علوم کامپیوتری, مقالات
مزرعه هوشمند
آگوست
در این مقاله قصدداریم در مورد مزرعه‌هوشمند و اینترنت‌اشیا صحبت کنیم.
فهرست مطالب
- 1- مقدمه
- 2- مزرعه‌هوشمند چیست؟
- 3- زیرمجموعه های مزرعه‌هوشمند و تاثیرات هوشمندسازی بر آنها
- 4- اهمیت مزرعه‌هوشمند
- 5- مزایای مزرعه‌هوشمند
- 6- فناوری‌های مزرعه‌هوشمند
- 7- فناوری پشت مزرعه‌هوشمند
- 8- نوآوری‌های اینترنت‌اشیاء در مزرعه
- 9- تکنیک‌های مزرعه‌هوشمند
- 10- چالش‌های مزرعه‌هوشمند
- 11- نتیجه گیری
————————————————–
1- مقدمه
مزرعهداری سنتی به عنوان یک فعالیت و عمل در گذشته شناخته‌می‌شود که با کمی تغییر، در آینده، به عنوان یک صنعت بسیار پرکار نقش خود را برای بقای بشر ایفا خواهد کرد.
با وجود فناوری‌هایی مانند اینترنت‌اشیا (IoT)، هوش مصنوعی (AI)، یادگیری ماشینی (ML)، داده‌های بزرگ و علم تجزیه و تحلیل که تقریباً تمام بخش‌های صنعت را لمس می‌کنند،
چگونه ممکن‌است کشاورزی، اینترنت و فناوری ارتباطات مدرن (ICT) با هم تعامل نداشته‌باشند؟
یک ابتکار کوچک در دهه 1990 توسط شرکت جان دیر، در استفاده از سیستم GPS در تراکتورهای متصل به ماهواره برای هدایت خودکار نقشه محصول،که باعث کاهش خطاها و در نتیجه افزایش عملکرد محصول از طریق کاهش ضایعات بذر، استفاده بهینه از کودها و کودهای دامی، سوخت و زمان، گردید، راه را برای یک صنعت تمام عیار باز کرد.
بر اساس گزارشی که سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (FOA) منتشر کرده‌است، تا سال 2030، 8.5 میلیارد انسان و تا سال 2050، 9.6 میلیارد نفر در کره زمین زندگی خواهند‌کرد.و تخمین زده می‌شود که برای تغذیه این جمعیت، با توجه به زمین های کشاورزی محدود، کمبود آب شیرین و شرایط آب و هوایی در حال تغییر، تولید غذا‌باید 70 درصد افزایش یابد.
برای مقابله با این چالش، تلاش‌هایی برای بهبود کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی و دامداری با «هوشمند» کردن آن ها و «اتصال» از طریق «مزرعه‌هوشمند» که به آن «مزرعه دقیق» نیز گفته می‌شود، در حال انجام‌است.
با توجه به اهمیت مسئله تامین خوراک و فناوری های نوظهور، در این مقاله قصد داریم در مورد مفهوم کشاورزی هوشمند و الزامات آن صحبت کنیم.
————————————————–
2- مزرعه‌هوشمند چیست؟
مزرعه‌هوشمند یک مفهوم مدیریتی‌است که بر فراهم کردن زیرساخت‌های صنعت کشاورزی و دامداری برای‌استفاده از فناوری‌های پیشرفته مانند حسگرها و محرک‌ها، فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT)،اینترنت‌اشیا (IoT)، رباتیک و هواپیماهای بدون سرنشین برای دستیابی به راندمان مطلوب تولید با هزینه مدیریت‌شده، متمرکز‌است.
مزرعه‌هوشمند که به عنوان مزرعه دقیق نیز شناخته‌می‌شود، توسط یک نرم افزار مدیریتی و سنسورها نظارت‌می‌شود،و به دلیل ترکیبی از جمعیت جهانی در حال گسترش، تقاضای فزاینده برای عملکرد بیشتر محصول، نیاز به استفاده‌بهینه از منابع طبیعی،افزایش استفاده و پیچیدگی فناوری اطلاعات و ارتباطات و نیاز روزافزون به هوشمندسازی آب و هوا از اهمیت زیادی برخوردار‌است.
————————————————–
3- زیرمجموعه‌های مزرعه‌هوشمند و تاثیرات هوشمندسازی بر آنها
3-1- دامپروری هوشمند یا دقیق (PLF)
یکی از زیر مجموعه‌های مزرعه‌هوشمند، دامپروری هوشمند یا دقیق (PLF)است.
در این فناوری از حسگرهایی برای تعیین چرخه تولیدمثل و نظارت بر سلامت دام استفاده‌می‌شود.مانیتورینگ داده‌ها شامل ردیابی فعالیت، مقاومت بافتی، و موقعیت مکانی GPSاست.
تلاش‌هایی در سرتاسر جهان و به‌ویژه در اروپا برای رساندن قابلیت PLF از آزمایشگاه‌ها به مرحله اجرا در حال انجام‌است.
کاربرد مشابهی در زمینه ماهیگیری هوشمند در سراسر آسیای مرکزی و جنوب شرقی نیز وجود‌دارد، که البته در مراحل ابتدایی خود‌است.
3-2- کشاورزی هوشمند
کشاورزی هوشمند، یکی دیگر از زیرمجموعه های مزرعه‌هوشمند است.
سیستم کشاورزی هوشمند از طریق سنجش از راه دور، ضایعات را کاهش می‌دهد، و بهره وری و مدیریت منابع را بهبود می بخشد.
