เชิงนามธรรมการพัฒนาระบบการเกษตรอัจฉริยะในโรงเรือนสมัยใหม่นั้นขึ้นอยู่กับระบบการดำเนินงานและการบำรุงรักษาเป็นหลัก การพัฒนาระบบการดำเนินงานและการบำรุงรักษาให้เป็นอัจฉริยะนั้นมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับประสิทธิภาพโดยรวมของการดำเนินงานโรงเรือน และยังแสดงถึงการพัฒนาระบบการเกษตรในโรงเรือนให้ทันสมัย ​​ซึ่งมีคุณค่าในการเผยแพร่และพัฒนาอย่างลึกซึ้ง บทความนี้จึงนำเสนอการประยุกต์ใช้ระบบการดำเนินงานและการบำรุงรักษาอัจฉริยะในฐานการเกษตรในโรงเรือนแห่งหนึ่งในเมืองชิงเต่า วิเคราะห์ผลการประยุกต์ใช้ และประเมินคุณค่าในการเผยแพร่ระบบ เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับผู้ปฏิบัติงานที่เกี่ยวข้อง และขยายการศึกษาเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบที่เกี่ยวข้อง ซึ่งจะช่วยยกระดับเทคโนโลยีและความอัจฉริยะของการเกษตรในโรงเรือน

คำสำคัญระบบปฏิบัติการและบำรุงรักษาอัจฉริยะ; การเกษตรในโรงงาน; การประยุกต์ใช้งาน

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของจีน วิธีการผลิตทางการเกษตรแบบดั้งเดิมจึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการของสังคมทั้งในด้านคุณภาพและปริมาณของผลผลิตทางการเกษตรได้ การเกษตรแบบโรงงานสมัยใหม่ ซึ่งมีลักษณะเด่นคือผลผลิตสูง ประสิทธิภาพ และคุณภาพที่เหนือกว่า ได้พัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และแสดงให้เห็นถึงศักยภาพทางการตลาดที่มหาศาล อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับประเทศหรือภูมิภาคเกษตรกรรมที่พัฒนาแล้วในโลก ระดับเทคโนโลยีการเกษตรแบบโรงงานของจีนยังคงล้าหลังอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการประยุกต์ใช้ระบบการทำงานและการบำรุงรักษาอัจฉริยะบนพื้นฐาน IoT ทางการเกษตร เช่น เซ็นเซอร์ทางการเกษตรและระบบประมวลผลข้อมูลบนคลาวด์ ซึ่งจำเป็นต้องมีการปรับปรุงด้านดิจิทัลอย่างเร่งด่วน

1. ระบบปฏิบัติการและบำรุงรักษาอัจฉริยะสำหรับภาคเกษตรกรรม

1.1 คำจำกัดความของระบบ

ระบบการปฏิบัติงานและการบำรุงรักษาอัจฉริยะทางการเกษตรเป็นเทคโนโลยีระบบที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ ซึ่งบูรณาการเทคโนโลยี IoT เทคโนโลยีการจัดการอัจฉริยะ และกระบวนการทางการเกษตรต่างๆ อย่างลึกซึ้ง เช่น การปลูก การเก็บรักษา การแปรรูป การขนส่ง การตรวจสอบย้อนกลับ และการบริโภค โดยการบูรณาการ "ระบบ+ฮาร์ดแวร์" ระบบการปฏิบัติงานและการบำรุงรักษาอัจฉริยะทางการเกษตรใช้เทคโนโลยีหลักของอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่างๆ (IoT) เช่น เทคโนโลยีการตรวจจับ เทคโนโลยีการส่งข้อมูล เทคโนโลยีการประมวลผล และเทคโนโลยีทั่วไป เพื่อแก้ปัญหาแบบหลายปฏิสัมพันธ์อย่างครอบคลุม เช่น การระบุตัวตนของเกษตรกรแต่ละราย การรับรู้สถานการณ์ การเชื่อมต่อเครือข่ายอุปกรณ์ที่หลากหลาย การประมวลผลข้อมูลจากหลายแหล่ง การค้นพบองค์ความรู้ และการสนับสนุนการตัดสินใจ

