תַקצִירהאינטליגנציה של חקלאות מתקנים מודרנית תלויה בעיקר במערכת התפעול והתחזוקה. האינטליגנציה של מערכת התפעול והתחזוקה קשורה ישירות ליעילות הכוללת של תפעול החממה, וגם מייצגת את המודרניזציה של חקלאות המתקנים, שיש לה ערך של פופולריות ופיתוח מעמיק. מאמר זה מציג את יישום מערכת התפעול והתחזוקה החכמה בבסיס חקלאות מתקנים בצ'ינגדאו, מנתח את השפעת היישום שלה ומעריך את ערך הפופולריות של המערכת, על מנת לספק מידע עזר לאנשי מקצוע רלוונטיים ולהרחיב את המחקר המעמיק הנוסף של מערכות קשורות, ובכך לשפר את הרמה הטכנית והאינטליגנטית של חקלאות המתקנים.

מילות מפתחמערכת תפעול ותחזוקה חכמה; חקלאות מתקנים; יישום

עם ההתפתחות המהירה של סין, שיטות הייצור החקלאיות המסורתיות לא הצליחו לעמוד בדרישות החברה לאיכות ולכמות של תוצרת חקלאית. חקלאות מתקנית מודרנית, המאופיינת בתפוקה גבוהה, יעילות ואיכות מעולה, התפתחה במהירות בשנים האחרונות, ומציגה פוטנציאל שוק עצום. עם זאת, בהשוואה למדינות או אזורים חקלאיים מפותחים בעולם, רמת הטכנולוגיה של חקלאות מתקנית בסין עדיין מפגרת משמעותית, במיוחד ביישום מערכות תפעול ותחזוקה חכמות מבוססות IoT חקלאיות כגון חיישנים חקלאיים ומוחות ענן של מכונות, שם הדיגיטציה זקוקה לשיפור דחוף.

1. מערכת תפעול ותחזוקה חכמה לחקלאות

1.1 הגדרת מערכת

מערכת תפעול ותחזוקה חכמה לחקלאות היא טכנולוגיית מערכת מתפתחת המשלבת לעומק טכנולוגיית האינטרנט של הדברים (IoT), טכנולוגיית ניהול חכמה ותהליכים חקלאיים שונים כגון שתילה, אחסון, עיבוד, הובלה, עקיבות וצריכה. באמצעות שילוב של "מערכת + חומרה", מערכת תפעול ותחזוקה חכמה לחקלאות משתמשת בטכנולוגיות מפתח של האינטרנט של הדברים, כגון טכנולוגיית חישה, טכנולוגיית תמסורת, טכנולוגיית עיבוד וטכנולוגיה משותפת, כדי לפתור באופן מקיף בעיות רב-אינטראקטיביות כגון זיהוי יחיד בחקלאות, מודעות מצבית, רשת ציוד הטרוגנית, עיבוד נתונים הטרוגני רב-מקורות, גילוי ידע ותמיכה בקבלת החלטות.

1.2 מסלול טכני

בדרך כלל, מבנה מערכת ניהול חקלאית מורכב בעיקר מתפיסה, רשת ופלטפורמה. על בסיס זה, ארגונים יכולים להרחיב שכבות לוגיות נוספות בהתאם לסוגי החקלאות ולצרכים העסקיים. הארכיטקטורה של מערכת התפעול והתחזוקה החקלאית החכמה מוצגת באיור 1.

על מנת לענות על הצרכים של תפעול ותחזוקה חכמים של מתקנים חקלאיים, ניתן להתאים אישית חיישנים כגון חיישני טמפרטורה ולחות, חיישן פחמן דו-חמצני, חיישן תאורה, חיישן זרם, חיישן זרימת מים, חיישן זרימת פחמן דו-חמצני, חיישן זרימת גז טבעי, חיישן לחץ משקל, חיישן EC וחיישן pH, וארגונים עם ביקוש גדול יכולים לחקור ולפתח חיישנים, ולעבור דרך פרוטוקול העברת הנתונים הבסיסי כדי להבטיח שידור ולכידה יציבים של נתונים.

1.3 משמעות הפיתוח

מערכת התפעול והתחזוקה החכמה משתמשת בטכנולוגיית חישה חכמה, טכנולוגיית העברת מידע וטכנולוגיית עיבוד חכמה דרך האינטרנט החקלאי של הדברים כדי לבצע ניטור בזמן אמת ובקרה מרחוק של כל החוליות בפעילויות חקלאיות, לקדם אינפורמציה חכמה של ייצור חקלאי, ניהול וקבלת החלטות אסטרטגיות, ולהגשים יעילות גבוהה, התעצמות, קנה מידה וסטנדרטיזציה של ייצור חקלאי. לבסוף, יתממשו החיבור האנכי של כל החוליות בייצור יבולים והחיבור האופקי של כל החוליות בכל שרשרת התעשייה החקלאית. יצירת אקולוגיה של כלכלה מעגלית עם מערכת טכנולוגיית שתילה, פלטפורמת מוח חקלאי, בטיחות מזון חקלאי, פלטפורמת סחר במוצרים חקלאיים, מערכת פיננסית חדשה בשרשרת האספקה ​​החקלאית, תיירות חקלאית אופיינית ושתילה וגידול משלימים (איור 2).

