в селските райони, имат неравномерно покритиекоето усложнява непрекъснатото изпращане на големи обеми данни към облака.
За да преодолее този проблем, AquaCrop-IoT прибягва до периферни изчисленияВместо да разчита на постоянна интернет връзка, системата обработва данните директно на терена, в малък сървър, инсталиран във ферматаи изпраща само информацията, необходима за визуализация и анализ, към уеб платформата.
Тази архитектура намалява уязвимостта към прекъсвания в мрежата и подобрява устойчивост на систематаТова е от съществено значение, когато става въпрос за ежедневни решения за напояване. Земеделският производител може да продължи да използва инструмента, дори ако връзката е прекъсваща или има случайни прекъсвания.
След това обработената информация се въвежда в уеб интерфейс който има за цел да бъде ясен и лесен за използване. Достъпен е от всяко устройство с браузър. Актуализирани изображения на културите, диаграми с ключови променливи и персонализирани препоръки за напояване, които се настройват автоматично при промяна на условията.
Както е обобщено от изследовател от Университета в Кордоба Франсиско ПуигЗемеделските производители се консултират от години климатични прогнози да управлява експлоатацията му; това, което тази платформа сега добавя, е динамична симулация на еволюцията на културите и препоръчителното напояване, с цел намаляване на потреблението на вода и енергия без да се навреди на производството.
Изпитание с твърда пшеница в Кордоба: три напоявания вместо четири
За да валидира функционалността на платформата, екипът проведе тест в отглеждане на твърда пшеница засети в Януари 2023г в частна ферма в провинцията CordovaПробното изпитване съвпадна с особено суха година, контекст, представителен за водния натиск, пред който е изправена голяма част от селското стопанство в Андалусия.
По време на цикъла на реколтата, дигиталният близнак коригира първоначалните прогнози на модела AquaCrop, като например проверява, че Поникването на растенията се е случило по-късно отколкото беше очаквано. Тази привидно малка разлика във времето оказа влияние върху препоръчителния график за напояване.
Ако беше следван само статичният модел, AquaCrop би предложил четири поливания с общ обем от 64,8 милиметра на използваната вода. Въпреки това, като се има предвид информацията от камерите, сензорите и прогнозите за времето, AquaCrop-IoT препоръча три поливания с общо 44,1 мм.
Сравнението между двете стратегии води до спестявайки приблизително 32% от използваната вода за напояване, без да се регистрират съществени разлики в краен добив на реколтатаС други думи, използвана е по-малко вода и реколтата е останала на същото ниво.
В допълнение към потреблението на вода, намаляването на броя на напояванията предполагаше намаляване на потреблението на енергия свързани с въвеждането в експлоатация на помпените системи. Следователно ефектът беше забележим както върху околната среда, така и върху икономическа цена на кампанията.
Приложение за други култури, разходи и бъдещи разработки
Въпреки че пилотното проучване е фокусирано върху твърда пшеница, изследователите настояват, че Подходът на AquaCrop-IoT е приложим и към други тревисти култури, като царевица или зеленчуци, които реагират подобно на стратегии за напояване, основани на връзката между растеж на короната и наличие на вода.
Един от аспектите, върху които екипът набляга най-много, е относително ниски разходи за внедряванеУстройствата, използвани в теста – главно камери и локален сървър за обработка – струват около 150 евро на камера и по-малко от 200 евро за сървъраЦифри, които според авторите ги правят жизнеспособни за средни ферми.
Техническата архитектура е проектирана да бъде модулен и мащабируемСистемата е готова за включване нови източници на информация, като например допълнителни сензори за влажност на почвата или изображения, заснети от дроновекоето би позволило по-подробен и гъвкав поглед върху състоянието на парцела.
В бъдеще, отговорните за проекта вече работят по интегрирането на платформата с мобилни приложения които позволяват на фермера направете обикновена снимка с телефона си и че системата може автоматично да калибрира растежа на културите от това изображение, без да е необходимо да се инсталират фиксирани камери.
По думите на изследователя от UCO Хуан Антонио Родригес-ДиасСелскостопанският сектор в момента е потопен в технологична революция където сензорите вече генерират голямо количество данни, но често Те не са интегрирани в наистина полезни инструментиСтратегията на AquaCrop-IoT е именно да трансформира тази лавина от информация в практическа платформа, която помага за вземането на по-информирани решения за напояване.
Цялата тази работа позиционира AquaCrop-IoT като пример за Дигитализацията, приложена към напояването в ИспанияВъв време, когато пестенето на вода и енергия е приоритет за фермите, платформата демонстрира, че това е възможно чрез интегриране на цифрови близнаци, ежедневни изображения, метеорологични данни и периферни изчисления в един инструмент, достъпен за мобилни устройства. намалете препоръчителното количество вода за напояване с около една трета поддържане на производството, нещо особено важно за тревистите култури в европейските региони, изложени на суша.
