ملیحه شریف خواه - روزنامه اطلاعات| بحران آب در شرایط کنونی خشکسالی های پی در پی ، اقلیم خشک ایران و افزایش مصرف آب و صرفه جویی نامناسب آن در بخش کشاورزی ، کاهش ذخایر آبهای سطحی و از میان رفتن سفره های زیر زمینی آب و به دنبال آن فرونشست زمین بر اثر برداشت های بی رویه در مناطق گسترده ای از کشور، به یکی از مسایل بسیار مهم پیش رو بدل شده است .
یکی از مهمترین دلایل مصرف بیش از اندازه آب ، توزیع نامناسب این نعمت خدادادی در بخش های گوناگون و از جمله بخش کشاورزی است که پیامد های بسیاری در زمینه حفظ منابع آبی را به دنبال داشته است از این رو هوشمند سازی شبکه توزیع آب به عنوان ابزاری نوین از طریق اتوماسیون و خودکار سازی سیستم در مدیریت توزیع آب کشاورزی می تواند روشی مؤثر برای کاهش اتلاف و هدر رفت آب باشد و در کنار آن به افزایش بازدهی انرژی ، بهبود کیفیت آب و بالا بردن بازده شبکه های آبرسانی کمک می کند.
مدیر دپارتمان کامپیوتر جهاد دانشگاهی قزوین با اشاره به نقش هوش مصنوعی در پیش‌بینی نیاز آبی گیاهان می گوید: در شرایطی که بحران آب به یکی از جدی‌ترین چالش‌های کشاورزی بدل شده است، هوش مصنوعی می‌تواند با پیش‌بینی دقیق نیاز آبی گیاهان به کشاورزان کمک کند تا منابع محدود آب را درست مدیریت کنند.
محسن مردانی می افزاید: امروزه به کمک فناوری هوش مصنوعی می‌توانیم بسیار دقیق‌تر بفهمیم که گیاهان در چه زمانی به چه مقدار آب نیاز دارند و مدل‌های یادگیری ماشین با بهره‌گیری از داده‌های گوناگون مانند نوع محصول، بافت و رطوبت خاک، دما، رطوبت هوا، بارش باران و حتی سرعت باد، نیازهای کشاورزی و آبی گیاهان و تبخیرو تعرق گیاهان را با دقت بسیار بالاتری نسبت به روش‌های سنتی پیش‌بینی می‌کنند و این یعنی اگر در منطقه‌ای ایستگاه هواشناسی مجهز نداریم، باز هم می‌توانیم با داده‌های ماهواره‌ای مثلERA۵نیازهای آبی کشاورزی را تخمین بزنیم.
آبیاری هوشمند با الگوریتم‌های یادگیری تقویتی
مردانی در مورد الگوریتم‌های یادگیری ماشین در بهینه‌سازی زمان و مقدار آبیاری به کشاورزان توضیح می‌دهد: الگوریتم‌های یادگیری تقویتی در هوش مصنوعی مثل یک مغز یادگیرنده عمل می‌کنند. آن‌ها با داده‌های واقعی خاک و رشد گیاهان آموزش می‌بینند و تصمیم می‌گیرند که چه زمانی و چه مقدار آبیاری انجام شود. در چند مزرعه آزمایشی که این روش اجرا شده در برخی موارد مصرف آب تا ۳۰درصد کاهش پیدا کرده است، بدون اینکه محصول کاهش پیدا کند.
وی با اشاره به کاربردهای پردازش تصاویر ماهواره‌ای یا پهپادی در ارزیابی سلامت گیاهان و مدیریت مصرف آب یادآور می‌شود: استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و پهپادی در برخی پروژه‌ها و مزارع بزرگ کشور در حال اجراست. با تصاویر ماهواره‌ای یا پهپادی و به کمک پردازش تصاویر می‌توانیم وضعیت سلامت گیاهان را ببینیم. روش‌های متنوعی در این حوزه قابل دسترس است. مثلاً شاخص‌هایی مثلNDVI (شاخص نرمال‌شده تفاوت پوشش گیاهی) یا بررسی وضعیت گیاهان با استفاده از دمای برگ‌ها به ما می‌گویند که کدام بخش مزرعه تحت چه شرایطی است، بعد می‌توان آبیاری متغیر را اجرا کرد، یعنی فقط همان قسمت‌هایی آب دریافت کنند که نیاز دارند. سازمان جهانی کشاورزی(فائو) هم سامانه‌ای به نامWaPOR دارد که این داده‌ها را برای کشورها فراهم می‌کند و به راحتی قابل دسترس است.
