الوسم: الزراعة الرقمية

لا تقتصر الفوائد الواسعة للإنترنت الأشياء (IoT) على قطاع الصحة والتصنيع والسيارات والفضاء والطيران وحده؛ فالقطاع الزراعي لم يُترك خارج هذه المنظومة. لقد أعاد الإنترنت الأشياء تنشيط طريقة القيام بالأشياء في القطاع الزراعي من خلال خلق عمليات مستدامة بيئيًا، وتحويل الأفكار، وجلب فرص جديدة على نطاق لا يمكن تصوره.

بفضل تأثير التوائم الرقمية في الزراعة، وانخفاض المحصول والإنتاجية، وانتشار الآفات و أمراض وأصبحت عدم الاستدامة من الماضي.

كيف تخفف التوائم الرقمية من هذه المشاكل المتجذرة المرتبطة بالزراعة؟ للإجابة على هذه الأسئلة، دعنا نتعرف على معنى التوائم الرقمية ولماذا تم تقديمها إلى القطاع الزراعي؟

تضع التعقيدات العالية للعمليات الميدانية في إنتاج المحاصيل الزراعية متطلبات كبيرة على تطوير تقنيات قوية تتعلق بتقلب النباتات والتربة والتقنيات والبيئة والعديد من المتغيرات المزعجة.

دَعمت عمليات المحاكاة لجوانب محددة هذه التطورات لسنوات عديدة. وللمحاكاة الشاملة للعمليات الزراعية - “توأم رقمي” بمعنى الكلمة - مع دمج أكبر قدر ممكن من المتغيرات المؤثرة المذكورة، إمكانات كبيرة.

على وجه الخصوص، يمكن استخدام تأثير المتغيرات الفردية على العملية الإجمالية لتحليل الأخطاء، أو الخدمة، أو التطويرات الجديدة.

مفهوم التوأم الرقمي (Digital Twin)

التوائم الرقمية هي النسخة الافتراضية للأصل الحقيقي (سواء كان ماديًا أو غير مادي) التي تم إنشاؤها للاختبار والتنبؤ وفهم سلوك من نظرائها الماديين.

التوأم الرقمي في الزراعة يمثل كائنات حقيقية حيث يمكن إعادة إنتاج الكائنات التاريخية ومحاكاة الكائنات المستقبلية لإنشاء سيناريوهات ليتصرف المزارعون بناءً عليها.

فهي تمكّن المزارعين وأصحاب المصلحة من التعامل مع الانحرافات غير المتوقعة، على سبيل المثال عن طريق تحديد المشكلات مسبقًا، وجدولة الصيانة التنبؤية في الوقت المناسب، وتوفير حلول فورية للمشكلات المتفاقمة. تسرّع التوائم الرقمية القطاع الزراعي من الإنتاج إلى التسويق والمبيعات.

كيف هذا ممكن؟

على سبيل المثال، لنفترض أن إنتاج المحاصيل يتأثر بالآفات والأمراض في منطقة ما. من خلال اعتماده، يمكنك جمع معلومات عالية الجودة لا تستطيع الحواس البشرية ملاحظتها عبر تطبيق جوال يعمل كبديل رقمي باستخدام أجهزة استشعار وبيانات الأقمار الصناعية.

يمكنك بعد ذلك تقديم صور للنباتات المتضررة ووصف المشكلة، ثم مقارنة هذه الصور بنسخة طبق الأصل من ذلك النبات بالضبط وتقديم الحلول. ببساطة، هذه هي طريقة عمل التوائم الرقمية.

الشروط المطلوبة للتوأم الرقمي في الزراعة

1. فردانية

يجب أن يكون التوأم الرقمي في الزراعة محددًا، باسم معين مقابل الاسم العام مثل "ماعز" أو "قطة".

2. شبه فوري

هذا يعني طالما أن الواقع الحقيقي موجود، يجب أن يوجد التوأم أيضًا

3. مستنير بالبيانات

يجب قياسها رقميًا، بنفس الأداة المستخدمة للعينة الحقيقية.

٤. واقعي وقابل للتنفيذ

يجب أن يكون التوأم الرقمي في الزراعة قريبًا من الشيء الحقيقي في الخصائص والشكل. يجب أن يكون واقعيًا.

5. قابلة للتنفيذ

يجب أن تكون المعلومات المتعلقة بالشيء الحقيقي مرتبطة بالعمل.

كيف تعمل؟

يستخدم المعدات التكنولوجية مثل أجهزة الاستشعار والأقمار الصناعية والأجهزة الأخرى لمراقبة التوأم الرقمي. بهذه المعلومات، يمكن الوصول إلى البيانات التاريخية عند الحاجة إليها وتتطلب لوضع الخطط.

