ما هي أنواع أجهزة الاستشعار المستخدمة في الزراعة الدقيقة؟

بسبب النمو السكاني، وتغير المناخ، وانخفاض هطول الأمطار، وزيادة الطلب على الغذاء، يتأثر الإنتاج الزراعي سلبًا، مما يؤدي إلى تغير أساليب الزراعة. لذلك، ولتحسين المحاصيل وجمع بيانات دقيقة، من الضروري تبني ممارسات زراعية حديثة ودقيقة وتركيب أنواع مختلفة من المستشعرات.

في ظل الوضع الراهن والتأثير السلبي على ممارسات الزراعة التقليدية، تحتاج الزراعة إلى أن تتم بذكاء أكبر، وذلك باستخدام تكنولوجيا جديدة وحديثة. إنها الطريقة الوحيدة لتقديم حل وتلبية الاحتياجات المتزايدة التي لا تنتهي لسكان العالم.

تتسم أجهزة الاستشعار الزراعية الدقيقة بالكفاءة العالية في الزراعة لأنها تنقل بيانات تساعد المزارعين ليس فقط على مراقبة منتجاتهم بل وأيضًا على تحسينها ومواكبة التغيرات في الحقل والنظام البيئي.

تساعد المستشعرات الزراعية الذكية في تحديد الحيوانات بسهولة، واكتشاف الحرارة ومراقبة صحتها، مما يسهل عزل الأبقار المريضة وشفائها عن طريق تحديد القطعان واكتشافها وتتبعها.

باستخدام أجهزة الاستشعار الذكية في الزراعة، يمكن للمزارعين الآن تسجيل محاصيلهم ومراقبة فعاليتها عن بعد، ومعالجة آفات المحاصيل واتخاذ إجراءات سريعة لحماية محاصيلهم من أي خطر على البيئة.

ما هي المستشعرات؟

المستشعر هو أداة تدرك وتستجيب لمدخلات معينة يمكن أن تكون إضاءة أو حركة أو ضغطًا أو حرارة أو رطوبة، وتحولها إلى تمثيل أو إشارات يمكن للبشر قراءتها لمزيد من القراءة والمعالجة.

تُستخدم هذه المستشعرات بشكل شائع في تطبيقات متنوعة، بدءًا من اكتشاف الحركة في أنظمة الأمان إلى قياس درجة الحرارة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC). كما تُستخدم في الأشياء اليومية مثل الهواتف الذكية والسيارات والأجهزة المنزلية.

تعمل المستشعرات عن طريق اكتشاف التغيرات الفيزيائية أو الكيميائية في البيئة وتحويلها إلى إشارات كهربائية. يعتمد نوع المستشعر المستخدم على نوع التغيير الذي يتم اكتشافه.

على سبيل المثال، يستشعر حساس درجة الحرارة التغيرات في درجة الحرارة ويحولها إلى إشارات كهربائية يمكن للجهاز المتصل به تفسيرها.

ما هي أنواع المستشعرات المستخدمة في الزراعة؟

هناك أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار المستخدمة في الزراعة والتي تمكّن الحاجة إلى دمج الزراعة الذكية.

1. مستشعرات بصرية في الزراعة

هذا هو استخدام الضوء لتقييم المواد التربوية وتتبع انتشار الضوء الذي لا يحصى. يمكن وضع هذه المستشعرات على السيارات أو الأقمار الصناعية أو الطائرات بدون طيار أو الروبوتات، مما يمكّن التربة من عكس وجمع ومعالجة بيانات ألوان النباتات.

تمتلك المستشعرات البصرية أيضاً القدرة والطاقة على معالجة الطين والمواد الطبيعية والرطوبة خصائص التربة.

2. المستشعرات الكهروكيميائية للكشف عن مغذيات التربة

تساعد أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية في جمع البيانات الكيميائية للتربة ومعالجتها ورسم خرائط لها. وعادة ما يتم تركيبها على مزلجات مصممة خصيصًا.