برای بهره مندی از کشاورزی خرد، که در آن چندین محصول به طور همزمان در زمین‌های دورافتاده رشد می‌کنند، نیاز به مراقبت، خاک و آب متفاوتی‌است.
با پیوند دادن حسگرهای محلی به آبیاری و کنترل هوشمند، مواردی مانند سنجش تعادل pH خاک، اندازه‌گیری دمای محلی از طریق نظارت و سنجش از راه دور به جای پیاده‌روی دائمی در مزرعه امکان‌پذیر‌است
که می‌تواند تاثیر مثبتی بر کشاورزی، بویژه کشاورزی خرد داشته‌باشد.
در واقع، این امکانات منجر به افزایش عملکرد می‌شوند، زیرا کشاورزان می‌توانند در زمان صرفه جویی کنند و برروی مسائل واقعی کشاورزی از جمله کنترل آفات، آبیاری و اصلاح شرایط خاک با استفاده‌از سنجش و اتوماسیون، تمرکز کنند.
سیستم کشاورزی هوشمند، وابستگی زیادی به سیستم های مدیریت نرم افزار دارد.
به این ترتیب که، سیستم‌های کنترل، ورودی حسی را مدیریت، و داده‌های راه دور را برای تأمین و پشتیبانی تصمیم ارائه می‌کنند.
اساساً، این یک رویکرد تجاری استاندارد‌است که طرف تقاضا و عرضه را با توجه به مدیریت منابع متعادل می‌کند.
در سمت عرضه، عرضه زمین باید‌با تجزیه و تحلیل شرایط مانند رطوبت، pH، نیاز به کود انجام شود.
و در سمت تقاضا نیز، برای کاهش ضایعات، پیش بینی تقاضا و تحویل به موقع کالاها باید‌به درستی صورت گیرد.
در طول تولید، مدیریت منابع، بیشتر از منظر رشد و بازدهی انجام‌می‌شود.
به عنوان یک نمونه می‌توان به بذرکاری دقیق با استفاده از تراکتورهای خودکار برای کاهش تلفات بذر و بذرکاری با مدیریت مناسب فضای بین گیاهان مختلف، اشاره کرد.
مثال دیگر در مورد تحویل دقیق آب‌است.
————————————————–
4- اهمیت مزرعه‌هوشمند
روش مزرعه‌هوشمند، از مزرعه تا میز، براساس نرم افزار مدیریت و نظارت بر حسگر‌است که موجب کاهش قیمت کلی، افزایش بازده کلی و کیفیت در دسترس بودن و در نهایت تجربه خوب مشتری، می‌شود.
– کشاورزی یکی از قدیمی ترین صنایع‌است که بشر با آن و عوامل موثر بر محصولات آن مانند آب و هوا، بسیار سرو کار داشته و دارد.
در واقع، در گذشته، عوامل محیطی بر عملکرد و تولید محصول تصمیم می گرفتند.
اما، در کنار «سیستم‌های پیش‌بینی خطا»، مفاهیمی مانند تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده برای محصولات کشاورزی و دامی، می‌تواند به تصمیم‌گیری آگاهانه و مبتنی بر داده کمک کند.
شرایط آب و هوایی را می‌توان برای برنامه ریزی بهتر و درست، از زمان کاشت بذر، مرحله رشد و ارائه محصول نهایی به مشتری، پایش و پیش بینی کرد.
– ازطرف دیگر، زنجیره‌های تامین مواد غذایی با ساختارهای پیچیده شبکه مشخص می‌شوند
که در آن بسیاری از شرکت‌های کوچک و متوسط (مزرعه‌ها و بخشی از صنعت پردازش) با شرکت‌های چندملیتی بزرگ در بخش ورودی و خرده‌فروشی تجارت می‌کنند.
در این حالت، محصولات کشاورزی-دامی اغلب به عنوان کالاهایی با رهبری هزینه به عنوان استراتژی بازاریابی غالب در نظر گرفته می‌شوند که منجر به حاشیه سود کم‌می‌شود.
از سوی دیگر، تقریباً یک سوم مواد غذایی تولید‌شده برای مصرف انسان در سطح جهان از بین می رود یا هدر می رود.
که اتوماسیون و مکاترونیک گام‌های بزرگی را در بهره وری تولید، بهبود کیفیت و پایداری ایجاد کرده‌اند.
————————————————–
5- مزایای مزرعه‌هوشمند
– مزرعه‌هوشمند به کاهش هزینه‌های کلی و بهبود کیفیت و کمیت محصولات، پایداری کشاورزی و دامداری و تجربه خوب برای مصرف‌کننده، کمک‌می‌کند.
– افزایش کنترل بر تولید منجر به مدیریت بهتر هزینه و کاهش ضایعات‌می‌شود.
به عنوان مثال، توانایی ردیابی ناهنجاری ها در رشد محصول یا سلامت دام، به حذف خطر از دست دادن محصول کمک می‌کند.
علاوه بر این، اتوماسیون کارایی را افزایش می دهد.
– دستگاه‌های هوشمند امکان فعال کردن همزمان چندین فرآیند را فراهم می‌کنند و خدمات خودکار کیفیت و حجم محصول را با کنترل بهتر فرآیندهای تولید، افزایش می‌دهند.
– سیستم‌های مزرعه‌هوشمند، مدیریت دقیق پیش‌بینی تقاضا و تحویل کالاها به بازار را در زمان مناسب برای کاهش ضایعات، ممکن می‌سازند.