يتضمن ذلك العملية الشاملة للتوأم الرقمي. ليس من الضروري أن يكون ترتيبًا رائعًا، بل يكفي إنجازها في الوقت المناسب، فقط يجب أن تكون علمية وواقعية.

كيف يختلفون عن النماذج؟

النماذج هي مجرد تمثيل لشيء معين، على عكس التوائم الرقمية، فالنماذج ليست فقط تمثيلًا بل هي أيضًا مدمجة في عملية الشيء الحقيقي للحصول على مخرجات قابلة للقياس. غالبًا ما تعطي معظم النماذج نتائج خاطئة. عندما يتم دمجها، فإنها تقدم أيضًا تقارير كاذبة.

تُستخدم لأغراض معينة. يمكن رؤية نتائجها بعشرات. هذا لضمان موثوقية النتائج. إنها تحمي المستخدم من التعقيدات الفنية من خلال تقديم المعلومات بطريقة سهلة الفهم. يجب أن تعرض تحديثات الحالة على الشيء الحقيقي.

كيف تتفاعل مع التوائم الرقمية؟

يتم مراقبته على أجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو الأجهزة اللوحية أو الهواتف. إنه يسهل عليك الوصول إلى التاريخ أو التنبؤ بمستقبل الشيء الحقيقي. يمكنك أيضًا العمل مع النظام لتشغيل الأنظمة المادية مثل الري.

الوظيفة الداخلية للتوأم الرقمي في الزراعة مخفية ولا يحتاج المستخدم إلى فهم التعقيدات. إنه يعرض للمستخدم فقط ما هو مطلوب في التعامل المادي. على الرغم من إضافة ميزات لا يمكن تقييمها في التعامل العادي.

من المحتمل أن ترى التوائم الرقمية في الزراعة في المجالات التالية: * **إدارة المحاصيل:** إنشاء نماذج رقمية للحقول والمحاصيل لمراقبة النمو، وتحديد نقص العناصر الغذائية، والتنبؤ بالمحصول، وتحسين استخدام المياه والأسمدة. * **تربية الماشية:** نماذج رقمية للحيوانات لتتبع صحتها، وسلوكها، وإنتاجيتها، والتنبؤ بالأمراض. * **الزراعة الدقيقة:** استخدام التوائم الرقمية لتطبيق المدخلات (مثل المياه والأسمدة والمبيدات) بشكل انتقائي ودقيق بناءً على الحاجة الفعلية لكل جزء من الحقل أو لكل حيوان. * **تحسين تصميم المزارع:** محاكاة نماذج رقمية للمزارع بأكملها لتحديد أفضل تخطيط للأبنية، وأنظمة الري، وتوزيع المعدات. * **التدريب والمحاكاة:** استخدام التوائم الرقمية لتدريب المزارعين على تشغيل المعدات المعقدة أو التعامل مع سيناريوهات مختلفة (مثل الظروف الجوية القاسية) في بيئة آمنة. * **تتبع سلسلة التوريد:** نماذج رقمية للمنتجات الزراعية من المزرعة إلى المستهلك لتتبع الجودة، وظروف النقل، وتقليل الفاقد. * **توقع الأمراض والآفات:** نماذج رقمية لتوقع انتشار الأمراض والآفات بناءً على الظروف البيئية واستخدامها في اتخاذ تدابير وقائية.

لقد بدأ استخدام التوأم الرقمي بالفعل. يُستخدم في مراقبة الثروة الحيوانية جسديًا وعن بُعد. يضمن نظام المراقبة الميدانية تقديم تقارير عن حالة الحقول والمحاصيل لاتخاذ قرارات إدارية أفضل ومستنيرة. يبلغ نظام المراقبة عن بُعد عن حالة الآلات الزراعية مثل بذارة، جرار، آلة رش، إلخ. للكشف المبكر عن الأعطال والوقاية منها.

يتم نمذجة الشيء في العالم الحقيقي بشكل واقعي وللتقارير الحياتية معنى في حالة النظام. لديها بعض القيود، حيث يمكن فحص الشيء المراقب لجانب واحد فقط من الشيء. يتم استخدامه في صناعات أخرى ولكنه يستخدم في الزراعة لتغطية عدة خصائص نظرًا للتنوع في المزرعة.

