تعاون GeoPard وجامعة كورنيل CAST وNMSP في مجال الزراعة القائمة على البيانات

تعاون موقع اختبار وعرض الأنظمة الزراعية في جامعة كورنيل (CAST) لمزرعة المستقبل وبرنامج إدارة المغذيات في جامعة كورنيل (NMSP) مع منصة الزراعة الدقيقة GeoPard Agriculture لتحويل بيانات المحصول الخام إلى توصيات زراعية قابلة للتنفيذ.

يُعدّ مشروع CAST، وهو عبارة عن مجموعة من ثلاث مزارع حقيقية في ولاية نيويورك، بمثابة منصة تجريبية لتقنيات "مزرعة المستقبل"، حيث يُسهم في تطوير حلول قائمة على البيانات لإنتاج المحاصيل والألبان. ويُجري فريق NMSP أبحاثًا، ويُسهّل نقل التكنولوجيا والمعرفة، ويُساعد في تطبيق استراتيجيات فعّالة لإدارة مغذيات المحاصيل الحقلية في المزارع، بهدف تعزيز استدامة المزارع في جميع أنحاء ولاية نيويورك.

تعمل GeoPard مع CAST و NMSP لتطوير معالجة البيانات إلى أدوات زراعية رقمية محسنة - مزيج من العلوم والتكنولوجيا والتجارب التي يقودها المزارعون والتي تجسد مستقبل الزراعة الدقيقة.

كلية العلوم والتكنولوجيا التطبيقية بجامعة كورنيل وبرنامج العلوم الطبيعية الوطنية

يُعدّ مركز CAST جزءًا من مبادرة "مزرعة المستقبل" التابعة للمعهد الوطني للأغذية والزراعة بوزارة الزراعة الأمريكية، ويعمل تحت إشراف معهد كورنيل للزراعة الرقمية. يجمع المركز ثلاث مزارع تجارية (محاصيل وألبان) ضمن منظومة بحث وتطوير موحدة. وتتمثل مهمته في اختبار وتطبيق تقنيات الزراعة الدقيقة المتكاملة (من الروبوتات إلى تحليلات البيانات) في ظروف زراعية حقيقية.

بالتوازي مع ذلك، يركز برنامج إدارة المغذيات (NMSP)، بقيادة الدكتورة كويرين كيتيرينغز، على البحوث التطبيقية في مجال التربة والمحاصيل والإرشاد الزراعي. يقوم فريق البرنامج بتقييم استخدام المغذيات وتقلبات المحصول في المزارع؛ فعلى سبيل المثال، كان البرنامج رائدًا في ابتكار "مناطق استقرار المحصول"، حيث يجمع بيانات المحصول لثلاث سنوات أو أكثر لرسم خرائط للمناطق ذات المحصول المرتفع والمنخفض باستمرار مقابل المناطق المتغيرة.

تساعد خرائط مناطق الاستقرار هذه (مع المناطق Q1-Q4 لتحقيق اتساق في الإنتاجية العالية/المنخفضة) وتصميمات التجارب الجديدة مثل نهج التقييم المكاني أحادي الشريط (SSEA) المزارعين على اختبار ما إذا كانت تغييرات الإدارة تؤتي ثمارها من خلال البحث في المزرعة، بالنظر إلى التباين المعروف داخل الحقل.

منصة GeoPard الزراعية

توفر منصة GeoPard Agriculture محرك تحليلات سحابي يُعالج جميع بيانات المزارع الجغرافية المكانية. وكما تُعرّفها GeoPard، فإن منصتها "مركز تحليلات سحابي محايد وقوي للزراعة الدقيقة"، قادر على التعامل مع بيانات متعددة الطبقات ومتعددة السنوات. عمليًا، تستقبل GeoPard ملفات مراقبة المحاصيل، وخرائط التربة، وصور الأقمار الصناعية، وغيرها، لإنتاج خرائط وتوصيات جاهزة للاستخدام. تشمل الميزات الرئيسية إنشاء مناطق إدارة متعددة السنوات وخرائط توصيات معدل التسميد المتغير (VRA)، وتحليلات تفصيلية لبيانات المحاصيل، وأدوات مراقبة المحاصيل.

على سبيل المثال، يمكن لبرنامج GeoPard تنظيف ومعايرة بيانات إنتاجية الحصادات الخام، بل وإنشاء خرائط إنتاجية اصطناعية (تقدير الإنتاجية من بيانات الأقمار الصناعية/الطائرات المسيّرة) لسدّ الثغرات في البيانات التاريخية المفقودة. كما تدعم المنصة تحليل بيانات التضاريس والتربة، والتصوير ثلاثي الأبعاد للحقول، ومقارنة البيانات المطبقة، وغير ذلك.

