Midt i tørkeperioden og de økende energikostnadene teller hver dråpe. I Andalusia har en gruppe forskere utviklet AquaCrop-IoT, en digital plattform utviklet for å hjelpe bønder med å vite hvor mye vann avlingene deres trenger hver dag og kan enkelt få tilgang til den på mobiltelefonen din eller en hvilken som helst enhet med en nettleser.
Verktøyet ble laget som et veddemål på Departementet for universiteter, forskning og innovasjon i den regionale regjeringen i Andalusia, som finansierer et prosjekt ledet av Universitetet i Córdoba (UCO) og Institutt for bærekraftig landbruk (IAS-CSIC)Takket være kombinasjonen av bilder av selve gården, meteorologiske data og simuleringsmodeller, justerer plattformen vanningsanbefalingene i sanntid, og i henhold til innledende forsøk, Det lar deg spare rundt 32 % vann uten å skade avlingen.
Et system for å bestemme daglig vanning fra mobiltelefonen din.
AquaCrop-IoT har blitt unnfanget som en et praktisk verktøy for bondens hverdagLangt fra altfor komplekse eller vanskelig å tolke løsninger, går brukeren inn i en nettapplikasjon og finner oppdaterte vanningsanbefalinger basert på hva som faktisk skjer ute i felten, ikke bare generiske estimater.
Prosjektet er signert av et team fra Institutt for agronomi ved UCO og IAS-CSIC, som har presentert sine resultater i det vitenskapelige tidsskriftet Datamaskiner og elektronikk i landbruket, under tittelen AquaCrop-IoT: En smart vanningsplattform som integrerer sanntidsbilder og værmeldingerDenne artikkelen beskriver hvordan en relativt rimelig løsning kan oversette store datamengder til klare og lettforståelige vanningsinstruksjoner.
Plattformen er designet for å være tilgjengelig fra hvor som helst med internettforbindelse, slik at den ansvarlige for driften kan gjennomgå bilder, grafikk og tilpassede prognoser uten behov for å stadig reise til gården. Målet er å redusere avhengigheten av intuisjon og ha et objektivt grunnlag for å avgjøre om man skal vanne i dag, vente eller endre den planlagte timeplanen.
For den andalusiske administrasjonen passer denne arbeidslinjen inn i forpliktelsen til et mer effektivt landbruk i bruken av vann- og energiressurser, spesielt i ekstensiv avling i regionen der Vanning representerer en betydelig del av produksjonskostnadene.
Fra AquaCrop-modellen til den digitale tvillingen av jordstykket
Kjernen i AquaCrop-IoT ligger i konseptet med digital tvillingEn virtuell kopi gjenspeiler tilstanden til området og muliggjør simulering av ulike vanningshåndteringsscenarier. Denne representasjonen oppdateres kontinuerlig med avlings- og atmosfæriske data fra den virkelige verden.
Utgangspunktet er AquaCrop, modellen utviklet av FNs organisasjon for ernæring og landbruk (FAO) for å estimere hvordan ulike avlinger reagerer på tilgjengelig vann. Det er en mye brukt internasjonal referanse for planlegging av vanningsstrategier, men teamet erkjenner selv at Den er ikke designet for å reagere så raskt som det som skjer på banen hver dag krever..
Det er her Cordoba-versjonen kommer inn i bildet: AquaCrop-IoT automatiserer og utvider den opprinnelige modellenved å koble den til et nettverk av sensorer og kameraer som kontinuerlig korrigerer beregningene. På denne måten forblir ikke den digitale tvillingen en teoretisk projeksjon, men henter heller inspirasjon fra det som faktisk skjer på plantasjen.
Som forklart av IAS-CSIC-forskeren Margarita García-VilaIfølge forfatteren av studien er AquaCrop alene en forenklet representasjon som ikke tar hensyn til alle mulige faktorer, som for eksempel fremvekst av skadedyr eller visse sykdommer. Takket være integrasjon med enheter i felten, Kultiveringens virkelighet «korrigerer» modellen når den oppdager avvik mellom det som var forventet og det som ble observert.