الخاتمة

قبل العصر التكنولوجي، تم إجراء البحوث والتطوير لفهم وتوقع النباتات قبل العصر التكنولوجي’ سلوك لمكافحة المشاكل الزراعية الرئيسية المتمثلة في انتشار الآفات والأمراض وانخفاض الإنتاجية. وبسبب استخدام الأدوات البدائية، كانت نتائج البحث غير مؤكدة وكانت النتائج غير موثوقة. ومن ثم، استمرت المشاكل.

حينها، لم يكن لدى المزارعين خيار آخر لتجربة النباتات سلوك باستثناء طريقة التجربة والخطأ التي تؤدي إلى خسارة وفيرة في الموارد والوقت. لإنهاء هذه الألغاز الزراعية، تم تقديم التوائم الرقمية في الزراعة لإعطاء فهم مفصل للنباتات والحيوانات السلوكيات لتحسين كفاءة الزراعة. يتوقع الأكثر حماسة للثورة التكنولوجية أن تشهد العمليات الزراعية فوائد كبيرة من خلال هذه التطورات.

لذا، لا يمكن لأحد أن يفهم أرضك المادية أفضل منك ومن علم البيانات. و GeoPard في هذه الحالة هي منصة مفيدة للمزارعين تساعد على:

• جمع رؤى البيانات التقنية عبر الاستشعار عن بعد،, أخذ عينات التربة, حساسات،, تضاريس, ، إلخ.
• هل لديك أي وصول ميداني دقيق مع مراقبة الأقمار الصناعية وبيانات تناوب المحاصيل؟.
• إدارة بياناتك حتى في وضع عدم الاتصال بالتطبيق.

إن السماح بالاتصال بين الآلات والأجهزة المختلفة، وإدخال الذكاء الرقمي في الأجهزة، يُمكّن من ربط عدد كبير من الأجهزة المادية ومشاركة البيانات عبر الإنترنت دون تدخل بشري.

يشمل مصطلح "إنترنت الأشياء" بشكل أساسي كل ما هو متصل بالإنترنت، إلا أنه يُنظر إليه بشكل متزايد على أنه يشير إلى الأشياء التي "تتواصل" فيما بينها. وهذا يشمل كل شيء بدءًا من أجهزة الاستشعار البسيطة وصولًا إلى الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء وأجهزة الكمبيوتر، ولكن بالنسبة للأجهزة المتصلة ببعضها البعض.

عندما يتم دمج الأجهزة المتصلة مع البرامج الذكية، كما هو الحال في العديد من الأنظمة الآلية، يصبح من الممكن القيام بأكثر من مجرد جمع المعلومات، بل وأكثر من ذلك بكثير. تحليل التضاريس, ، والتربة، وإنتاج المحاصيل، والشروع في اتخاذ بعض الإجراءات، بما في ذلك التعلم من عملية ما.

يمكن تطبيق إنترنت الأشياء بالتساوي على الأجهزة الموجودة على الشبكات الخاصة المغلقة، لكن مفهوم إنترنت الأشياء يجمع تلك الشبكات معًا، مما يخلق عالمًا أكثر ترابطًا.

تتضمن تقنية إنترنت الأشياء العديد من الأجهزة التي تتيح مراقبة جميع مراحل الإنتاج الزراعي. ويمكن لأجهزة إنترنت الأشياء، المدعومة بأنظمة برمجية، مراقبة العمليات بدءًا من إنتاج الشتلات مرورًا بإدارة المحاصيل (الري، وحماية النبات، وتغذيته) وصولًا إلى مرحلة ما بعد الحصاد.

تتيح هذه الأجهزة وأنظمة البرمجيات ربط الإنتاج الأولي ودمجه بسلاسة في مراحل أخرى من سلسلة القيمة الزراعية - مثل المعالجة، وتجارة الجملة، وتجارة التجزئة، وحتى العميل النهائي.

تتخذ معظم تقنيات إنترنت الأشياء المستخدمة في الإنتاج الزراعي شكل أجهزة استشعار توفر بيانات مهمة حول الوضع الحقيقي في الحقول والبيوت الزجاجية، مما يسمح لنا باتخاذ القرارات المناسبة. مراقبة المحاصيل في أي وقت، أو في سياق الإنتاج الحيواني، حالة الحيوان الفردي.

تقوم هذه المستشعرات بالتقاط أو توليد أنواع مختلفة من البيانات، وهي في الغالب تلتقط المعايير البيئية (رطوبة ودرجة حرارة التربة والهواء، والتوصيل الكهربائي، وهطول الأمطار، وسرعة الرياح واتجاهها، ورطوبة الأوراق، والإشعاع، والعديد من التطبيقات الأخرى الخاصة باحتياجات المزارعين).