1.2 เส้นทางด้านเทคนิค

โดยทั่วไป โครงสร้างของระบบการจัดการทางการเกษตรส่วนใหญ่ประกอบด้วย การรับรู้ เครือข่าย และแพลตฟอร์ม บนพื้นฐานนี้ องค์กรต่างๆ สามารถขยายชั้นตรรกะเพิ่มเติมได้ตามประเภทการเกษตรและความต้องการทางธุรกิจ สถาปัตยกรรมของระบบการดำเนินงานและการบำรุงรักษาอัจฉริยะทางการเกษตรแสดงในรูปที่ 1

เพื่อตอบสนองความต้องการในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาอย่างชาญฉลาดของฟาร์มเกษตรกรรม สามารถปรับแต่งเซ็นเซอร์ต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้น เซ็นเซอร์วัดคาร์บอนไดออกไซด์ เซ็นเซอร์วัดแสง เซ็นเซอร์วัดกระแสไฟฟ้า เซ็นเซอร์วัดการไหลของน้ำ เซ็นเซอร์วัดการไหลของคาร์บอนไดออกไซด์ เซ็นเซอร์วัดการไหลของก๊าซธรรมชาติ เซ็นเซอร์วัดน้ำหนักและความดัน เซ็นเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้า และเซ็นเซอร์วัดค่า pH ได้ และองค์กรที่มีความต้องการสูงสามารถวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์ รวมถึงกำหนดโปรโตคอลการส่งข้อมูลพื้นฐานเพื่อให้มั่นใจได้ถึงการส่งและรับข้อมูลที่เสถียร

1.3 ความสำคัญของการพัฒนา

ระบบการปฏิบัติงานและการบำรุงรักษาอัจฉริยะใช้เทคโนโลยีการตรวจจับอัจฉริยะ เทคโนโลยีการส่งข้อมูล และเทคโนโลยีการประมวลผลอัจฉริยะผ่านทางอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่างๆ ทางการเกษตร (IoT) เพื่อทำการตรวจสอบแบบเรียลไทม์และการควบคุมระยะไกลในทุกขั้นตอนของกิจกรรมทางการเกษตร ส่งเสริมการใช้ข้อมูลอย่างชาญฉลาดในการผลิต การจัดการ และการตัดสินใจเชิงกลยุทธ์ทางการเกษตร และตระหนักถึงประสิทธิภาพ ความเข้มข้น ขนาด และมาตรฐานที่สูงขึ้นของการผลิตทางการเกษตร ในที่สุด จะทำให้เกิดการเชื่อมต่อในแนวดิ่งของทุกขั้นตอนในการผลิตพืชผล และการเชื่อมต่อในแนวนอนของทุกขั้นตอนในห่วงโซ่อุตสาหกรรมการเกษตรทั้งหมด สร้างระบบนิเวศเศรษฐกิจหมุนเวียนด้วยระบบเทคโนโลยีการปลูก ระบบแพลตฟอร์มสมองทางการเกษตร ความปลอดภัยด้านอาหารทางการเกษตร แพลตฟอร์มการค้าผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร ระบบการเงินห่วงโซ่อุปทานทางการเกษตรใหม่ การท่องเที่ยวเชิงเกษตรที่มีเอกลักษณ์ และการปลูกและเพาะพันธุ์ที่เสริมกัน (รูปที่ 2)

 