 

2.ניטור מידע של שילוב מים ודשנים

2.1 עקרון המערכת

המערכת מבצעת משוב שלילי למערכת המים והדישון על ידי זיהוי תכולת המים, EC, pH וערכים אחרים של מטריצת סובין קוקוס, אשר ממלאים תפקיד חשוב בהכוונת ההשקיה בצורה מדויקת. בהתאם למאפיינים של סצנות שתילה שונות, באמצעות ניתוח ומחקר של מאפייני המטריצה ​​ומבנהה, ניתן לפתח מודל השקיה תזמון אמפירי, מודל השקיה גבול עליון ותחתון של הגדרת מים במטריצה; מערכת רכישת מידע משולבת של מים ודשנים יכולה לשלוט במודל ההשקיה, אופטימיזציה ואיטרציה ניתנות לביצוע באופן רציף בתהליך תפעול ותחזוקה של הייצור.

2.2 הרכב המערכת

המערכת מורכבת מהתקן איסוף כניסת נוזלים, התקן איסוף החזרת נוזלים, התקן ניטור בזמן אמת של המצע ורכיב תקשורת, כאשר התקן איסוף כניסת הנוזלים מורכב מחיישן pH, חיישן EC, משאבת מים, מד זרימה וחלקים אחרים; והתקן איסוף החזרת הנוזלים מורכב מחיישן לחץ, חיישן pH, חיישן EC וחלקים אחרים; התקן ניטור בזמן אמת של המצע מורכב ממגש איסוף החזרת נוזלים, מסך סינון החזרת נוזלים, חיישן לחץ, חיישן pH, חיישן EC, חיישן טמפרטורה ולחות וחלקים אחרים. מודול התקשורת כולל שני מודולי LoRa, אחד בחדר הבקרה המרכזי והשני בחממה (איור 3). קיים חיבור קווי בין המחשב לרכיב התקשורת הממוקם בחדר הבקרה המרכזי, קיים חיבור אלחוטי בין רכיב התקשורת הממוקם בחדר הבקרה המרכזי לרכיב התקשורת הממוקם בחממה, וקיים חיבור קווי בין רכיב התקשורת בחממה לממסר, רכיב גילוי המצע ורכיב גילוי החזרת נוזלים (איור 4).

2.3 השפעות היישום

ההשפעה של השקיה עם מערכת השקיה המבוססת על מים ודשנים, המוזנת על ידי מערכת ניטור זו, מושוותה לזו של מערכת השקיה המסופקת על ידי ספקים בלבד. בהשוואה לאחרונה, ההשקיה הממוצעת לשתל עגבנייה עם מערכת ניטור זו מצטמצמת ב-8.7% ליום, ונפח הנוזל החוזר מצטמצם ב-18%, וערך ה-EC של הנוזל החוזר זהה באופן בסיסי, דבר המראה כי גידולים משתמשים ביותר תמיסת הזנה כאשר מערכת ניטור זו משמשת להשקיה בהתאם לחוק ספיגת תמיסת הזנה על ידי גידולים. שימוש במערכת השקיה חכמה זו יכול להפחית את כמות ההשקיה ב-29% ואת הנוזל החוזר ב-53% בממוצע בהשוואה להשקיה אמפירית מתוזמנת (איור 5 ~ 6).

 

3. מערכת בקרת סביבה מבוססת IoT

לנוכח הדרישה לשליטה מדויקת בצמתים ספקטרליים דינמיים בקנה מידה גדול במפעלי צמחים, טכנולוגיית האינטרנט של הדברים הממוזגת הוצגה כדי לפתור את הבעיות של רכישת צמתים בקנה מידה גדול והטרוגני ובקרה מדויקת של סביבת האור של המפעל. מערכת בקרת תאורה חכמה במפעלי מפעל לוקחת גופי תאורת LED חכמים כנושא, ומאמצת את טכנולוגיית האינטרנט של הדברים הממוזגת באמצעות WF-IOT כדי לבנות רשת מסופים מבוזרת בקנה מידה גדול התומכת ברכישת נתונים, שידור ובקרה. ניתן לקבץ את המערכת באופן חופשי בהתאם לדרישות הייצור, וניתן להתאים את עוצמת האור של גופי התאורה של הצמח באופן רציף בזמן אמת בהתאם לתנאי תאורה שונים ולצורכי גידול הצמח, על מנת להשיג שליטה מדויקת בעוצמת האור המשלים ובכמות האור המשלים (איור 7). באמצעות הרשת ההיקפית, ניתן לממש איסוף ושידור דינמיים של נתוני חישה כגון סביבה ותאורה, ובמקביל, ניתן לממש ניטור מקוון של צריכת האנרגיה, וניתן לתפוס את צריכת האנרגיה של האור המשלים בכל אזור גידול בזמן אמת.