مهندس کامپیوتر و هوش مصنوعی جهاد دانشگاهی قزوین در مورد میزان تشخیص و تأثیر نشت و هدررفت آب در شبکه‌های آبیاری، به وسیله هوش مصنوعی می‌گوید: در شبکه‌های آبیاری سنتی، هدررفت آب بسیار زیاد است، در حالی که با هوش مصنوعی می‌توانیم فشار و دبی آب را به‌صورت لحظه‌ای رصد کنیم و هرجا الگوی غیرعادی دیده شد، هشدار بدهیم. همچنین می‌توان با نصب سنسورهای شبکه‌ای، کیفیت آب را در مسیر انتقال به‌صورت مستمر پایش کرد، تا تغییراتی مانند ورود آلودگی‌ها به آب شناسایی و برطرف شود.
مردانی به چالش‌های پیش روی کشاورزان خرد و سنتی در دسترسی به ابزار هوش مصنوعی اشاره می‌کند و می‌افزاید: یکی از مشکلات جدی در این حوزه، ترویج این تکنولوژی و فرهنگ‌سازی استفاده از آن از سوی دستگاه‌های ذی‌ربط است. اگرچه اقدامات خوبی برای هوشمندسازی کشاورزی بخصوص در ابعاد بزرگ صورت گرفته، اما هنوز در بسیاری از نقاط کشور این فناوری به‌کارگرفته نشده است.
نخستین مزرعه نوآوری کشاورزی هوشمند
بابک ناصحی، طراح و مجری نخستین مزرعه نوآوری کشاورزی هوشمند ، می‌گوید: این مزرعه بر اساس تکنولوژی اینترنت اشیاIOT و هوش مصنوعی طراحی شده است که برای استفاده بهینه از آب و افزایش راندمان مورد استفاده قرار می گیرد.
وی می افزاید: سیستم به وسیله یک سرور کنترل می شود و زمانی که فرمان آبیاری به وسیله سایت هواشناسی در بهترین موقعیت کنترل از لحاظ باد ، رطوبت و موارد مورد نیاز گیاه به دستگاه داده می شود؛ اجازه بهره‌برداری از سیستم صادر می گردد.
وی با ابراز امیدواری برای نصب سیستم هوش مصنوعی بر روی تمامی طرح های آبیاری کشاورزی ادامه می دهد: کل سیستم به صورت آنلاین از دور قابل پایش است و هر گونه تغییر در سیستم و از جمله ترکیدگی لوله یا فشار آب به صورت خودکارفرما، به اپراتور اطلاع داده می شود.
ناصحی در مورد نحوه استفاده از سیستم هوش مصنوعی در مزارع کشاورزی توضیح می دهد: این سیستم هوش مصنوعی ، قابلیت نصب بر روی تمامی سیستم های آبیاری تحت فشار و از جمله کلاسیک ثابت ، تیپ ، لینیر و سنتر و تبدیل شدن بر روی سیستم های آبیاری عادی را دارد .
مدیر عامل مزرعه کشاورزی هوشمند می گوید: ایده ایجاد اولین دیسپاچینگ آب کشاورزی در قزوین تصویب شده است و عملیات اجرایی آن را با توجه به فوریت موضوع، با هزینه شخصی انجام داده ام.
ناصحی می افزاید: بر اساس سیستم مرکز دیسپاچینگ، تحویل آب به مشترک به صورت آنلاین در تمامی ایستگاه ها مشخص و از طریق پیامک به مشترک اطلاع رسانی می شود .
وی یادآور می شود: از قابلیت های سیستم رصد آنلاین در مرکز دیسپاچینگ و بدون احتیاج به هیچ نیروی فیزیکی است که در این مجموعه وضعیت دریافت آب کشاورزی و همه پارامتر های قابل کنترل بر روی چاه‌ها از طریق دوربین های نصب شده به صورت ۲۴ساعته به وسیله هوش مصنوعی کنترل می شود.