2.การติดตามข้อมูลการบูรณาการน้ำและปุ๋ย

2.1 หลักการของระบบ

ระบบนี้จะทำการควบคุมแบบป้อนกลับเชิงลบต่อระบบน้ำและปุ๋ย โดยการตรวจวัดปริมาณน้ำ ค่าการนำไฟฟ้า ค่า pH และค่าอื่นๆ ของเนื้อรำมะพร้าว ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการชลประทานอย่างแม่นยำ โดยพิจารณาจากลักษณะของสภาพการปลูกที่แตกต่างกัน ผ่านการวิเคราะห์และวิจัยลักษณะและโครงสร้างของเนื้อรำมะพร้าว เพื่อพัฒนารูปแบบการกำหนดเวลาการชลประทานเชิงประจักษ์ รวมถึงรูปแบบการกำหนดขีดจำกัดบนและล่างของการชลประทานน้ำในเนื้อรำมะพร้าว ระบบเก็บรวบรวมข้อมูลแบบบูรณาการเกี่ยวกับน้ำและปุ๋ยสามารถควบคุมรูปแบบการชลประทาน และสามารถดำเนินการปรับปรุงและทำซ้ำได้อย่างต่อเนื่องในกระบวนการผลิตและการบำรุงรักษา

2.2 องค์ประกอบของระบบ

ระบบประกอบด้วยอุปกรณ์เก็บของเหลวขาเข้า อุปกรณ์เก็บของเหลวขาออก อุปกรณ์ตรวจสอบวัสดุปลูกแบบเรียลไทม์ และส่วนประกอบการสื่อสาร โดยที่อุปกรณ์เก็บของเหลวขาเข้าประกอบด้วยเซ็นเซอร์ pH เซ็นเซอร์ EC ปั๊มน้ำ เครื่องวัดการไหล และชิ้นส่วนอื่นๆ และอุปกรณ์เก็บของเหลวขาออกประกอบด้วยเซ็นเซอร์ความดัน เซ็นเซอร์ pH เซ็นเซอร์ EC และชิ้นส่วนอื่นๆ อุปกรณ์ตรวจสอบวัสดุปลูกแบบเรียลไทม์ประกอบด้วยถาดเก็บของเหลวขาออก ตะแกรงกรองของเหลวขาออก เซ็นเซอร์ความดัน เซ็นเซอร์ pH เซ็นเซอร์ EC เซ็นเซอร์อุณหภูมิและความชื้น และชิ้นส่วนอื่นๆ โมดูลการสื่อสารประกอบด้วยโมดูล LoRa สองโมดูล โมดูลหนึ่งอยู่ในห้องควบคุมกลางและอีกโมดูลหนึ่งอยู่ในเรือนกระจก (รูปที่ 3) มีการเชื่อมต่อแบบใช้สายระหว่างคอมพิวเตอร์และส่วนประกอบการสื่อสารที่อยู่ในห้องควบคุมกลาง มีการเชื่อมต่อแบบไร้สายระหว่างส่วนประกอบการสื่อสารที่อยู่ในห้องควบคุมกลางและส่วนประกอบการสื่อสารที่อยู่ในเรือนกระจก และมีการเชื่อมต่อแบบใช้สายระหว่างส่วนประกอบการสื่อสารในเรือนกระจกและรีเลย์ ส่วนประกอบตรวจจับวัสดุปลูก และส่วนประกอบตรวจจับของเหลวขาออก (รูปที่ 4)

2.3 ผลกระทบจากการประยุกต์ใช้

ผลของการชลประทานด้วยระบบน้ำและปุ๋ยที่ควบคุมโดยระบบตรวจสอบนี้ ถูกนำมาเปรียบเทียบกับระบบชลประทานที่จัดหาโดยผู้จำหน่ายเพียงอย่างเดียว เมื่อเทียบกับระบบหลัง ปริมาณน้ำชลประทานเฉลี่ยต่อต้นมะเขือเทศต่อวันด้วยระบบตรวจสอบนี้ลดลง 8.7% และปริมาณน้ำที่ไหลกลับลดลง 18% ในขณะที่ค่า EC ของน้ำที่ไหลกลับนั้นแทบจะเท่าเดิม ซึ่งแสดงให้เห็นว่าพืชใช้สารละลายธาตุอาหารได้มากขึ้นเมื่อใช้ระบบตรวจสอบนี้ในการชลประทานตามกฎการดูดซึมสารละลายธาตุอาหารของพืช การใช้ระบบชลประทานอัจฉริยะนี้สามารถลดปริมาณน้ำชลประทานได้เฉลี่ย 29% และลดปริมาณน้ำที่ไหลกลับได้เฉลี่ย 53% เมื่อเทียบกับการชลประทานตามเวลาแบบดั้งเดิม (รูปที่ 5-6)