Denne tilnærmingen lar bonden visualisere på en tilgjengelig måte hvordan vegetasjonsdekket utvikler seg, hva vannforbruket er, og hva som vil skje hvis vanningen økes eller reduseres i løpet av de kommende dageneDet handler ikke bare om å se den nåværende tilstanden, men om å forutse konsekvenser og justere strategien.
Daglige bilder, sensorer og automatiske vanningsjusteringer
For å forsyne den digitale tvillingen med fersk informasjon, bruker AquaCrop-IoT en kombinasjon av Daglige bilder og feltmålingerEt konvensjonelt kamera, installert på gården, tar et bilde av det dyrkede området hver dag, og systemet analyserer automatisk bildet.
Basert på det fotografiet beregner plattformen plantedekkeDet vil si andelen av jord som er dekket av avlingens blader. Denne parameteren fungerer som en tydelig indikator på plantevekst og transpirasjon. Hvis dekningen ikke øker som forventet, er det et tegn på at noe hindrer utviklingen.
Når systemet oppdager at avlingen ikke utvikler seg med forventet hastighet – enten det skyldes vannstress, skadedyr eller ernæringsmangler—, justerer automatisk vanningsanbefalingene. I mange tilfeller, hvis veksten har avtatt, forbedrer ikke mer vann situasjonen; tvert imot kan det føre til unødvendig vann- og energisløsing.
Integreringen av sensorer muliggjør også detaljert overvåking av avlingenes atferd uten at bonden må behandle alle disse dataene manuelt. Plattformen oversetter denne informasjonen til Spesifikke instruksjoner: hvor mange millimeter vann som skal påføres og til hvilket tidspunkt.
Resultatet er at vanningsbeslutninger slutter å være basert utelukkende på akkumulert erfaring eller generelle tilnærminger, og i stedet er avhengige av objektive bevis tatt på den handlingen og under den kampanjen, med evnen til å reagere på uforutsette hendelser.
Meteorologi, Aemet og databehandling i utkanten av feltet for å overvinne dårlig dekning
I tillegg til kameraenes arbeid er AquaCrop-IoT avhengig av en værstasjon utstyrt med et dusin sensorerDisse enhetene registrerer viktige parametere som solstråling, lufttemperatur, relativ fuktighet, nedbør og vindhastighet og -retning.
Denne lokale informasjonen er supplert med Historiske data og prognoser fra Statens meteorologiske byrå (Aemet)Dette gjør at den digitale tvillingen kan berikes med langsiktige dataserier og sannsynlige fremtidsscenarier. Å kombinere det som skjer i felten i dag med det som forventes i dagene, bidrar til å definere en mer presis vanningsplan.
Med UCO-forskerens ord Francis PuigIfølge studiens medforfatter konsulterer mange bønder allerede rutinemessig værmeldinger fordi de er nyttige for å drive gårdene sine. Det AquaCrop-IoT foreslår er å gå et skritt videre: Disse prognosene kompletteres av en simulering av avlingsutvikling, potensielle stressepisoder og anbefalt vanning. for å minimere vann- og energiforbruket.
En av problemstillingene teamet har tatt hensyn til er begrenset tilkobling i landlige områderFor å unngå å være avhengig av en kontinuerlig internettforbindelse, bruker plattformen edge computing (kanten beregning), slik at databehandlingen gjøres på selve gården, på en liten lokal server.
Deretter blir all denne informasjonen samlet i en webapplikasjon med et grensesnitt designet for å være intuitivtFra denne plattformen kan brukere se daglige bilder, trendgrafer og personlige vanningsanbefalinger. Tanken er at teknologi ikke skal være en barriere, men et reelt hjelpemiddel i beslutningstaking.