ناصحی توضیح می دهد: سیستم دیسپچینگ توزیع آب کشاورزی که ۲ سال از اجرا و بهره برداری موفق آن می‌گذرد که فقط راهکار برای اجرای الگوی کشت و تحویل حجمی آب به کشاورزان است، اما هر چند اجرای این پروژه در هیات وزیران تصویب شده و دستور اجرای آن در استان قزوین از طرف دکتر نیازی معاون وزیر جهاد کشاورزی صادر شده است اما به نظر می‌رسد که در زیر مجموعه وزارت جهاد کشاورزی اراده ای برای تحقق این برنامه مهم وجود ندارد.
وی اظهار امیدواری می کند که با اجرای این پروژه در استان قزوین، زمینه افزایش راندمان آب و جلوگیری از تخلفات احتمالی در حوزه توزیع نا عادلانه آب بخش کشاورزی فراهم شود.
محدودیت منابع آبی برای کشاورزان
قربانعلی اینانلو، کشاورز بویین زهرایی با اشاره به محدود شدن منابع آبی و انتقاد از عدم توزیع عادلانه سهم آب در مزارع کشاورزی می گوید: مدیریت منابع آب ، زهکشی اراضی کشاورزی و توزیع عادلانه آب بخش کشاورزی باید از ۱۵سال گذشته انجام می شد و با توجه به شرایط کنونی خشکسالی، ارائه برنامه های کوتاه و میان مدت تاثیر چندانی در مدیریت منابع موجود ندارد.
وی ادامه می‌دهد: کشاورزان در مدیریت منابع آب ، مقصر نیستند، بلکه زهکشی اراضی کشاورزی در دشت بویین زهرا برای جلوگیری از هدر رفت آب در مسیر چاه تا مزرعه باید در سال‌های گذشته انجام می شد.
وی می افزاید : در مزرعه‌ام چغندر قند ، گندم و جو می کاشتم، اما امسال به دلیل محدودیت منابع آبی ۴هکتار از ۸هکتار مزرعه کشاورزی خود را کشت نکردم و با توجه به نداشتن صرفه اقتصادی در شغل کشاورزی، تصمیم به فروش مزرعه‌ام گرفته ام.
ملیحه شریف خواه - روزنامه اطلاعات| بحران آب در شرایط کنونی خشکسالی های پی در پی ، اقلیم خشک ایران و افزایش مصرف آب و صرفه جویی نامناسب آن در بخش کشاورزی ، کاهش ذخایر آبهای سطحی و از میان رفتن سفره های زیر زمینی آب و به دنبال آن فرونشست زمین بر اثر برداشت های بی رویه در مناطق گسترده ای از کشور، به یکی از مسایل بسیار مهم پیش رو بدل شده است .
یکی از مهمترین دلایل مصرف بیش از اندازه آب ، توزیع نامناسب این نعمت خدادادی در بخش های گوناگون و از جمله بخش کشاورزی است که پیامد های بسیاری در زمینه حفظ منابع آبی را به دنبال داشته است از این رو هوشمند سازی شبکه توزیع آب به عنوان ابزاری نوین از طریق اتوماسیون و خودکار سازی سیستم در مدیریت توزیع آب کشاورزی می تواند روشی مؤثر برای کاهش اتلاف و هدر رفت آب باشد و در کنار آن به افزایش بازدهی انرژی ، بهبود کیفیت آب و بالا بردن بازده شبکه های آبرسانی کمک می کند.
مدیر دپارتمان کامپیوتر جهاد دانشگاهی قزوین با اشاره به نقش هوش مصنوعی در پیش‌بینی نیاز آبی گیاهان می گوید: در شرایطی که بحران آب به یکی از جدی‌ترین چالش‌های کشاورزی بدل شده است، هوش مصنوعی می‌تواند با پیش‌بینی دقیق نیاز آبی گیاهان به کشاورزان کمک کند تا منابع محدود آب را درست مدیریت کنند.