– مزرعه‌هوشمند بر مدیریت عرضه زمین و شرایط آن و بررسی پارامترهای رشد مناسب، به عنوان مثال رطوبت، کود یا محتوای مواد، برای تولید محصول مناسب و مورد تقاضا، متمرکز است.
– انواع سیستم های مزرعه‌هوشمند پیاده سازی‌شده، بر استفاده از نرم افزار برای مدیریت کسب و کار مبتنی هستند.
————————————————–
6- فناوری‌های مزرعه‌هوشمند
مزرعه‌هوشمند شامل استفاده‌از فناوری هایی مانند:
- سنسورهایی برای اسکن خاک و مدیریت آب، نور، رطوبت و دما.
- فناوری‌های مخابراتی مانند شبکه‌های پیشرفته و GPS.
- سخت افزارها و نرم افزارهایی برای کاربردهای تخصصی و برای فعال کردن راه حل‌های مبتنی بر اینترنت‌اشیا، روباتیک و اتوماسیون.
- ابزارهای تجزیه و تحلیل داده‌ها برای تصمیم گیری و پیش بینی.
- جمع‌آوری داده، بخش مهمی از مزرعه‌هوشمند‌است، زیرا مقدار داده‌های موجود از بازده محصولات، نقشه‌برداری خاک، تغییرات آب و هوا، کاربردهای کود، ماشین‌آلات و سلامت حیوانات همچنان در حال افزایش‌است.
- ماهواره ها و پهپادها برای جمع آوری داده‌ها در طول شبانه روز.
این اطلاعات برای ردیابی و تجزیه و تحلیل به سیستم‌های فناوری اطلاعات ارسال می‌شوند تا به عنوان، به اصطلاح «چشم در مراتع» یا «چشم در انبار غذا»، نظارت از راه دور را ممکن سازند.
ترکیب این فناوری‌ها داده‌های مشتق‌شده از ماشین به ماشین (M2M) را تسهیل می‌کند.
این داده‌ها به سیستم پشتیبانی تصمیم وارد می‌شوند تا مزرعهداران بتوانند آنچه را که در سطحی دقیق تر از گذشته اتفاق می افتد، ببینند.
برای مثال، با اندازه‌گیری دقیق تغییرات در یک مزرعه و تطبیق استراتژی بر این اساس، کشاورزان می‌توانند اثربخشی آفت‌کش‌ها و کودها را تا حد زیادی افزایش دهند و عاقلانه‌تر از آنها استفاده کنند.
به طور مشابه، تکنیک‌های مزرعه‌هوشمند، به دامداران کمک می‌کند تا نیازهای تک تک حیوانات را بهتر نظارت کنند و تغذیه آنها را برای جلوگیری از بیماری و افزایش سلامت گله، تنظیم کنند.
اما، آنچه ارتباط و تبادل بین اطلاعات و داده‌های حاصل از فناوری های مذکور را فراهم می‌کند، و به عنوان فناوری پشت مزرعه‌هوشمند نیز شناخته‌می‌شود،
اینترنت‌اشیا (IoT) است که در ادامه به بررسی آن می پردازیم.
به علاقه مندان در این حوزه، پیشنهاد می‌شود که مقاله اینترنت‌اشیا (IoT) را مطالعه کنند.
————————————————–
7- فناوری پشت مزرعه‌هوشمند
ساختار اینترنت‌اشیا بر سه لایه استوار است که عبارتند از: لایه ادراک (حسگر)، لایه شبکه (انتقال داده) و لایه کاربردی (ذخیره و دستکاری داده).
لایه اول: لایه ادراک
در لایه ادراک، ما با فناوری هایی مانند WSN، RFID و اخیراً ارتباطات میدان نزدیک (NFC) روبرو هستیم.
فناوری‌های WSN و RFID با یکدیگر همپوشانی دارند، زیرا تگ‌های RFID نیمه فعال و فعال نیز می‌توانند به عنوان گره‌های بی‌سیم با ظرفیت محاسباتی و ذخیره‌سازی کمتر در نظر گرفته شوند.
به طور معمول، یک گره حسگر بی‌سیم از یک ماژول پردازشی، معمولاً یک واحد میکروکنترلر کم مصرف (MCU)، یک یا چند ماژول حسگر (دستگاه‌های حسگر دیجیتال یا آنالوگ) و یک ماژول RF تشکیل شده‌است که از فناوری بی‌سیم کم مصرف پشتیبانی می‌کند.
WSN ها اغلب در کارهای مرتبط با نظارت و کنترل آب و هوا ،تاسیسات ذخیره سازی و لجستیکی دیده می‌شوند.
برچسب‌های RFID حاوی داده‌هایی به شکل کد محصول الکترونیکی (EPC) هستند، و
خوانندگان RFIDمی‌توانند بسیاری از برچسب ها را راه اندازی، دستکاری و بخوانند.
فناوری‌های RFID و NFC با ارائه شناسایی اشیا، ردیابی و ذخیره داده‌ها بر روی برچسب‌های فعال یا غیرفعال (بدون نیاز به منبع تغذیه جاسازی‌شده)، نقش مهمی در حوزه کشاورزی و دامداری دارند.
لایه دوم: لایه شبکه
در لایه دوم اینترنت‌اشیا، گره‌های حسگر بی‌سیم در تعامل با اشیاء فیزیکی و یا محیط آنها، با گره‌های مجاور خود ارتباط برقرار می‌کنند و شبکه‌هایی را می‌سازند.