إنهم يوفرون التفاصيل الدقيقة المطلوبة للزراعة. وهذا يشمل مستويات المغذيات في التربة ودرجة الحموضة. ثم يتم إرسال عينات التربة إلى اختبار التربة تُجرى الإجراءات المخبرية والمعيارية.

يتم إجراء قياسات خالية من الأخطاء، خاصة في مجال تحديد الأس الهيدروجيني، باستخدام قطب كهربائي انتقائي للأيونات. تلاحظ هذه الأقطاب الكهربائية تعقب أيونات محددة، مثل الهيدروجين والنترات والبوتاسيوم.

3. مستشعرات التربة الميكانيكية للزراعة

تُستخدم هذه الأنواع من المستشعرات لقياس انضغاط التربة أو المقاومة الميكانيكية. يستخدم هذا المستشعر تطبيقًا يمر عبر التربة. يسجل هذا المستشعر بعد ذلك القوة المحسوبة بواسطة موازين الضغط أو خلايا الحمل.

عندما يمر مستشعر عبر التربة، فإنه يسجل القوى التي تنتج عن قطع التربة وسحقها وإزاحتها. يتم تسجيل المقاومة الميكانيكية للتربة بوحدة ضغط وتشير إلى نسبة القوة اللازمة للدخول في قناة التربة مقابل المساحة الأمامية للأداة التي تتلامس مع التربة.

4. أجهزة استشعار رطوبة التربة العازلة

يقوم هذا المستشعر بحساب مستويات الرطوبة في التربة بمساعدة ثابت العزل الكهربائي. هذه خاصية كهربائية تتغير اعتمادًا على محتوى الرطوبة في التربة.

تُستخدم مستشعرات الرطوبة بالاقتران مع مواقع التحقق من هطول الأمطار في جميع أنحاء المزرعة. يتيح ذلك فحص مواقع رطوبة التربة عندما يكون مستوى الغطاء النباتي منخفضًا.

5. أجهزة استشعار الموقع في الزراعة

تُعرف أيضًا بمحطات الأرصاد الجوية الزراعية. توضع في أماكن مختلفة في جميع أنحاء الحقول. تُستخدم مستشعرات الزراعة الدقيقة هذه لتحديد الصنف والمسافة والارتفاع لأي موقع داخل المنطقة المطلوبة. وتستعين بالأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لهذا الغرض.

6. المستشعرات الإلكترونية

يتم تركيبها على الجرارات والمعدات الميدانية الأخرى للتحقق من عمليات المعدات. يتم نقل البيانات عبر أنظمة الاتصالات الخلوية والساتلية إلى أجهزة الكمبيوتر أو إرسالها بالبريد مباشرة إلى الأفراد. يمكن للمشرف المسؤول الآن الوصول إلى المعلومات إما على جهاز الكمبيوتر المكتبي الخاص به أو على هاتفه الخلوي الشخصي.

7. حساسات تدفق الهواء

يمكن إجراء قياساتها في مواقع معينة أثناء الحركة. تقيس هذه الأنواع من المستشعرات تغلغل هواء التربة. النتيجة المتوقعة هي الضغط المطلوب لدفع كمية محددة من الهواء إلى داخل الأرض على عمق محدد. هناك خصائص مختلفة للتربة، بما في ذلك مستويات الرطوبة، ودرجة تماسك نوع التربة، وبنيتها، والتي تنتج بصمة تعريفية مختلفة.

8. أجهزة استشعار الزراعة إنترنت الأشياء

مع تزايد تبني إنترنت الأشياء (IoT)، تم تطبيق القدرة على توصيل الأجهزة المختلفة في كل جانب من جوانب حياتنا تقريبًا. ومن المنطقي أن تجد الأتمتة أيضًا تطبيقها الخاص في الزراعة حيث سيكون لها تأثير كبير عليها.