• تحديد منطقة الإدارة ورسم خرائط VRA: يستخدم برنامج GeoPard طبقات المحصول/التربة لتحديد مناطق الحقل وإنشاء خرائط وصفية لتطبيق المدخلات بدقة.
• معالجة بيانات الإنتاج: يقوم النظام بتنفيذ التنظيف والمعايرة الآلية لسجلات إنتاج الحصادات، ويمكنه إنشاء خرائط إنتاج اصطناعية من بيانات متعددة السنوات وبيانات الاستشعار عن بعد.
• مراقبة المحاصيل والحقول: تساعد الأدوات القائمة على الأقمار الصناعية وتحليلات المؤشرات المتعددة في اكتشاف الاتجاهات المكانية في أداء المحاصيل والعوامل المحددة من سنة إلى أخرى.

البحوث التعاونية والتجارب الميدانية

في هذا التعاون، يقوم كل من CAST و NMSP باستكشاف منصة GeoPard Agriculture لمعالجة بيانات مراقبة إنتاجية الذرة الخام والحبوب وتحويلها إلى خرائط إنتاجية نظيفة ومناطق استقرار الإنتاج، وتقييم دقة توليد بيانات الإنتاج الاصطناعية.

تستخدم كويرين كيتيرينغز وفريقها في برنامج شراكة علوم الأرض في نيو مكسيكو (NMSP) بيانات من حقول مشروع CAST لتقييم وتحسين دقة خوارزميات GeoPard في رسم خرائط الإنتاجية، بالإضافة إلى تحديد الإنتاجية الاصطناعية لتقييمات الحقول الكاملة وللتجارب. وبالتعاون مع GeoPard، يقوم فريق كيتيرينغز بتقييم جودة البيانات والبروتوكولات لإنشاء خرائط مناطق استقرار الإنتاجية للحقول التي تتوفر بياناتها على مدى سنوات متعددة.

صورة من تصوير مادلين هانسكوم/NMSP

يهدف هذا التعاون إلى تحليل كلٍ من التجارب البحثية التقليدية في المزارع، وتجارب منهجية التقييم المكاني أحادي الشريط (SSEA) المطورة حديثًا، والتي تستفيد من معرفة تباين المحصول داخل الحقل. وتشمل الجوانب الرئيسية لهذا التعاون ما يلي:

1. تكامل البيانات: تتم معالجة بيانات الحصاد والدقة الخاصة بـ CAST في GeoPard، مما يحول الملفات الخام إلى خرائط إنتاجية مرجعية جغرافية وطبقات أداء.
2. التحقق من صحة الخوارزمية: يتم اختبار خوارزميات رسم خرائط المحاصيل والعوائد الاصطناعية الخاصة بـ GeoPard مقابل بيانات التجارب الصارمة التي أجرتها CAST/NMSP في المزارع، مما يؤدي إلى تحسين التكنولوجيا بناءً على القياسات الحقيقية.
3. التحليل المكاني: يقوم الفريق بإنشاء خرائط مناطق استقرار المحصول من بيانات سنوات متعددة، ويقيّم مدى جودة نماذج GeoPard في التقاط أنماط الحقول الحقيقية.
4. تصميم تجريبي مبتكر: تستخدم الأساليب الجديدة مثل SSEA أنماط المحصول داخل الحقل لمقارنة المعالجات بكفاءة، مدعومة بالتحليل المكاني لـ GeoPard.

من خلال التعاون، تضمن جامعة كورنيل وشركة GeoPard أن تكون مخرجات المنصة مستندة إلى واقع المزارع. ورغم أن GeoPard تستخدم نماذج متقدمة (بما في ذلك تقدير المحصول باستخدام الأقمار الصناعية)، فإن التحقق من صحة البيانات في مزارع كورنيل الغنية بالمعلومات يجعل توصياتها أكثر موثوقية. هذا التكامل بين العلم والتكنولوجيا والممارسة الميدانية الفعلية يخلق حلقة تغذية راجعة: يستفيد المزارعون والباحثون على حد سواء من أدوات الزراعة الدقيقة الأكثر موثوقية.

الأثر العملي: نحو زراعة دقيقة مستدامة

الهدف النهائي هو تحويل نتائج الأبحاث الميدانية إلى إرشادات عملية للمزارعين. يتيح رصد المحاصيل ورسم خرائطها للمزارعين رؤية واضحة للتفاوتات داخل الحقل، مما يسمح باتخاذ إجراءات محددة بدلاً من المعالجات الشاملة. في الواقع، تُظهر الدراسات أن رسم خرائط المحاصيل بشكل منتظم يساعد المزارعين على "تحديد مناطق الحقل ذات الأداء الجيد وتلك التي تحتاج إلى تحسين، مما يساعدهم على تخطيط إجراءات أكثر دقة".

على سبيل المثال، قد يستخدم المزارع خرائط GeoPard لتطبيق الأسمدة فقط في المناطق التي يكون فيها إنتاج المحاصيل أقل من المتوسط، أو لتبني ممارسات الحفاظ على الموارد في المناطق ذات الإنتاجية المنخفضة باستمرار. ومن خلال توفير بيانات مُنقّحة، وخرائط تحليل استقرار المحصول، ومعايير مرجعية اصطناعية، تدعم شراكة كورنيل-GeoPard اتخاذ قرارات فعّالة من حيث التكلفة وصديقة للبيئة.