داده‌ها نیز از طریق شبکه‌های ساخته‌شده به سمت زیرساخت‌های راه دور برای ذخیره‌سازی، پردازش و انتشار حرکت می‌کنند.
پروتکل‌های ارتباطی ساخته‌شده بر روی استانداردهای بی‌سیم، شبکه‌سازی دستگاه را تسهیل، و شکاف بین دروازه‌های فعال اینترنت و گره‌های انتهایی را پر می‌کنند.
لایه سوم: لایه کاربردی
این لایه، سومین لایه از اینترنت‌اشیا است.
که از اهمیت بالایی برخوردار‌است و از بسیاری جهات، تحقق IoT را تسهیل می‌کند.
اگرچه، با چندین مشکل مانند شناسایی دستگاه ها به عنوان موجودیت های منحصر به فرد، مواجه‌است که‌باید حل‌شود.
جنبه‌های دیگر اینترنت‌اشیا شامل فناوری‌هایی‌است که از ارتباطات بین دستگاه‌ها و/یا کاربران نهایی و همچنین پلتفرم‌ها، نرم‌افزارها، انتزاعات سخت‌افزاری و ابزارهای برنامه‌نویسی پشتیبانی می‌کنند
که توسعه‌دهندگان و ارائه‌دهندگان می‌توانند برنامه‌ها و خدمات جدید را بر اساس آن بسازند.
————————————————–
8- نوآوری‌های اینترنت‌اشیا در مزرعه
اینترنت‌اشیا (IoT) از فناوری های نویدبخش برای تحقق سطوح جدید کنترل‌است.
انتظار می رود که اینترنت‌اشیا، به عنوان یک محرک قدرتمند، مزرعه را به شبکه‌های هوشمند متشکل از اشیاء که می‌توانند از راه دور شناسایی، حس و کنترل شوند، تبدیل کند.
به این ترتیب، یک نظریه راسخ مبنی بر اینکه یک تغییر واقعی در کشاورزی و زنجیره غذایی کلی توسط اینترنت‌اشیا ایجاد می‌شود و بهره‌وری و پایداری را به شدت بهبود می‌بخشد، وجود دارد.
در ادامه به سه مثال از دنیای واقعی که نوآوری اینترنت‌اشیا در کشاورزی و دامداری را به نمایش می گذارند، پرداخته شده‌است:
Moocal: سنسورهای هشدار زایمان بی‌سیم
یک گوساله سالم از یک گاو سالم، آینده بهتری را برای دامداران فراهم و تضمین‌می‌کند.
با کمک حسگر بی‌سیم غیرتهاجمی Moocal، دامدار می‌تواند به راحتی زایمان فعال گاو را تشخیص دهد.
این حسگر به دم گاو، جایی که می‌تواند حرکت را کنترل کند و الگوهای فعالیتی مانند زایمان را ثبت کند، بسته‌می‌شود.
Moocal، از شبکه تلفن همراه برای ارسال یک هشدار متنی به دامدار استفاده‌می‌کند،
که البته دامدار‌باید حدود یک ساعت فرصت داشته باشد تا برای ورود آخرین محصول (گوساله) اضافه شده به گله، آماده‌شود.
Bosch: سنسورهای پرورش مارچوبه
کیفیت مارچوبه به شدت به دمای زمینی که در آن رشد می‌کند، بستگی دارد.
کشاورزان از یک ورق فویل دو طرفه‌استفاده می‌کنند، به این ترتیب که سمت سیاه ورقه، نور خورشید را برای افزایش گرما به داخل می‌کشد، و سمت سفید، نور را منعکس‌می‌کند تا خنک شود، این کار برای کنترل دما انجام‌می‌شود.
کشاورز‌باید دمای هر مزرعه را حداقل یک بار در هر شب اندازه گیری کند تا بتواند تصمیم درست مبنی بر انتخاب سمت «سیاه یا سفید» را بگیرد.
اینجاست که سیستم IoT Bosch وارد‌می‌شود؛
سنسورها اغلب دما را در سطوح مختلف اندازه‌گیری می‌کنند و داده‌ها را در فضای ابری ذخیره‌می‌کنند.
بنابراین، این اطلاعات به همراه تجزیه و تحلیل‌های اضافی، از طریق یک رابط در هر مکان و هر زمان قابل دسترسی‌است.
TCS: کمک به کشاورزان برای تشخیص بیماری‌های محصول
در طی دو سال گذشته، TCS، به صورت آزمایشی در چند روستا در ایالت‌های UP و Punjab اجرا می‌شود، کارشناسان کشاورزی می‌توانند شرایط آب و خاک و شرایط آب و هوایی را بر اساس حساسیت محصول بسنجند.
این فناوری، به ویژه در سنجش “بیماری بلایت دیررس” موثر‌است.
متخصصان کشاورزی اطلاعات را از یک شبکه حسگر بی سیم که در سراسر مزارع پخش شده، جمع آوری می‌کنند و می‌توانند خطر بیماری را تعیین کنند.
آینده این فناوری در معرفی اپلیکیشن موبایلی‌است که کشاورزان را در تشخیص بیماری مشارکت دهد.
————————————————–
9- تکنیک‌های مزرعه‌هوشمند
در ادامه بهترین تکنیک‌های مورد استفاده در مزرعه‌هوشمند معرفی شده‌است.
