Uprostřed sucha a rostoucích cen energií se počítá každá kapka. V Andalusii skupina výzkumníků vyvinula... AquaCrop-IoT, digitální platforma navržená tak, aby pomohla zemědělcům zjistit, kolik vody jejich plodiny denně potřebují a můžete k němu snadno přistupovat na svém mobilním telefonu nebo jakémkoli zařízení s prohlížečem.
Nástroj byl vytvořen jako sázka na Ministerstvo univerzit, výzkumu a inovací regionální vlády Andalusie, který financuje projekt vedený Univerzita v Córdobě (UCO) a Institut pro udržitelné zemědělství (IAS-CSIC)Díky kombinaci snímků samotné farmy, meteorologických dat a simulačních modelů platforma upravuje doporučení pro zavlažování v reálném čase a podle počátečních testů... Umožňuje vám ušetřit přibližně 32 % vody bez poškození úrody.
Systém pro rozhodování o denním zavlažování z vašeho mobilního telefonu.
AquaCrop-IoT byl koncipován jako praktický nástroj pro každodenní život farmářeUživatel se nesetkává s příliš složitými nebo obtížně interpretovatelnými řešeními, ale s webovou aplikací, kde najde aktuální doporučení pro zavlažování na základě skutečného dění v grafu, nikoli pouze obecných odhadů.
Projekt je podepsán týmem z Katedra agronomie UCO a IAS-CSIC, který prezentoval své výsledky ve vědeckém časopise Počítače a elektronika v zemědělství, pod názvem AquaCrop-IoT: Chytrá zavlažovací platforma integrující snímky v reálném čase a předpověď počasíTento článek popisuje, jak relativně dostupné řešení dokáže převést velké objemy dat do jasné a snadno srozumitelné pokyny k zavlažování.
Platforma je navržena tak, aby byla přístupná odkudkoli s připojením k internetu, takže osoba odpovědná za provoz si může vše prohlédnout. obrázky, grafika a vlastní prognózy bez nutnosti neustálého cestování na farmu. Cílem je omezit spoléhání se na intuici a mít objektivní základ pro rozhodování, zda zavlažovat dnes, počkat nebo upravit plánovaný harmonogram.
Pro andaluskou administrativu je tato pracovní linie v souladu se závazkem k efektivnějšímu zemědělství při využívání vodních a energetických zdrojů, zejména u extenzivních plodin v regionu, kde Zavlažování představuje významnou část výrobních nákladů.
Od modelu AquaCrop k digitálnímu dvojčetu pozemku
Srdcem AquaCrop-IoT je koncept digitální dvojčeVirtuální replika odráží stav grafu a umožňuje simulaci různých scénářů hospodaření se závlahou. Tato reprezentace je neustále aktualizována o reálná data o plodinách a atmosféře.
Výchozím bodem je AquaCrop, model vyvinutý Organizací OSN pro výživu a zemědělství (FAO) k odhadu, jak různé plodiny reagují na dostupnou vodu. Jedná se o široce používanou mezinárodní referenci pro plánování zavlažovacích strategií, ale samotný tým uznává, že Není navržen tak, aby reagoval tak rychle, jak vyžaduje to, co se denně děje na hřišti..
A právě zde přichází na řadu verze Cordoba: AquaCrop-IoT automatizuje a rozšiřuje původní modelpřipojením k síti senzorů a kamer, které průběžně opravují jeho výpočty. Digitální dvojče tak nezůstává teoretickou projekcí, ale spíše čerpá z toho, co se na plantáži skutečně děje.
Jak vysvětlil výzkumník IAS-CSIC Margarita García-VilaPodle autora studie je AquaCrop sám o sobě zjednodušeným znázorněním, které nezohledňuje všechny možné faktory, jako je výskyt škůdců nebo některých chorob. Díky integraci se zařízeními v terénu, Realita kultivace „opravuje“ model když zjistí odchylky mezi tím, co se očekávalo, a tím, co bylo pozorováno.