توفر هذه الحساسة معلومات في الوقت الفعلي عما يحدث في الحقل، وتتضمن هذه المعلومات درجة حرارة الهواء، ودرجة حرارة التربة على أعماق مختلفة، وهطول الأمطار، ورطوبة الأوراق، والكلوروفيل، وسرعة الرياح، ودرجة حرارة نقطة الندى، واتجاه الرياح، والرطوبة النسبية، والإشعاع الشمسي، والضغط الجوي.

يشير هذا إلى أن المزارعين على دراية بموعد حصاد محاصيلهم، وكمية المياه المستخدمة، وصحة التربة، وما إذا كانت هناك حاجة لأي مدخلات إضافية. يتم قياس هذا وتسجيله على فترات زمنية محددة.

هناك قائمة كبيرة من المستشعرات المستخدمة في إنترنت الأشياء الزراعي، مما يعني (حلول للزراعة الذكية). إن استخدام مستشعرات الزراعة الدقيقة سيحدث بالتأكيد تحولاً في صناعة الزراعة من خلال زيادة إنتاج المحاصيل، واعتماد أصناف عالية الإنتاجية خالية من الآفات في المحاصيل، ومواكبة الطلب المتزايد على الغذاء.

أكثر أنواع أجهزة استشعار الزراعة الدقيقة شيوعًا

نتيجة للارتفاع السريع في عدد سكان العالم، أصبحت الأنشطة الزراعية أكثر تعقيدًا وتنافسية واتساعًا وتحسينًا.

أدى استخدام التكنولوجيا إلى جعل العمليات الزراعية أكثر إنتاجية من ذي قبل، مما زاد من حصاد المزارعين وجودة المنتجات.

لعبت المستشعرات أدوارًا حاسمة في هذا التقدم التكنولوجي. فيما يلي نستعرض المستشعرات الرئيسية في تقنية الزراعة الذكية.

1. مستشعرات تحديد المواقع العالمي

يرتبط هذا المستشعر بشكل عام بصناعات الاتصالات السيارات والخلوية. إنها مفيدة للغاية للزراعة الذكية. كان أحد التحديات الرئيسية التي واجهها المستوطنون القدامى هو رعي الأغنام، حيث كان عليهم استخدام عصي خشبية لدفع مواشيهم.

هذا لأن تتبع قطعانهم له أهمية قصوى للمزارعين. مع استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الحديث، لم يعد تتبع الماشية يمثل تحديًا حيث تم تعزيز نظام تحديد المواقع العالمي هذا بالقدرة على مراقبة الحيوانات بمجرد الضغط على زر.

فيما يتعلق بالجانب الميكانيكي للزراعة، والذي يشمل حصاد النباتات وتقنيات الزراعة ذات الصلة، فقد تم اعتماد استخدام مستشعرات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مع أنظمة توجيه مركبات عالية الدقة.

في العديد من تطبيقات الزراعة، مثل حرث الحقل، يمكن أن يؤدي استخدام الأنظمة الموجهة ذاتيًا إلى تعزيز توجيه الحقل، وتقليل العمليات المتداخلة، وتقليل كمية الوقت المطلوبة لإكمال المهمة في النهاية.

2. مستشعرات درجة الحرارة الزراعية

فيما يتعلق بالزراعة الذكية، تعتبر مستشعرات درجة الحرارة حاسمة في فئتين رئيسيتين. هاتان الفئتان هما مراقبة الظروف المحيطة ومراقبة الأصول الميكانيكية.

على سبيل المثال، عادةً ما يتم حصاد نبيذ الثلج خلال فترة زمنية محدودة عندما تصل درجات الحرارة لأول مرة إلى ما بين -10 درجة مئوية و -12 درجة مئوية خلال موسم الحصاد. تتطلب صناعة نبيذ الثلج مستشعر حرارة ورطوبة عالي الدقة لإعطاء تنبؤ دقيق لدرجة الحرارة المتوقعة.