1) منابع مبتنی بر حسگر و نگاشت میدان
استفاده‌از منابع مبتنی بر حسگر و نگاشت میدانی، که شامل داده‌های جمع‌آوری‌شده از حسگرهای متفاوت در پلت‌فرم‌های مختلف با طیف وسیعی از تفکیک‌پذیری‌های فضایی، رادیومتری و طیفی‌است،
سنجش از دور را، به بهترین منبع داده برای کاربردها و مطالعات در مقیاس بزرگ تبدیل کرده‌است.
با استفاده‌از تلفن‌های هوشمند ادغام‌شده با حسگرهای مختلف، فرصت‌های جدیدی برای کشاورزان روستایی که قبلاً دسترسی محدودی به اطلاعات کشاورزی و کمک کارشناسان کشاورزی داشتند، ایجاد شده‌است.
2) مانیتورینگ تجهیزات از راه دور
تجهیزات مانیتورینگ، شامل یک کنترلر/کامپیوتر ارتباطی ارائه شده بر روی ماشین کشاورزی، یک یا چند اتصال به گذرگاه‌های‌داده ماشین، و سایر کنترل کننده‌های ماشین‌است.
کنترل‌کننده‌ها با اتصال به گذرگاه داده ماشین و حسگرها، اطلاعات هشدار به دست آمده از حسگرها را به کنترل‌کننده/کامپیوتر ارتباطی ارسال می‌کنند،
که به‌طور خودکار گزارش‌های فوری و خلاصه را برای یک سرور اطلاعات مرکزی تولید و ارسال‌می‌کند.
این اطلاعات با استفاده‌از برنامه به مشتری منتقل‌می‌شود.
3) نظارت از راه دور محصول
استفاده از داده‌های سنجش از راه دور، همراه با داده‌های میدانی انتخاب‌شده به تعیین شاخص‌های کلیدی تولید محصول مانند،
سطح زیر کشت محصول، عملکرد و تولید، وضعیت محصول، شدت کشت، نسبت کاشت محصول، در دسترس بودن کل مواد غذایی، و وضعیت و شدت خشکسالی، کمک می‌کند.
4) تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده برای محصولات کشاورزی و دامی
استفاده‌از تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده در کشاورزی؛ تجزیه و تحلیل داده‌های تاریخی، وضعیت موجود برای تحلیل پیش‌بینی،
و استفاده‌از داده‌ها برای پیش‌بینی آینده و تصمیم‌گیری‌هایی که بر نتیجه نهایی و استفاده نهایی از محصولات در مزرعه تأثیر می‌گذارد را ممکن می‌سازد.
5) پایش و پیش‌بینی آب و هوا
آب و هوا یکی از عوامل مهم برای محصولات کشاورزی و دامی‌است.
پیش‌بینی‌های آب و هوا را می‌توان در دو دسته کلی آماری و فیزیکی قرار داد.
تکنیک‌های آماری، برای ایجاد روابط بین دوره‌های زمانی مختلف، بر داده‌های آب و هوایی تاریخی تکیه می‌کنند.
پیش بینی آب و هوای آماری را می‌توان برای دمای تابستان بر اساس دمای زمستان توسعه داد.
اگر دمای زمستان بالاتر از حد نرمال باشد، احتمال گرم‌شدن تابستان افزایش می‌یابد.
تکنیک‌های پیش بینی فیزیکی نیز بر تغییرات آب و هوایی متکی‌هستند.
6) ردیابی دام و ژئوفنسینگ
با راه حل ردیابی دام، می‌توان حرکت حیوانات دام را در سراسر جهان دنبال‌کرد.
این حرکات به وسیله‌ی تگ‌های GPS که توسط حیوانات حمل می‌شوند، جمع‌آوری می‌شود و هر بار که گله از مسیر خود منحرف و سرگردان می‌شود، به دامدار اطلاع داده‌می‌شود.
7) آمار تغذیه و تولید دام
با استفاده از تگ‌های GPS/RFID، نه تنها می‌توان موقعیت حیوانات و گله را ردیابی کرد، بلکه اطلاعات مهم مربوط به حیوانات مانند زایمان، اطلاعات واکسیناسیون، هورمون‌ها، افزایش و کاهش وزن و داروها را نیز می‌توان بدست آورد.
همچنین، آمار بیماری دام و عملکرد آن، برای محاسبه و تجسم عملکرد گروهی یا فردی حیوانات نیز ارائه‌می‌شود.
8) لجستیک و انبارداری هوشمند
لجستیک و انبارداری هوشمند؛ کیفیت، کمیت، پایداری و اثربخشی هزینه تولیدات کشاورزی و دامی را افزایش می‌دهد.
و هر گونه انحراف در دما را بر مبنای آستانه، نظارت و گزارش می‌کند.
که البته این گزارشات، اطلاعات مهمی در مورد مدت زمان و مکان نیز ارائه‌می‌دهند.
این سیستم‌ها کاربرد گسترده‌ای در نظارت بر وضعیت، ظروف قابل استفاده‌و حمل و نقل مواد غذایی دارند.
————————————————–
10- چالش‌های مزرعه‌هوشمند
فناوری‌های ICT و IoT به سرعت در حال تغییر کشاورزی هوشمند و صنعت غذا هستند.
آنها این پتانسیل را دارند که در آینده، از طریق استقرار در مقیاس‌های بزرگ، مزایای عظیمی در قالب کشاورزی پایدارتر، تضمین امنیت غذایی با تأثیر زیست محیطی کمتر و تضمین تولید غذای سالم را به ارمغان بیاورند.