Tento přístup umožňuje zemědělci vizualizovat srozumitelným způsobem jak se vyvíjí vegetační kryt, jaká je spotřeba vody a co by se stalo, kdyby se v nadcházejících dnech zvýšila nebo snížila závlahaNejde jen o to vidět aktuální stav, ale o předvídání důsledků a úpravu strategie.
Denní snímky, senzory a automatické úpravy zavlažování
Pro zásobování digitálního dvojčete čerstvými informacemi využívá AquaCrop-IoT kombinaci denní snímky a terénní měřeníKonvenční kamera instalovaná na farmě každý den pořizuje fotografii obdělávané plochy a systém tento snímek automaticky analyzuje.
Na základě této fotografie platforma vypočítá rostlinný krytTedy podíl půdy pokrytý listy plodiny. Tento parametr slouží jako jasný ukazatel růstu rostlin a transpirace. Pokud se pokryv nezvyšuje podle očekávání, je to známka toho, že něco brání vývoji.
Když systém zjistí, že plodina nepostupuje očekávanou rychlostí – ať už z důvodu vodní stres, škůdci nebo nedostatek živin— automaticky upravuje doporučení pro zavlažování. V mnoha případech, pokud se růst zpomalil, aplikace většího množství vody situaci nezlepší; naopak může vést ke zbytečnému plýtvání vodou a energií.
Integrace senzorů také umožňuje detailní sledování chování plodin, aniž by farmář musel všechna tato data ručně zpracovávat. Platforma tyto informace převádí do Konkrétní pokyny: kolik milimetrů vody aplikovat a v jakou dobu.
Důsledkem je, že rozhodnutí o zavlažování přestávají být založena pouze na nashromážděných zkušenostech nebo obecných aproximacích a místo toho se spoléhají na objektivní důkazy získané na tomto spiknutí a během této kampaně, se schopností reagovat na nepředvídané události.
Meteorologie, Aemet a výpočetní technika na okraji sítě pro překonání nedostatečného pokrytí
Kromě práce kamer se AquaCrop-IoT spoléhá na… meteorologická stanice vybavená tuctem senzorůTato zařízení zaznamenávají klíčové parametry, jako je sluneční záření, teplota vzduchu, relativní vlhkost, srážky a rychlost a směr větru.
Tyto místní informace jsou doplněny o Historická data a předpovědi od Státní meteorologické agentury (Aemet)To umožňuje obohatit digitální dvojče o dlouhodobé datové řady a pravděpodobné budoucí scénáře. Kombinace toho, co se v terénu děje dnes, s tím, co se očekává v nadcházejících dnech, pomáhá definovat přesnější zavlažovací plán.
Slovy výzkumníka UCO Francis PuigPodle spoluautora studie mnoho zemědělců již běžně konzultuje předpovědi počasí, protože jsou užitečné pro řízení jejich farem. AquaCrop-IoT navrhuje jít ještě o krok dál: Tyto prognózy jsou doplněny simulací vývoje plodin, potenciálními stresovými epizodami a doporučeným zavlažováním. aby se minimalizovala spotřeba vody a energie.
Jedním z problémů, které tým vzal v úvahu, je omezené připojení ve venkovských oblastechAby se platforma nespoléhala na nepřetržité internetové připojení, využívá edge computing (okrajové výpočty), takže zpracování dat probíhá přímo na farmě, na malém lokálním serveru.
Následně jsou všechny tyto informace shrnuty do webová aplikace s intuitivním rozhranímNa této platformě si uživatelé mohou prohlížet denní obrázky, grafy trendů a personalizovaná doporučení pro zavlažování. Myšlenka je, že technologie by neměla být překážkou, ale skutečnou pomocí při rozhodování.