Forsøk med durumhvete i Córdoba: mindre vanning og 32 % vannbesparelse
Plattformen har blitt testet under reelle forhold i en Privat dyrking av durumhvete på landsbygda i CordobaI en spesielt tørr vekstsesong ble avlingen sådd i januar 2023, og hele syklusen ble overvåket for å sammenligne resultatene fra den klassiske AquaCrop-modellen med resultatene fra AquaCrop-IoT.
I denne testen oppdaget den digitale tvillingen at avlingens fremvekst hadde blitt forsinket sammenlignet med forventet på grunn av den opprinnelige modellen. Dette avviket førte til at vanningsplanen ble omkalibrert og mengden vann som ble brukt ble tilpasset plantasjens faktiske situasjon.
Hvis bare standard AquaCrop-simuleringen hadde blitt fulgt, ville følgende blitt programmert fire vanninger med totalt 64,8 millimeter vannEtter å ha innlemmet informasjonen fra bildene og sensorene, anbefalte AquaCrop-IoT imidlertid tre vanninger og 44,1 millimeternoe som betyr besparelser på nesten 32 % av vannvolumet.
Det relevante er det Denne reduksjonen førte ikke til noe tap av ytelse. i hvetehøsten. I et scenario med vannmangel og press på energikostnader knyttet til vanning, kan denne marginen utgjøre en forskjell i lønnsomheten til mange korngårder.
Denne vannbesparelsen kommer i tillegg til en reduksjon i energiforbrukDette oppnås ved å redusere både antall vanninger og mengden vann som pumpes. Effekten kombinerer derfor økonomiske fordeler for bonden med mer bærekraftig ressursforvaltning.
Lave kostnader, potensial for andre avlinger og nyutvikling på gang
Selv om den første valideringen er gjort i hvete, understreker forskerne at AquaCrop-IoT kan tilpasses andre urteaktige avlinger, som mais eller grønnsaker, hvor vanning er like viktig. Fleksibiliteten til modellen og infrastrukturen gjør at plattformen kan tilpasses ulike typer gårder.
Et av høydepunktene i prosjektet er dets lave implementeringskostnaderIfølge teamet varierer enhetene som brukes i forsøket fra... 150 euro per kamera og mindre enn 200 euro per serverDette åpner døren for installasjon på mellomstore gårder uten behov for store initiale investeringer. Videre er mange elementer i systemet, som for eksempel enheter som brukes i testenDe er lett tilgjengelige og rimelige.
Systemet er også designet for å vokse over tid. I tillegg til kameraene og værstasjonen er det mulig å integrere andre komponenter. nye jordfuktighetssensorer eller andre agronomiske indikatorer, så vel som bilder fra droner som flyr over gården og gir et bredere overblikk over avlingens tilstand.
Teamet jobber allerede med integrasjon med mobilapplikasjoner slik at bonden selv kan Ta et bilde fra telefonen din og send det til plattformenTanken er at dette bildet skal brukes til å automatisk kalibrere avlingsvekst, uten behov for å installere faste kameraer i plottet, noe som kan forenkle bruken av verktøyet ytterligere.
Som UCO-forskeren oppsummerer Juan Antonio Rodríguez-DíazIfølge medforfatter av studien har den teknologiske revolusjonen også nådd landbruket: en rekke sensorer genererer data, men disse mates ofte inn i systemer med lite brukerinteraksjon. AquaCrop-IoT søker nettopp å integrere denne informasjonen i et nyttig og intuitivt verktøy for beslutningstaking, som forbinder det teknologiske laget med bondens virkelighet.
Med AquaCrop-IoT legger andalusisk landbruk til et forslag som kombinerer anvendt vitenskap, digitalisering og lokal kunnskap til finjuster vanning, reduser forbruket og opprettholder produktivitetenI et scenario med klimausikkerhet og vannbegrensninger kan løsninger av denne typen bli viktige allierte for å modernisere landsbygda uten å miste gårdenes økonomiske levedyktighet av syne.