با این حال، بهره‌مندی از مزایای کامل مستلزم غلبه بر برخی چالش‌ها و موانع مرتبط با اینترنت‌اشیا، چه از منظر فنی و چه از منظر غیر فنی‌است.
در عین حال، این دشواری‌ها فرصت‌های جدیدی را برای توسعه فناوری و ارزش آفرینی با در نظر گرفتن انواع ذینفعان به وجود می‌آورد.
از دیدگاه فنی،
1) قابلیت همکاری و استانداردسازی
معماری‌ها، پلتفرم‌ها و استانداردهای اختصاصی به دلیل خطرات مربوط به وابستگی به فروشنده، ناسازگاری با سایر سیستم‌ها و غیره، مانعی برای پذیرش گسترده اینترنت‌اشیا در بخش کشاورزی و مواد غذایی هستند.
یکی از چالش‌های بخش کشاورزی و مواد غذایی این‌است که به درستی ویژگی‌های آن را در تعریف استانداردهای جدید جهانی و همسویی با طرح‌های استانداردسازی موجود از سوی ذینفعان مختلف،
که از فناوری اطلاعات و ارتباطات یا از محصولات کشاورزی ناشی می‌شود، به دست‌آورد.
در برنامه‌های کشاورزی و غذایی، باید‌مدیریت مزرعه و سیستم‌های ردیابی، تبادل اطلاعات ماشین‌آلات کشاورزی (از جمله مدیریت ناوگان)، و به طور کلی چرخه حیات داده‌های خاص (تولید، جمع‌آوری، تجمیع، تجسم) را در نظر‌گرفت.
2) فعال کردن دستگاه‌های اینترنت‌اشیا
بسیاری از مزایای وعده داده‌شده توسط اینترنت‌اشیا، از جمله نظارت مستمر و دقیق بر پارامترها و متغیرها، تنها از طریق پیشرفت‌های فناوری مانند
افزایش توان محاسباتی، همراه با کاهش شدید مصرف انرژی در حسگرها و محرک‌ها و تبدیل‌شدن به دستگاه‌های (تقریباً) مستقل از انرژی، به دست‌می‌آیند.
دامنه وسیع برنامه‌های کشاورزی همچنین مدعی هوشمندی بیشتر در دستگاه‌های مستقر در این زمینه، از جمله قابلیت‌های خودپیکربندی و خود مدیریتی،هستند.
چالش اساسی در سناریوهای ردیابی و ایمنی مواد غذایی، توسعه فناوری‌های ارتباطی حسگرهای جدید و مقرون‌به‌صرفه‌است.
به‌عنوان مثال، حسگرهای زیستی فعلی و همچنین برچسب‌های RFID و NFC در مقایسه با قیمت تمام‌شده محصولات غذایی، همیشه به صرفه نیستند.
از این رو، توجه بیشتر باید‌به ویژگی‌های دستگاه اختصاص داده‌شود، چراکه غذا به عنوان یک کالا، با حاشیه سود کم و طول عمر کوتاه در نظر گرفته‌می‌شود.
در مقایسه با محصولات ملموس سایر بخش‌ها (مانند پوشاک، مبلمان، چند رسانه‌ای)، جفت‌شدن مستقیم اینترنت‌اشیا با محصولات تازه غیرممکن‌است و اغلب به بسته‌بندی اضافی نیاز‌دارد.
ازطرف دیگر، پتانسیل‌های اینترنت‌اشیا مستقیماً قابل انتقال به غذا و مزرعه نیستند و تلاش‌ها و هزینه‌های بیشتری را طلب می‌کند.
3) فعال کردن شبکه، ابر و ارتباطات
ایجاد اتصال برای استفاده بهینه از اینترنت‌اشیا ضروری‌است.
با این حال، برنامه‌های مزرعه‌هوشمند فشرده IoT، در تولید مواد غذایی (مزارع، تاسیسات آبزی پروری) که در مناطق روستایی هستند و پوشش پهنای باند هنوز بسیار کم‌است، انجام می‌شود.
در عین حال، صنایع کشاورزی و دامی به دستگاه‌های IoT با مشخصات ارتباطی کم توان، حتی در صورت کاهش پهنای باند و فرکانس، نیاز دارند.
4) سرویس اطلاعاتی
تولید و جمع‌آوری داده‌ها تازه شروع برنامه‌های IoT و استخراج ارزش از داده‌ها، در قالب اطلاعات معنادار و کاربردی برای کاربران، هدف نهایی‌است.
در این راستا، اگرچه در حال حاضر نمونه‌های کاربردی خوبی وجود دارد، خدمات اطلاعاتی در حوزه کشاورزی-دامی هنوز در مرحله اولیه‌است.
به طوریکه، تجزیه و تحلیل داده‌های پیشرفته، به عنوان مثال مدل‌سازی پیش بینی و برنامه ریزی تولید بر اساس تقاضا (که کشاورزی مبتنی بر تقاضا را امکان‌پذیر می‌کند)، هنوز در اکثر برنامه‌های کشاورزی-دامی یک چالش‌است.
چراکه در این حالت، داده‌های اشیا باید‌با تعداد زیادی اطلاعات مانند داده‌های هواشناسی تاریخی و پیش‌بینی‌شده، داده‌های ماهواره‌ای، تجزیه و تحلیل خاک، آب و هوا، سیستم‌های لجستیک، و داده‌های مربوط به قیمت‌ها، خرده‌فروشی، مواد غذایی ترکیب شوند.