محسن مردانی می افزاید: امروزه به کمک فناوری هوش مصنوعی می‌توانیم بسیار دقیق‌تر بفهمیم که گیاهان در چه زمانی به چه مقدار آب نیاز دارند و مدل‌های یادگیری ماشین با بهره‌گیری از داده‌های گوناگون مانند نوع محصول، بافت و رطوبت خاک، دما، رطوبت هوا، بارش باران و حتی سرعت باد، نیازهای کشاورزی و آبی گیاهان و تبخیرو تعرق گیاهان را با دقت بسیار بالاتری نسبت به روش‌های سنتی پیش‌بینی می‌کنند و این یعنی اگر در منطقه‌ای ایستگاه هواشناسی مجهز نداریم، باز هم می‌توانیم با داده‌های ماهواره‌ای مثلERA۵نیازهای آبی کشاورزی را تخمین بزنیم.
آبیاری هوشمند با الگوریتم‌های یادگیری تقویتی
مردانی در مورد الگوریتم‌های یادگیری ماشین در بهینه‌سازی زمان و مقدار آبیاری به کشاورزان توضیح می‌دهد: الگوریتم‌های یادگیری تقویتی در هوش مصنوعی مثل یک مغز یادگیرنده عمل می‌کنند. آن‌ها با داده‌های واقعی خاک و رشد گیاهان آموزش می‌بینند و تصمیم می‌گیرند که چه زمانی و چه مقدار آبیاری انجام شود. در چند مزرعه آزمایشی که این روش اجرا شده در برخی موارد مصرف آب تا ۳۰درصد کاهش پیدا کرده است، بدون اینکه محصول کاهش پیدا کند.
وی با اشاره به کاربردهای پردازش تصاویر ماهواره‌ای یا پهپادی در ارزیابی سلامت گیاهان و مدیریت مصرف آب یادآور می‌شود: استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و پهپادی در برخی پروژه‌ها و مزارع بزرگ کشور در حال اجراست. با تصاویر ماهواره‌ای یا پهپادی و به کمک پردازش تصاویر می‌توانیم وضعیت سلامت گیاهان را ببینیم. روش‌های متنوعی در این حوزه قابل دسترس است. مثلاً شاخص‌هایی مثلNDVI (شاخص نرمال‌شده تفاوت پوشش گیاهی) یا بررسی وضعیت گیاهان با استفاده از دمای برگ‌ها به ما می‌گویند که کدام بخش مزرعه تحت چه شرایطی است، بعد می‌توان آبیاری متغیر را اجرا کرد، یعنی فقط همان قسمت‌هایی آب دریافت کنند که نیاز دارند. سازمان جهانی کشاورزی(فائو) هم سامانه‌ای به نامWaPOR دارد که این داده‌ها را برای کشورها فراهم می‌کند و به راحتی قابل دسترس است.
مهندس کامپیوتر و هوش مصنوعی جهاد دانشگاهی قزوین در مورد میزان تشخیص و تأثیر نشت و هدررفت آب در شبکه‌های آبیاری، به وسیله هوش مصنوعی می‌گوید: در شبکه‌های آبیاری سنتی، هدررفت آب بسیار زیاد است، در حالی که با هوش مصنوعی می‌توانیم فشار و دبی آب را به‌صورت لحظه‌ای رصد کنیم و هرجا الگوی غیرعادی دیده شد، هشدار بدهیم. همچنین می‌توان با نصب سنسورهای شبکه‌ای، کیفیت آب را در مسیر انتقال به‌صورت مستمر پایش کرد، تا تغییراتی مانند ورود آلودگی‌ها به آب شناسایی و برطرف شود.
مردانی به چالش‌های پیش روی کشاورزان خرد و سنتی در دسترسی به ابزار هوش مصنوعی اشاره می‌کند و می‌افزاید: یکی از مشکلات جدی در این حوزه، ترویج این تکنولوژی و فرهنگ‌سازی استفاده از آن از سوی دستگاه‌های ذی‌ربط است. اگرچه اقدامات خوبی برای هوشمندسازی کشاورزی بخصوص در ابعاد بزرگ صورت گرفته، اما هنوز در بسیاری از نقاط کشور این فناوری به‌کارگرفته نشده است.
نخستین مزرعه نوآوری کشاورزی هوشمند
بابک ناصحی، طراح و مجری نخستین مزرعه نوآوری کشاورزی هوشمند ، می‌گوید: این مزرعه بر اساس تکنولوژی اینترنت اشیاIOT و هوش مصنوعی طراحی شده است که برای استفاده بهینه از آب و افزایش راندمان مورد استفاده قرار می گیرد.