 

3. ระบบควบคุมสภาพแวดล้อมแบบ IoT

เพื่อตอบสนองความต้องการในการควบคุมที่แม่นยำของโหนดสเปกตรัมแบบไดนามิกขนาดใหญ่ในโรงงานปลูกพืช จึงมีการนำเทคโนโลยี Internet of Things (IoT) แบบผสมผสานมาใช้เพื่อแก้ปัญหาการรับข้อมูลจากโหนดขนาดใหญ่และหลากหลาย และการควบคุมสภาพแวดล้อมแสงของพืชอย่างแม่นยำ ระบบควบคุมแสงอัจฉริยะในโรงงานปลูกพืชใช้โคมไฟ LED อัจฉริยะเป็นตัวนำ และใช้เทคโนโลยี Internet of Things (WF-IOT) แบบผสมผสานข้อมูลขนาดใหญ่เพื่อสร้างเครือข่ายเทอร์มินัลแบบกระจายศูนย์ขนาดใหญ่ที่รองรับการรับส่งข้อมูลและการควบคุม ระบบสามารถจัดกลุ่มได้อย่างอิสระตามความต้องการในการผลิต และความเข้มของแสงจากโคมไฟปลูกพืชสามารถปรับได้อย่างต่อเนื่องแบบเรียลไทม์ตามสภาพแสงที่แตกต่างกันและความต้องการในการเจริญเติบโตของพืช เพื่อให้สามารถควบคุมความเข้มและปริมาณของแสงเสริมได้อย่างแม่นยำ (รูปที่ 7) ผ่านเครือข่ายรอบข้าง สามารถรวบรวมและส่งข้อมูลการตรวจจับแบบไดนามิก เช่น สภาพแวดล้อมและแสงสว่างได้ และในขณะเดียวกันก็สามารถตรวจสอบการใช้พลังงานแบบออนไลน์ และทราบการใช้พลังงานของแสงเสริมในแต่ละพื้นที่การเจริญเติบโตได้แบบเรียลไทม์

ระบบนี้ทำให้การจัดการพืชเป็นไปอย่างละเอียดถี่ถ้วนโดยการรวบรวมข้อมูลการควบคุมภายในและภายนอกเรือนกระจก และทำให้การพัฒนาผลิตภัณฑ์ "แบบจำลองการจัดการพืช" เสร็จสมบูรณ์ โดยใช้เซ็นเซอร์วัดกระแสไฟฟ้า คาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซธรรมชาติ และน้ำ ทำให้สามารถรวบรวมข้อมูลการตรวจสอบ "ระบบพลังงาน" ได้ และใช้เทคโนโลยีการมองเห็นของหุ่นยนต์ในการตรวจสอบและวิเคราะห์ข้อมูลการเจริญเติบโตของพืชทั้งหมดผ่านข้อมูลสีผลไม้ จำนวนผลไม้ ขนาดก้านผล ใบ และลำต้น (ภาพที่ 8)