ما هي فرص إنترنت الأشياء في الزراعة؟

إن الآثار السلبية المتزايدة لتغير المناخ التي نشهدها في الفترة الأخيرة تعطل الإنتاج الزراعي، مما يستدعي اتخاذ قرارات مستنيرة وكافية في فترة زمنية قصيرة للغاية.

إضافةً إلى ذلك، ومن منظور مختلف تمامًا، يكمن التحدي في الالتزام الصارم بالإطار القانوني وإجراءات حفظ السجلات الصحيحة، حيث يهدر المنتجون الكثير من وقتهم الثمين. وفي هذا السياق، يُمكن لتطبيق تقنيات إنترنت الأشياء في المزارع والعمليات الزراعية أن يُساهم في حل إحدى المشكلات الرئيسية التي تواجه المزارع الحديث.

يمكن لتقنيات إنترنت الأشياء في الزراعة أن تساعد المزارعين في الحصول على معلومات آنية حول ظروف الإنتاج الزراعي. كما يمكنها أن تُسهم في تغذية برامج دعم القرار لتقديم المشورة المناسبة في عمليات اتخاذ القرار.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام جميع البيانات المسجلة لاحقًا كدليل على كل عملية يتم إجراؤها وجميع المدخلات التي يتم تطبيقها، مما يسمح للمزارعين بعدم قضاء وقت إضافي في معالجة الأرقام، الأمر الذي يخفف بشكل كبير من عملية حفظ السجلات.

وعلى وجه التحديد، يمكن لتطبيق إنترنت الأشياء في الزراعة أن يقلل الوقت اللازم للتحقق من الأنشطة الروتينية للمزرعة، ومراقبة العمليات والحالات المحددة، مما يسمح للمزارعين بالتركيز على الأنشطة المهمة مثل الإدارة الاستراتيجية وتحديد موقع المنتجات في السوق.

تتمثل النتيجة النهائية لإنترنت الأشياء في زيادة الإنتاجية المحتملة، وخفض التكاليف في تطبيقات المدخلات، وإمكانية التتبع، وتقليل العمالة.

كيف يعمل إنترنت الأشياء في الزراعة؟

يمكن لتطبيق إنترنت الأشياء في المزارع أن يساعد المزارعين على خفض تكاليفهم من خلال استخدام مدخلات أكثر دقة من حيث الكمية، وذلك فقط من خلال تفسير المعلومات التي يتم إنشاؤها في الحقول.

بفضل بيانات إنترنت الأشياء، يمكن للمزارعين تشغيل نماذج مختلفة للكشف عن الأمراض وانتشار الآفات، مما يؤثر بشكل مباشر على عدد المبيدات المستخدمة وعدد العمليات المنفذة التي ستؤدي في النهاية إلى توفير الوقت وخفض التكاليف وتقليل التأثير على البيئة.

بالإضافة إلى ذلك، من خلال حساب التبخر النتحي بمساعدة بيانات إنترنت الأشياء التي تم إنشاؤها، سيتاح للمزارعين فرصة جدولة أنماط الري في الوقت المناسب مما يسمح لهم بتقليل كمية المياه المستخدمة.

يُعدّ ترشيد استهلاك مياه الريّ أمراً بالغ الأهمية في المناطق التي تعاني من ندرة المياه. إضافةً إلى ذلك، يمكن إدارة البيانات اللازمة لتنفيذ هذه العملية من خلال استخدام العديد من أجهزة استشعار إنترنت الأشياء المذكورة آنفاً.

إلى جانب إنتاج المحاصيل، تُعدّ تقنية إنترنت الأشياء في الزراعة مفيدة للغاية في إدارة الثروة الحيوانية، حيث تتزايد تكاليف تربية الماشية باستمرار. ومؤخراً، يُولى اهتمام كبير في إدارة الثروة الحيوانية لكيفية تعامل المزارعين مع الحيوانات، وتدفع جهات مختلفة المزارعين إلى تبني أساليب أكثر إنسانية في التعامل معها.

يتيح تطبيق إنترنت الأشياء للمزارعين إمكانية تركيب أجهزة استشعار مختلفة على الحيوانات دون التسبب في أي نوع من الإزعاج، مما يتيح لهم مراقبة صحتهم وحالة نشاطهم باستمرار.

تُقاس أنواع عديدة من البيانات عبر إنترنت الأشياء، مثل معدل ضربات قلب الحيوانات، وضغط الدم، ومدة الاجترار، ودرجة حرارة الجسم، وغيرها. إضافةً إلى ذلك، تتوفر في الأسواق أجهزة استشعار تُرسل بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يُعدّ رصد الموقع مفيدًا جدًا للمزارعين الذين يمتلكون مراعي مفتوحة.