وی می افزاید: سیستم به وسیله یک سرور کنترل می شود و زمانی که فرمان آبیاری به وسیله سایت هواشناسی در بهترین موقعیت کنترل از لحاظ باد ، رطوبت و موارد مورد نیاز گیاه به دستگاه داده می شود؛ اجازه بهره‌برداری از سیستم صادر می گردد.
وی با ابراز امیدواری برای نصب سیستم هوش مصنوعی بر روی تمامی طرح های آبیاری کشاورزی ادامه می دهد: کل سیستم به صورت آنلاین از دور قابل پایش است و هر گونه تغییر در سیستم و از جمله ترکیدگی لوله یا فشار آب به صورت خودکارفرما، به اپراتور اطلاع داده می شود.
ناصحی در مورد نحوه استفاده از سیستم هوش مصنوعی در مزارع کشاورزی توضیح می دهد: این سیستم هوش مصنوعی ، قابلیت نصب بر روی تمامی سیستم های آبیاری تحت فشار و از جمله کلاسیک ثابت ، تیپ ، لینیر و سنتر و تبدیل شدن بر روی سیستم های آبیاری عادی را دارد .
مدیر عامل مزرعه کشاورزی هوشمند می گوید: ایده ایجاد اولین دیسپاچینگ آب کشاورزی در قزوین تصویب شده است و عملیات اجرایی آن را با توجه به فوریت موضوع، با هزینه شخصی انجام داده ام.
ناصحی می افزاید: بر اساس سیستم مرکز دیسپاچینگ، تحویل آب به مشترک به صورت آنلاین در تمامی ایستگاه ها مشخص و از طریق پیامک به مشترک اطلاع رسانی می شود .
وی یادآور می شود: از قابلیت های سیستم رصد آنلاین در مرکز دیسپاچینگ و بدون احتیاج به هیچ نیروی فیزیکی است که در این مجموعه وضعیت دریافت آب کشاورزی و همه پارامتر های قابل کنترل بر روی چاه‌ها از طریق دوربین های نصب شده به صورت ۲۴ساعته به وسیله هوش مصنوعی کنترل می شود.
ناصحی توضیح می دهد: سیستم دیسپچینگ توزیع آب کشاورزی که ۲ سال از اجرا و بهره برداری موفق آن می‌گذرد که فقط راهکار برای اجرای الگوی کشت و تحویل حجمی آب به کشاورزان است، اما هر چند اجرای این پروژه در هیات وزیران تصویب شده و دستور اجرای آن در استان قزوین از طرف دکتر نیازی معاون وزیر جهاد کشاورزی صادر شده است اما به نظر می‌رسد که در زیر مجموعه وزارت جهاد کشاورزی اراده ای برای تحقق این برنامه مهم وجود ندارد.
وی اظهار امیدواری می کند که با اجرای این پروژه در استان قزوین، زمینه افزایش راندمان آب و جلوگیری از تخلفات احتمالی در حوزه توزیع نا عادلانه آب بخش کشاورزی فراهم شود.
محدودیت منابع آبی برای کشاورزان
قربانعلی اینانلو، کشاورز بویین زهرایی با اشاره به محدود شدن منابع آبی و انتقاد از عدم توزیع عادلانه سهم آب در مزارع کشاورزی می گوید: مدیریت منابع آب ، زهکشی اراضی کشاورزی و توزیع عادلانه آب بخش کشاورزی باید از ۱۵سال گذشته انجام می شد و با توجه به شرایط کنونی خشکسالی، ارائه برنامه های کوتاه و میان مدت تاثیر چندانی در مدیریت منابع موجود ندارد.
وی ادامه می‌دهد: کشاورزان در مدیریت منابع آب ، مقصر نیستند، بلکه زهکشی اراضی کشاورزی در دشت بویین زهرا برای جلوگیری از هدر رفت آب در مسیر چاه تا مزرعه باید در سال‌های گذشته انجام می شد.
وی می افزاید : در مزرعه‌ام چغندر قند ، گندم و جو می کاشتم، اما امسال به دلیل محدودیت منابع آبی ۴هکتار از ۸هکتار مزرعه کشاورزی خود را کشت نکردم و با توجه به نداشتن صرفه اقتصادی در شغل کشاورزی، تصمیم به فروش مزرعه‌ام گرفته ام.