قابلیت استفاده از سرویس‌های اطلاعاتی بسیار مهم و مورد توجه است: سیستم‌های مدیریت مزرعه باید بتوانند به راحتی با مزارع با اندازه‌های مختلف سازگار شوند و
منحنی یادگیری مناسبی برای کاربر، در حالی که همکاری با شرکای تجاری در زنجیره کشاورزی و دامی را تسهیل می‌کنند، داشته باشند.
5) امنیت داده‌ها
کشاورزی و زنجیره غذایی بیشتر بر داده‌ها مبتنی هستند.
از این رو، در این صنعت، داده‌ها به یک دارایی گرانبها تبدیل می‌شوند.
در واقع، داده‌های جمع آوری شده توسط ماشین آلات کشاورزی به طور بالقوه مقدار زیادی از اطلاعات مانند حاصلخیزی خاک و عملکرد محصول، را به کشاورز ارائه می‌دهند که بسیار حیاتی است.
بنابراین کشاورزان باید تضمین‌های قوی برای حفاظت از داده‌های خود، به ویژه در مواردی که این داده‌ها در سرویس‌های مبتنی بر ابر ذخیره می‌شوند (و احتمالاً پردازش می‌شوند)، داشته باشند.
از این رو، بسیاری از کاربران در حال حاضر نگران مالکیت داده‌ها، حریم خصوصی و امنیت شان هستند که اغلب منجر به عدم اطمینان می‌شود.
از سوی دیگر، تجمیع داده‌ها از مزارع مختلف، پتانسیل ایجاد ارزش افزوده عظیم را دارد.
با این حال، کشاورزان باید به وضوح مزایایی را که از چنین تجمیع‌هایی به دست می‌آورند، درک‌کنند، و همچنین باید ضمانت اینکه اطلاعات فردی آنها به درستی محافظت می‌شود را، داشته باشند.
به عبارت دیگر، راه حل‌های مدیریت حقوق دیجیتال برای سناریوهای تجمیع داده‌ها و به اشتراک گذاری داده‌ها باید به حوزه کشاورزی آورده‌شود.
که البته ارتقای ابتکارات داده برای اهداف کشاورزی-دامی و همچنین امکان همکاری میان بخش ها را تسهیل می‌کند.
از منظر امنیت فنی، چالش‌های دیگری در حوزه داده‌های قابل اعتماد مانند یکپارچگی و تضمین صحت داده‌های تولید شده و ذخیره‌شده، وجود دارد.
مزرعه
الزامات قابل اعتماد نیازمند راه حل‌های چالش برانگیز، مانند مکانیسم‌های احراز هویت ارزان قیمت برای دستگاه‌ها/ماشین‌ها، هستند.
در سمت مصرف‌کننده، مسائل امنیتی باید بیشتر با داده‌های شخصی کار کنند، که حریم خصوصی را به خطر می‌اندازد.
به عنوان مثال، برنامه‌های IoT مرتبط با تغذیه شخصی‌سازی‌شده، به دلیل داده‌های شخصی و رفتاری گرفته‌شده از ابزارهای پوشیدنی، تلفن‌های هوشمند و غیره، به چالش‌های حریم خصوصی دلالت دارند.
از دیدگاه غیر فنی،
در ادامه به سایر مسائل غیرفنی که برای توسعه برنامه‌های کشاورزی اینترنت‌اشیا بسیار مهم هستند، پرداخته‌‌شده‌است.
1) مدل تجاری
زنجیره‌های ارزش مبتنی بر‌داده، راه را برای مدل‌های تجاری مخرب جدید در بخش‌های سنتی مانند کشاورزی و صنایع غذایی باز می‌کند.
با این حال، پایداری کسب‌وکارهای مبتنی بر اینترنت‌اشیا، هم برای طرف عرضه (ارائه‌دهندگان فناوری اینترنت‌اشیا) و هم برای تقاضا (کاربران مواد غذایی کشاورزی)، به‌ویژه در مقیاس بزرگ، باید مورد بررسی قرار‌گیرد.
از دیدگاه کاربر نهایی، سود حاصل باید هزینه دستیابی، بهره‌برداری و نگهداری راه‌حل‌های اینترنت‌اشیا را، جبران کند.
هزینه اولیه برای دستیابی به پلتفرم‌ها و خدمات اینترنت‌اشیا در حال حاضر مانعی واقعی برای جلوگیری از پذیرش گسترده‌تر مزارع کوچک‌است.
2) جنبه اجتماعی
راه حل‌های مبتنی بر اینترنت‌اشیا برای بخش کشاورزی و مواد غذایی باید ارزش خود را به طور گسترده به کاربران ثابت‌کنند.
اگرچه، فناوری‌های IoT امکان ضبط حجم زیادی از داده‌ها را تقریباً در زمان واقعی فراهم‌می‌کنند.
با این حال، داده‌ها باید برای کشاورزان و همه سهامداران در سراسر زنجیره غذایی مفید و قابل استفاده باشد.
مزایای فناوری باید در سناریوهای کشاورزی واقعی دیده و آورده‌شود.
بنابراین، انتشار و ایجاد آگاهی نسبت به آنها بسیار ضروری‌است.
البته ناهمگونی زنجیره ارزش کشاورزی-دامی، از مشکلات مهم در این زمینه‌است.