إن استخدام جميع أنواع البيانات المذكورة أعلاه يمنح المزارعين الوقت الكافي ليكونوا استباقيين في عملياتهم مما يؤدي إلى زيادة الإنتاجية، وتقليل التأثير السلبي على البيئة، والتخفيف من الآثار السلبية لتغير المناخ.

كيف يمكن استخدام إنترنت الأشياء في الزراعة؟

تتعدد مزايا إنترنت الأشياء في الزراعة، ويعود ذلك أساسًا إلى تطبيقاتها الواسعة النطاق. ولتكوين صورة أشمل عن أهمية إنترنت الأشياء في الزراعة، سنستعرض بعض أنواع تطبيقات إنترنت الأشياء في مختلف مراحل الإنتاج الزراعي:

1. محطات الأرصاد الجوية

تجمع أجهزة الاستشعار المدمجة داخل محطات الأرصاد الجوية البيانات التي توفر قياسات ترسم خرائط الظروف المناخية، وتساعد في اتخاذ القرارات المتعلقة بالمحاصيل، وربما تساعد في تحسين قدرة المحاصيل، مما يؤدي إلى تحقيق أقصى قدر ممكن من الغلة.

من خلال قياس هذه العوامل البيئية، وتوليد البيانات منها، يمكن لإنترنت الأشياء بناء تاريخ دقيق يمكن أن يساعد المزارعين في عمليات صنع القرار، أو وضع خطط قائمة على الاحتمالات، وبالتالي تقليل مخاطر التكاليف والعمليات غير المتوقعة.

2. أتمتة البيوت الزجاجية

لا تُستخدم محطات الأرصاد الجوية فقط لجمع البيانات البيئية الضرورية، ولكن يمكن استخدامها أيضًا لضبط الظروف تلقائيًا في ظروف المناخ المحلي الخاضعة للتحكم، مثل البيوت الزجاجية، لتتوافق مع معايير النمو المحددة.

سواءً كان الاستخدام للزراعة المائية أو زراعة النباتات في ركائز، فإن فوائد البيوت الزجاجية الآلية كبيرة. ويمكن دمج البيانات الفورية التي تحصل عليها أجهزة الاستشعار لإعطاء صورة شاملة عن الظروف داخل البيت الزجاجي.

إذا كانت المعايير المثلى لظروف النمو المثلى معروفة ومحددة، فإنه يمكن تحقيق التعديل التلقائي للبيئة بسهولة.

3. أجهزة إدارة المحاصيل

تتوفر مجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار التي يمكن وضعها في الحقول لجمع معلومات تدعم اتخاذ القرارات، مثل درجة الحرارة، وهطول الأمطار، وصحة المحاصيل، وحالتها الغذائية، وغيرها الكثير. وتُعد هذه الأجهزة عناصر أساسية في الزراعة الدقيقة.

يمكن الحصول على العديد من البيانات القيّمة من خلال قياسات المستشعرات. وعند تخزين هذه البيانات، يتم إنشاء سجل زمني يُغذي برنامج اتخاذ القرار الذي يساعد المزارعين في عمليات اتخاذ القرار.

4. أجهزة إدارة الثروة الحيوانية

يمكن وضع أجهزة الاستشعار، أو حتى تثبيتها، على الحيوانات لتوفير معلومات عن درجة الحرارة والصحة والقيمة الغذائية لكل حيوان على حدة، بالإضافة إلى معلومات شاملة عن القطيع.

بفضل هذا النوع من أجهزة الاستشعار، يعرف المزارع بدقة مكان وجود حيوانات محددة ذات معرّفات فريدة. كما توفر هذه الأجهزة معلومات أخرى مثل آخر مرة أكل فيها حيوان معين، أو نام، أو مشى، وما إلى ذلك.

5. أنظمة إدارة إنتاجية المزارع

هناك العديد من الأنظمة المحتملة التي تراقب وتتحكم في جميع أجهزة الاستشعار المثبتة في الميدان، وتجمعها لتوفير لوحة تحكم تحليلية قوية لوظائف الخدمات اللوجستية والمحاسبة وإعداد التقارير.

من خلال معرفة المدخلات والمخرجات الدقيقة المستخدمة في جميع أنحاء المزرعة، يمكن للمزارعين الحصول على صورة واضحة للمخاطر المحتملة التي قد يواجهونها، ولكن لديهم معلومات متاحة للمساعدة في صياغة الحلول المثلى.