4.มูลค่าส่งเสริมการขาย

ระบบปฏิบัติการและบำรุงรักษาอัจฉริยะทางการเกษตร ใช้ประโยชน์จากแพลตฟอร์มอินเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม ลงทุนครั้งเดียว ใช้งานได้หลายครั้ง ใช้แนวคิดการแบ่งปันของอินเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม ส่งเสริมการสร้างอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่างๆ (IoT) ในการเกษตรแบบโรงเรือนด้วยต้นทุนต่ำและประสิทธิภาพสูง และยกระดับความอัจฉริยะและความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของการเกษตรแบบโรงเรือน ยกตัวอย่างเช่น โครงการที่นำระบบนี้ไปใช้ในเมืองไหลซี ชิงเต่า อัตราการใช้ปุ๋ยโดยรวมสามารถสูงถึงกว่า 90% ซึ่งมากกว่าการเพาะปลูกในดินแบบดั้งเดิมถึงสามเท่า ไม่มีการปล่อยน้ำเสียจากการผลิตในกระบวนการทั้งหมด ซึ่งช่วยประหยัดน้ำได้ 95% เมื่อเทียบกับการเพาะปลูกในดิน และลดมลพิษจากปุ๋ยต่อดิน ด้วยการตรวจวัด CO2 ในโรงเรือน ระบบนี้จะวิเคราะห์ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและแสงสว่างภายในและภายนอกโรงเรือนอย่างครอบคลุม และควบคุมการจ่าย CO2 แบบเรียลไทม์ ซึ่งไม่เพียงแต่ตอบสนองความต้องการของพืช แต่ยังช่วยหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลือง เสริมสร้างการสังเคราะห์แสงของพืชอย่างมีประสิทธิภาพ เร่งการสะสมคาร์โบไฮเดรต เพิ่มผลผลิตต่อหน่วยพื้นที่ และปรับปรุงคุณภาพของผัก ระบบการจัดการการดำเนินงานและการบำรุงรักษาทั้งระบบได้ทำให้การควบคุมสภาพแวดล้อมภายในเรือนกระจกทำงานโดยอัตโนมัติ อุปกรณ์กันสภาพอากาศทำงานได้อย่างแม่นยำและอัตโนมัติ ลดต้นทุนด้านพลังงานลง 10% และต้นทุนการทำงานด้วยมือลง 60% ในขณะเดียวกันก็สามารถตอบสนองเพื่อป้องกัน เช่น การปิดหน้าต่างในทันทีเมื่อเผชิญกับสภาพอากาศเลวร้าย เช่น ลมแรง ฝน และหิมะ เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อเรือนกระจกและพืชผลภายในเรือนกระจกได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อเผชิญกับสภาพอากาศเลวร้ายกะทันหัน

5.บทสรุป

การพัฒนาการเกษตรแบบใช้โรงงานในยุคปัจจุบันไม่อาจแยกขาดจากประโยชน์ของระบบการจัดการเกษตรอัจฉริยะได้ มีเพียงระบบการจัดการที่เหมาะสมเท่านั้นที่มีความสามารถในการรับรู้ วิเคราะห์ และตัดสินใจได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น จึงจะสามารถก้าวไปข้างหน้าบนเส้นทางแห่งความทันสมัยได้ ระบบการจัดการเกษตรอัจฉริยะช่วยลดข้อบกพร่องของการจัดการด้วยแรงงานคนได้อย่างมาก และส่งเสริมการใช้ข้อมูลอย่างชาญฉลาดในการผลิต การจัดการ และการตัดสินใจเชิงกลยุทธ์ทางการเกษตร ด้วยปริมาณข้อมูลที่เพิ่มขึ้นและสถานการณ์การใช้งานที่หลากหลายมากขึ้น ระบบจึงจำเป็นต้องปรับปรุงและพัฒนารูปแบบข้อมูลอย่างต่อเนื่องบนพื้นฐานของข้อมูลที่มากขึ้น เพื่อให้ระบบมีความชาญฉลาดมากขึ้น และยกระดับความชาญฉลาดของการเกษตรแบบใช้โรงงานในยุคปัจจุบันอย่างครอบคลุม

จบ

[ข้อมูลอ้างอิง]

ผู้เขียนต้นฉบับ Sha Bifeng, Zhang Zheng และคณะ เทคโนโลยีวิศวกรรมการเกษตรด้านพืชสวนในเรือนกระจก 19 เมษายน 2567 10:47 ปักกิ่ง