مسئله دیگر، ضرورت یادگیری مهارت‌های دیجیتالی خاص توسط کاربران، برای بهره مندی از مزایای کامل اینترنت‌اشیا در برنامه‌های کشاورزی است‌که باید بیشتر مورد‌توجه قرار‌گیرد.
3) سیاست و مقررات
سیاست‌ها نقش مهمی در استقرار گسترده نوآوری‌های مبتنی بر اینترنت‌اشیا در کشاورزی و زنجیره‌های غذایی ایفا‌می‌کنند. برخی از آن ها عبارتند از:
- 1) تدوین سیاست‌های امنیتی/حریم خصوصی که بر محافظت از داده‌های کشاورز در برابر افشای غیرمجاز و دسترسی کنترل‌شده و ایمن به اشخاص ثالث مجاز، دلالت دارد.
- 2) پشتیبانی از گسترش سریعتر دسترسی به اینترنت با پهنای باند مناسب در مناطق روستایی.
- 3) تقویت مهارت‌های دیجیتال.
————————————————–
11- نتیجه‌گیری
کشاورزی هوشمند، در سال‌های آینده، نه تنها یک چشم انداز ابتدایی نیست، بلکه مسیری برای تحقیق، توسعه فناوری و مهمتر از همه برای نوآوری‌است.
راه‌حل‌های جدید مبتنی بر اینترنت‌اشیا که‌استفاده بهینه از دستگاه‌های دیجیتال و دنیای مجازی را در محیط‌های چالش‌برانگیز و همچنین خشن فراهم‌می‌کنند، نویدبخش تاثیر زیاد بر کسب‌وکارهای کشاورزی، ارائه‌دهندگان فناوری و در نهایت برای همه ما به‌عنوان مصرف‌کننده هستند.
این راه حل‌های نوآورانه راه را برای کمک به تغذیه جمعیت جهانی هموار‌می‌کنند.
از طرف دیگر، مصرف‌کنندگان می‌توانند از زنجیره کلی کشاورزی-دامی آگاهی بیشتری پیدا کنند که به آن ها در تصمیم گیری آگاهانه هنگام انتخاب محصول خاص، کمک می‌کند.
که البته می‌تواند فرصتی را برای ارائه مزایای کامل از روش‌های تولید پایدار برتر و ارگانیک به مصرف‌کنندگان ایجاد کند، و همچنین امکان مدیریت بهتر تجارت منصفانه را برای کشاورزان فراهم کند، که در نتیجه به تصمیم‌گیری آگاهانه آنها کمک می‌کند.
پتانسیل‌های امیدوارکننده فناوری‌های اینترنت‌اشیا باید مبتنی بر استفاده یکپارچه از روش‌ها و رویکردهای موجود و بالغی باشد که در حال حاضر به طور گسترده در بخش کشاورزی-دامی استفاده می‌شوند.
به خصوص در کشاورزی دقیق، که اساس آن قابلیت ردیابی و ایمنی مواد غذایی‌است و در حال حاضر بخشی از شیوه‌های روزانه مزرعه و تجارت مواد غذایی می باشد.
با این حال، فناوری هنوز تکه تکه‌است و شیوه‌های مدیریتی غنی از داده‌ها هنوز به اندازه کافی وجود ندارد،که این امر مانع دستیابی به گستره کامل یک مزرعه و سیستم‌های غذایی‌می‌شود که هدفشان افزایش مستمر بازده‌است. اینترنت‌اشیا می‌تواند عامل کلیدی برای رسیدگی به مسائل مربوط به تغییرات آب و هوایی، رفاه حیوانات و کمک به سبک زندگی سالم مصرف‌کنندگان باشد.
مزرعه‌هوشمند
پتانسیل‌های اینترنت غذا و مزرعه می‌توانند عملیات مزرعه مستقل، کشاورزی و تولید مبتنی بر تقاضا و همچنین ارائه‌یک تغذیه شخصی‌شده را نیز بر اساس زنجیره‌های غذایی مجازی فراهم‌کند.
این امر مستلزم پیشرفت‌های فناوری و غیرفناوری‌است؛ اگرچه، مشکلات مرتبط برای ایجاد فرصت‌های جدید برای توسعه فناوری و خلق ارزش، وجود دارد.
از یک طرف، ما‌باید بر روی مسائل داده محور کار کنیم (مانند قابلیت همکاری، استانداردسازی، امنیت، ایجاد خدمات)، و راه حل‌های جدید برای مشکلات کلاسیک استفاده‌از دستگاه‌های اینترنت‌اشیا و ارتباطات بی سیم در محیط‌های سخت و روستایی پیدا کنیم،از سوی دیگر، انواع ناهمگن ذینفعان باید‌با مهارت‌های دیجیتالی مناسب توانمند شوند، و سیاست‌ها و مقررات‌باید در کاهش موانع حمایت کنند.
در نهایت، مدل‌های کسب‌وکار جدید و مخل در دسترس هستند که از زنجیره کشاورزی-دامی مبتنی بر داده‌ها استفاده‌می‌کنند.
با این حال، پایداری کسب‌وکارهای مبتنی بر اینترنت‌اشیا، هم برای عرضه (ارائه‌دهندگان فناوری IOT) و هم برای تقاضا (کاربران محصولات کشاورزی)
باید‌به‌طور خاص در زمینه استقرار در مقیاس بزرگ باشد تا بتواند توده‌های حیاتی از کاربران نهایی را بسیج و مزایای مرتبط آن را تأییدکند.
————————————————–