تلعب هذه الأنواع من المستشعرات دورًا مهمًا ليس فقط في مراقبة الظروف المحيطة بالمساحة المادية، بل تلعب دورًا حيويًا في جميع تطبيقات مراقبة أصول الزراعة الذكية تقريبًا.

3. مراقبة الأصول

هذا تطبيق آخر في الزراعة الذكية يستفيد من استشعار درجة الحرارة كدور تقييمي. بالإضافة إلى مراقبة النباتات التي يتم حصادها، تلتقط مستشعرات درجة الحرارة المعدات التي تجمع هذه النباتات.

عندما يحتاج نظام المعدات إلى صيانة بسيطة، أو يكون أداؤه ضعيفًا، أو يعاني من فشل حرج، فإن مستشعرات درجة الحرارة تصدر تنبيهًا. إنها فعالة للغاية في كل ما يتعلق بنظام الصيانة التنبؤية والتفاعلية تقريبًا. هذا بدوره يحمي من ارتفاع درجة الحرارة وفشل المعدات الضار.

4. مستشعر التسارع

يشبه هذا إلى حد كبير استخدام أجهزة استشعار درجة الحرارة في الصيانة التنبؤية. تُستخدم مقاييس التسارع على نطاق واسع في صناعة الزراعة الذكية للتنبؤ بالصيانة المطلوبة والمساعدة فيها. تُستخدم بشكل أساسي في المكونات المتحركة والمحركات.

هدفهم الرئيسي هو اكتشاف التغيرات الطفيفة في الاهتزازات وعدم الاتساق في الحركة والتنبؤ بموعد الحاجة للصيانة القياسية أو الحاجة إلى استبدال مكون معيب.

ومع ذلك، يرتبط هذا المستشعر عادةً بالزراعة والصناعات الزراعية الأخرى، وتلعب مقاييس التسارع دورًا لا غنى عنه في صيانة المعدات الزراعية الذكية الحيوية. يمكن أيضًا استخدام مقاييس التسارع في أنظمة آلية وطرق تتبع متنوعة.

على سبيل المثال، يجعل مقياس التسارع منخفض الطاقة مراقبة حالة فوهة الرش القابلة للتعديل على طرف ذراع التسميد أسهل وأسرع. مع التكنولوجيا المتقدمة، يعتمد استخدام الطائرات بدون طيار ذاتية التحكم في الزراعة الذكية بشكل حاسم على مقاييس التسارع ووحدات القياس بالقصور الذاتي (IMU) لتتبع الحركة والسرعة وأحداث الاصطدام وحتى الموضع في الفضاء.

استخدام الكاميرات الذكية في الزراعة

عندما يتعلق الأمر بتقنية الكاميرات الذكية، فهي بعيدة كل البعد عن المستشعر التناظري القديم. يتم تبني الكاميرات الذكية بشكل متزايد لمجموعة متنوعة من تطبيقات الزراعة الذكية.

اعتمدت شركات مختلفة مثل بلو ريفر تكنولوجي، وهي قسم من شركة جون دير، على استخدام تقنية الكاميرات الذكية للكشف عن الأعشاب الضارة ومواقع النباتات الأخرى.

ونتيجة لذلك، يتم توزيع مبيدات الأعشاب والأسمدة تلقائيًا وبدقة. وهذا يجعل الاستفادة من المواد الكيميائية ويزيد من الإنتاجية الإجمالية مع تقليل استخدام المواد الكيميائية.

يشكل التحكم في الآفات أحد أكبر التحديات في مجال الزراعة. فباستخدام الكاميرات الذكية، يمكن للمزارعين الآن اكتشاف الآفات في الوقت الفعلي ومراقبة الإجراءات المتخذة ضدها بفعالية دون الإضرار بالضرورة بالحشرات الزراعية المفيدة.

يمكن للكاميرات الذكية أيضًا أن تحل محل أجهزة الاستشعار شبه القديمة مثل مراقبة الإضاءة المحيطة، مما يتيح نظامًا مبسطًا وتقليل عدد المكونات.