המערכת מממשת ניהול מדויק של צמחים על ידי איסוף נתוני בקרה פנימית וחיצונית של חממות, ומשלימה את פיתוח המוצר של "מודל ניהול צמחים". באמצעות חיישני זרם, CO2, גז טבעי ומים, מתבצע איסוף נתוני ניטור של "מערכת אנרגיה". באמצעות טכנולוגיית ראייה רובוטית, באמצעות נתוני צבע הפרי, מספר הפרי, גודל גבעול הפרי, עלים, גבעולים וכן הלאה, כל תהליך נתוני גידול הגידולים מנוטר ומוכר (איור 8).

4.ערך קידום מכירות

מערכת תפעול ותחזוקה חקלאית חכמה, המשתמשת ביתרונות של פלטפורמת אינטרנט תעשייתית, השקעה אחת, שימוש רב פעמי בשירות, תוך שימוש בקונספט השיתוף של אינטרנט תעשייתי, מקדמת את בניית האינטרנט של הדברים בחקלאות מתקנים בעלות נמוכה ויעילות גבוהה, ומשפרת את הרמה החכמה והירוקה של חקלאות מתקנים. אם ניקח לדוגמה פרויקט המיישם את המערכת בעיר ליישי, צ'ינגדאו, שיעור הניצול המקיף של דשן יכול להגיע ליותר מ-90%, פי שלושה מעיבוד קרקע מסורתי. אין פליטת שפכים לייצור בתהליך כולו, מה שחוסך 95% מים בהשוואה לעיבוד שדה ומפחית את זיהום הדשן בקרקע. באמצעות גילוי CO2 בחממה על ידי מערכת זו, גורמים סביבתיים כמו טמפרטורה ותאורה בתוך ומחוץ לחממה מנותחים באופן מקיף, ואספקת ה-CO2 מווסתת בזמן אמת, מה שלא רק עונה על צרכי הצמחים, אלא גם מונע בזבוז, מחזק ביעילות את הפוטוסינתזה של היבולים, מאיץ את הצטברות הפחמימות, מגדיל את התשואה ליחידת שטח ומשפר את איכות הירקות. מערך שלם של מערכת ניהול תפעול ותחזוקה מימש את ההפעלה האוטומטית של מתקני בקרת סביבת החממה, את ההפעלה האוטומטית והמדויקת של ציוד לכל מזג אוויר, הפחיתה את עלות האנרגיה ב-10% ואת עלות ההפעלה הידנית ב-60%, ובמקביל, היא יכולה לבצע תגובות הגנה כגון סגירת החלון בפעם הראשונה מפני מזג אוויר קשה כגון רוח חזקה, גשם ושלג, ובכך למנוע ביעילות אובדן החממה עצמה והגידולים בחממה לנוכח מזג אוויר גרוע פתאומי.

5.מַסְקָנָה

לא ניתן להפריד בין הפיתוח המודרני של חקלאות מתקנים לבין הברכה של מערכת ניהול חקלאית חכמה. רק מערכת ניהול מתאימה, בעלת יכולת תפיסה, ניתוח וקבלת החלטות חזקות יותר, יכולה להמשיך להתקדם בדרך המודרניזציה. מערכת ניהול חקלאית חכמה מפחיתה במידה ניכרת את החסרונות של ניהול מלאכותי ומקדמת אינפורמציה חכמה של ייצור חקלאי, ניהול וקבלת החלטות אסטרטגיות. עם הגידול בקלט וההעשרה המתמשכת של תרחישי השימוש של המערכת, יש צורך לעדכן ולבצע איטרציות מתמידות על בסיס נתונים נוספים, להפוך לחכמה יותר ולשפר באופן מקיף את רמת החכמה של חקלאות מתקנים מודרנית.

סוֹף

[מידע על ציטוט]

מחבר מקורי שא ביפנג, ג'אנג ג'נג ואחרים. גננות חממה טכנולוגיית הנדסה חקלאית 19 באפריל 2024 10:47 בייג'ינג