کشاورزی دقیق و وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپادها)
انقلاب صنعتی شیوه های کشاورزی را با استفاده از ماشین های بزرگ، مواد شیمیایی و کودها به سمت نهاده های انرژی بر سوق داده است. با این حال، این شیوه ها ممکن است منجر به حاصلخیزی کم خاک، فرسایش خاک، شور شدن خاک، تراکم لایه های زیرین خاک و آلودگی آب و خاک شود، که پیامدهای منفی اجتماعی و زیست محیطی به همراه دارند. .کشاورزی دقیق(Precision Agriculture) یک رویکرد نوآورانه و پایدار کشاورزی است که به کشاورزان این امکان را می دهد تا از تصمیم گیری مبتنی بر شواهد در سطح مزرعه استفاده کنند تا با بکارگیری بهینه از منابع چنین پیامدهای اجتماعی و زیست محیطی را به حداقل برسانند. کشاورزی دقیق میتواند دانش سنتی را همراه با اطلاعات مکانی و فناوری های فشرده مدیریت مورد استفاده قرار دهد. این امر به ایجاد یک سامانه پایدار، پربار و سودآور کمک می کند. فناوری هایی که اغلب در کشاورزی دقیق استفاده می شوند شامل سامانه اطلاعات جغرافیایی، سامانه موقعیت یابی جهانی، سنجش از دور(Remote sensing)، مدل سازی رایانه ای، فناوری نرخ متغیر و روش یادگیری ماشین با پردازش اطلاعات پیشرفته برای مدیریت به موقع محصول هستند. چرخه کشاورزی دقیق را می توان به صورت مراحل زیر بیان نمود:
جمع آوری داده ها : متغیر بودن پارامترهای خاک، محصول و شرایط آب و هوایی محلی درون مزرعه ای اندازه گیری، پایش و نقشه برداری می شوند.
تفسیر داده ها : تفسیر داده ها با استفاده از مدلهای مختلف محصول یا تفسیر تصویر یا تکنیکهای جذب داده به منظورشناسایی پارامترهای متغیر فضایی انجام میشود.
بکارگیری: براساس نتایج حاصل از پردازش داده ها، مدیریت مزرعه می تواند برای مکان، زمان و مقدار درست تنظیم شود.
جمع آوری داده ها و تولید بانک اطلاعاتی بخش مهمی از کشاورزی دقیق است، که نیازمند انتخاب عاقلانه حسگرها و استقرار آنها در مزرعه برای اطمینان از صحت و دقت تصمیم گیری در مزرعه با استفاده از یک سامانه پشتیبان تصمیم گیری می باشد. حسگرها می توانند با توجه به هدف یافتن اطلاعاتی از قبیل سلامت محصول، مرحله رشد آن، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک / گیاه، داده های موقتی هواشناسی و غیره، زمینی یا هوایی بکار گرفته شوند. تکنیک های سنجش از دور و جغرافیایی بخش جدایی ناپذیر از فرآیند جمع آوری و پردازش داده ها است و برای تشخیص تغییرات درون میدانی مورد استفاده قرار می گیرد. تصاویر ماهوارهای با وضوح بالا برای مطالعه تغییرات زراعی و خاک بسیار مفید هستند. هرچند که مشکلات مرتبط با در دسترس بودن و هزینه این چنین تصاویر با وضوح مکانی و زمانی مناسب، ایجاب می کند که از یک روش جایگزین مانند سامانه هوایی بدون سرنشین کوچک برای عملیات کشاورزی دقیق، استفاده شود.
از آنجا که وضوح مکانی ماهواره برای مزرعه های کوچک نامناسب است و حسگرهای زمینی نمی توانند منطقه بزرگی را در مزرعه پوشش دهند، بنابراین جمع آوری داده های مبتنی بر پهپاد یک مسیر جایگزین را برای جمع آوری داده ها در چنین وضوح زمانی و مکانی، نشان می دهد.
پهپادها توانایی حمل حسگرهای مختلف را دارند که برای مطالعه پارامترهای مرتبط با محصول مفید هستند. منابع نشان می دهند که هواپیماهای بدون سرنشین می توانند با حسگرهای نوری مانند دوربین رنگی، دوربین چند طیفی و دوربین های فرا طیفی با هم بکار گرفته شوند. از دوربین های حرارتی نیز می توان در هواپیماهای بدون سرنشین به منظور به شناسایی تنش آبی در محصول استفاده کرد. از حسگرهای لیدار بر روی هواپیماهای بدون سرنشین برای تخمین ارتفاع سایه انداز )کانوپی) استفاده می شود که در نهایت به تخمین زیست توده محصول کمک می کنند. جدا از جمع آوری داده های دیجیتالی از هواپیماهای بدون سرنشین به منظور نمونه برداری هوایی در بالای سطح مزارع برای شناسایی زودهنگام حمله آفات به محصول نیز استفاده می شود. همچنین از هواپیماهای بدون سرنشین میتوان برای انجام اقدامات اصلاحی در مزارع شمانند سمپاشی سموم دفع آفات در مناطق تحت تنش مزرعه استفاده کرد.
هواپیماهای بدون سرنشین حتی قبل از شروع کاشت نیز می توانند در تصمیم گیری در مزرعه مفید باشند. هنگامی که بستر خاک مزرعه برای کاشت آماده می شود، حسگر لیدار نصب شده بر روی پهپاد می تواند برای بررسی هموار بودن به پرواز دربیاید. اگر مشخص شود که بستر خاک به اندازه کافی صاف نیست، از اینرو براساس اختلاف ارتفاع، مزرعه را میتوان به طور یکنواخت صاف کرد. زمین یکنواخت هموار یکی از ملزومات مهم برای جلوگیری از حرکت ناخواسته آب در مزرعه به حساب می آید. در حال حاضر تحقیقات به تخمین میزان عناصر غذایی خاک با استفاده از حسگرهای سوار برروی پهپادها می پردازد.
پس از کاشت، پایش موقت مزارع با استفاده از دوربین رنگی سوار شده بر روی پهپادها انجام می شود. تصاویر گرفته شده با استفاده از دوربین ها می تواند برای پایش رشد محصولات استفاده شود(زیست توده، شاخص سطح برگ ، ارتفاع و غیره). این تصاویر میت وانند محل علف های هرز را در مزرعه تشخیص دهند و همچنین می توانند مناطق آسیب دیده از آفت را شناسایی کنند. در بعضی از محصولات زراعی مانند ذرت که کلاله دار میشوند، این تصاویر قادر به شمارش کلاله هستند که به تخمین زودهنگام عملکرد محصول کمک می کنند. در مرحله رویشی محصول، به غیر از دوربین رنگی، دوربین های چندطیفی و ابرطیفی نه تنها به منظور تخمین ویژگی های بیوفیزیکی، بلکه برای تخمین برخی از ویژگی های بیوشیمیایی از قبیل عناصر غذایی برگ، محتویات آب و غیره نیز استفاده می شوند. پس از مشخص شدن نواحی این عناصر غذایی و تحت تنش آبی، علف های هرز و آفات شناسایی می شوند، پهپادها می توانند برای انجام اقدامات اصلاحی استفاده شوند و سموم دفع آفات یا کود های شیمیایی را دقیق در محل موردنظر مزرعه اسپری کنند.
پایان خبر