Pokus s tvrdou pšenicí v Córdobě: menší zavlažování a 32% úspora vody
Platforma byla testována v reálných podmínkách v Soukromé pěstování tvrdé pšenice na venkově v CordoběBěhem obzvláště suchého vegetačního období byla plodina zaseta v lednu 2023 a celý její cyklus byl monitorován, aby se porovnaly výsledky klasického modelu AquaCrop s výsledky modelu AquaCrop-IoT.
V tomto testu digitální dvojče zjistilo, že vzcházení plodin se zpozdilo oproti očekávání kvůli původnímu modelu. Tato nesrovnalost vedla k překalibrování zavlažovacího plánu a přizpůsobení množství aplikované vody skutečné situaci na plantáži.
Pokud by se použila pouze standardní simulace AquaCrop, bylo by naprogramováno následující čtyři zálivky celkem 64,8 milimetrů vodní hladinyNicméně po začlenění informací z obrázků a senzorů společnost AquaCrop-IoT doporučila tři zavlažování a 44,1 milimetrůcož se promítá do úspor téměř 32 % objemu vody.
Relevantní je, že Toto snížení nevedlo k žádné ztrátě výkonu. při sklizni pšenice. V situaci nedostatku vody a tlaku na náklady na energii spojené se zavlažováním může tato rezerva znamenat rozdíl v ziskovosti mnoha obilovinných farem.
Tato úspora vody je navíc k snížení spotřeby energieToho je dosaženo snížením jak počtu zavlažování, tak i množství čerpané vody. Dopad tak kombinuje ekonomické výhody pro zemědělce s udržitelnějším hospodařením se zdroji.
Nízké náklady, potenciál pro další plodiny a probíhající nový vývoj
Ačkoli první validace byla provedena u pšenice, vědci zdůrazňují, že AquaCrop-IoT lze přizpůsobit i jiným bylinným plodinám, jako je kukuřice nebo zelenina, kde je zavlažování stejně důležité. Flexibilita modelu a infrastruktury umožňuje přizpůsobit platformu různým typům farem.
Jedním z vrcholů projektu je jeho nízké implementační nákladyPodle týmu se zařízení použitá v testu pohybují od... 150 eur za kameru a méně než 200 eur za serverTo otevírá dveře k jeho instalaci na středně velkých farmách bez nutnosti velkých počátečních investic. Navíc mnoho prvků systému, jako například zařízení použitá v testuJsou snadno dostupné a levné.
Systém je také navržen tak, aby se v průběhu času rozrůstal. Kromě kamer a meteorologické stanice je možné začlenit i další komponenty. nové senzory půdní vlhkosti nebo jiné agronomické indikátoryA snímky z dronů které létají nad farmou a poskytují širší pohled na stav plodiny.
Tým již pracuje na integraci s mobilními aplikacemi, aby si farmář mohl sám Vyfoťte telefonem a odešlete ji na platformuMyšlenka je, že tento snímek bude použit k automatické kalibraci růstu plodin, aniž by bylo nutné instalovat na grafu pevné kamery, což by mohlo dále zjednodušit přijetí tohoto nástroje.
Jak shrnuje výzkumník UCO Juan Antonio Rodríguez-DíazPodle spoluautora studie se technologická revoluce dostala i do zemědělství: četné senzory generují data, ale ta jsou často přiváděna do systémů s malou interakcí s uživatelem. AquaCrop-IoT se snaží právě tyto informace integrovat do užitečný a intuitivní nástroj pro rozhodování, propojující technologickou vrstvu s realitou zemědělce.
S AquaCrop-IoT přidává andaluské zemědělství návrh, který kombinuje aplikovanou vědu, digitalizaci a místní znalosti. doladit zavlažování, snížit spotřebu a udržet produktivituV situaci klimatické nejistoty a omezení vodních zdrojů se řešení tohoto typu mohou stát klíčovými spojenci pro modernizaci venkova, aniž by se ztratila ze zřetele ekonomická životaschopnost farem.