الزراعة الدقيقة هي تطبيق مدخلات محددة بمعدلات مختلفة لتحسين الكفاءة الاقتصادية وتقليل الهدر. يساعد استخدام أجهزة الاستشعار في الزراعة الدقيقة المزارعين على الانتقال بسلاسة من الطرق القديمة لتنفيذ الأنشطة الزراعية.

جيو بارد الزراعة هي قوة قائمة على السحابة لتحليل البيانات بدقة، وإنشائها، والاستكشاف الذكي. إنها أداة موثوقة للعمليات الزراعية، بدءًا من التخطيط وحتى تنفيذ الممارسات وتعديلها بناءً على البيانات المقدمة.

لقد سهلت GeoPard إطلاق العديد من شركات برمجيات الزراعة الدقيقة ويمكنها أن تقدم لك حلاً متفوقًا. في الختام، فإن صناعة الزراعة الذكية في تزايد مستمر، خاصة مع الحلول الجديدة التي تطرح في السوق يوميًا.

المعدات والأجهزة التي تجمع بيانات المستشعرات، وتوصل معلومات هامة للمزارعين، وتحسن العمليات الزراعية العديدة، ذات أهمية بالغة.

لا يمكن المبالغة في أهمية أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار لأنها تساعد في تلبية الطلب على الغذاء، وزيادة الإنتاجية، وتقليل الموارد.

هذه الأنواع المختلفة من أجهزة الاستشعار الزراعية الدقيقة سهلة التشغيل وأرخص على المدى الطويل. إنها تجعل الحياة أسهل للمزارعين وتزيد من الكمية والجودة الإجمالية للمنتجات التي يتم توصيلها. يُنصح بأن يفكر كل صاحب مزرعة في الزراعة الذكية.

الأسئلة الشائعة

لماذا نحتاج الزراعة الذكية؟

الزراعة الذكية ضرورية لعدة أسباب. فهي تعزز الإنتاجية والكفاءة من خلال الاستفادة من التكنولوجيا والحلول المبنية على البيانات لتحسين استخدام الموارد، مثل المياه والأسمدة، مما يؤدي إلى تحسين غلات المحاصيل وتقليل الهدر. وهي تمكن من المراقبة الدقيقة للمحاصيل، وظروف التربة، وأنماط الطقس، مما يسمح للمزارعين باتخاذ قرارات مستنيرة في الوقت الفعلي وتخفيف المخاطر. 

2. ما هي المستشعرات التي تمتلكها الروبوتات الزراعية؟

تم تجهيز الروبوتات الزراعية بمجموعة من المستشعرات لأداء مهامها بكفاءة. تشمل هذه المستشعرات مستشعرات رؤية لاكتشاف المحاصيل والأشياء، ومستشعرات GPS ومستشعرات الملاحة لتحديد المواقع بدقة، ومستشعرات بيئية لقياس درجة الحرارة والرطوبة وظروف التربة، ومستشعرات القرب للكشف عن العوائق.

باستخدام هذه المستشعرات، يمكن للروبوتات الزراعية أن تتنقل في الحقول بشكل مستقل، وتراقب المحاصيل، وتقوم بمهام مثل الزراعة، والرش، والحصاد بدقة وكفاءة. 

3. ما هي قيود مجسات الزراعة؟

تتمتع أجهزة استشعار الزراعة بقيود معينة يجب أخذها في الاعتبار. أولاً، يمكن أن تختلف دقة وموثوقية أجهزة الاستشعار، مما يؤدي إلى أخطاء أو تناقضات محتملة في القياس. ثانيًا، قد تتطلب بعض المستشعرات معايرة أو صيانة متكررة لضمان الأداء الأمثل.

ثالثاً، قد لا تلتقط المستشعرات بعض العوامل البيئية أو التغيرات بدقة، مما يحد من قدرتها على تقديم رؤى شاملة.