استفاده از روشی نوآورانه برای برآورد آب مورد نیاز گیاهان

«طراحی سامانه آبیاری هوشمند مبتنی بر منطق فازی و اطلاعات دورسنجی ماهواره با قابلیت بهینه‌سازی مصرف انرژی» طرح پژوهشی است که با حمایت بنیاد علم ایران انجام شده است.

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری، «طراحی سامانه آبیاری هوشمند مبتنی بر منطق فازی و اطلاعات دورسنجی ماهواره با قابلیت بهینه‌سازی مصرف انرژی» عنوان طرح پسادکتری‌ امیرعباس برادران است که با راهنمایی محمدصالح تواضعی عضو هیئت‌علمی گروه برق دانشگاه صنعتی شریف و حمایت بنیاد ملی علم ایران انجام داده است.

برادران با مدرک دکتری مهندسی کامپیوتر - معماری سیستم‌های کامپیوتری از دانشگاه شهید بهشتی درباره این طرح توضیح داد: یکی از عوامل مهم در تأمین نیاز آبی گیاهان، آگاهی از میزان آب مورد نیاز گیاه است که می‌تواند به عواملی نظیر تبخیر-تعرق گیاه، میزان آب‌شویی زمین، میزان نشست عمقی و نفوذ آب در خاک، نوع پوشش یا تراکم گیاه و نوع خاک بستگی داشته باشد.

وی افزود: تجهیزات سخت‌افزاری مانند سنسورهای تشخیص رطوبت هوا، دما، نمناکی خاک و مواردی از این قبیل، فقط قادر به تشخیص یا پایش شرایط آب‌وهوایی هستند و با توجه به اقلیم‌های مختلف در کشور ایران، استفاده از این تجهیزات نمی‌تواند میزان دقیق آب مورد نیاز گیاه را تشخیص دهد. به‌عبارت دیگر، علاوه‌بر اطلاعات آب‌وهوایی جهت محاسبه میزان آب مصرفی، نیاز به پایش رشدونمو گیاهان و تشخیص نوع خاک مزرعه نیز، وجود دارد که تجهیزات مبتنی بر سنسور قادر به انجام این کار نیستند.

این محقق و پژوهشگر در ادامه بیان کرد: از طرف دیگر، استفاده مداوم از تجهیزات مبتنی بر سنسور باعث افزایش مصرف انرژی و کاهش طول عمر آن‌ها خواهد شد که با برنامه‌ریزی و طراحی سیستم آبیاری هوشمند مبتنی بر اطلاعات دورسنجی ماهواره می‌توان از بار اجرایی این تجهیزات کم کرد.

وی تأکید کرد: بهترین روش برای تشخیص پوشش گیاهی حتی به صورت روزانه، ماهانه یا فصلی، استفاده از امکانات دورسنجی ماهواره است. با کمک اطلاعات ماهواره و محاسبه شاخص‌های مورد نیاز می‌توان تخمین دقیقی از میزان پوشش گیاه، آب و نوع خاک مزرعه بدست آورد. همچنین برای جلوگیری از حضور انسان در فرایند آبیاری و بازه‌های دقیق تشخیص آبیاری زمین، استفاده از یک سیستم هوشمند می‌تواند مفید باشد.

وی ادامه داد: درواقع زمان‌بندی آبیاری توسط سیستم هوشمند می‌تواند بر اساس اطلاعات دریافتی ماهواره باشد و در روزهایی که انرژی لازم خورشیدی وجود دارد، از بار اجرایی تجهیزات مبتنی بر سنسور کم کرد و از این طریق هزینه‌های کشاورزی و آبیاری را برای کشاورزان تا حد قابل توجهی کاهش داد.

این پژوهشگر تصریح کرد: با توجه به هدررفت بیش از 56 درصد آب در بخش کشاورزی، بالا بودن قیمت و هزینه‌های جانبی تجهیزات سخت‌افزاری و نیز تحقق اقتصاد مقاومتی در کشور و مدیریت بهینه منابع آبی، در این طرح یک سیستم هوشمند مبتنی بر منطق فازی و پایش اطلاعات ماهواره برای مدیریت منابع آبی در حوزه کشاورزی ارائه می‌شود. سیستم هوشمند آبیاری ارائه شده می‌تواند هزینه‌های آبیاری را در مقایسه با نمونه‌های مشابه داخلی و خارجی، تا حد قابل قبولی کاهش دهد و در زمان پیک آبیاری، به‌ویژه در روزهای تابستانی، باتوجه به پوشش گیاهی مزرعه، مناسب‌ترین مقدار آب مورد نیاز را برای زمین یا گیاه، بدون استفاده از تجهیزات مبتنی بر سنسور، ارائه کند.

برادران افزود: علاوه‌بر این، با توجه به اهمیت مدیریت منابع انرژی، سامانه موردنظر این قابلیت را دارد تا با استفاده از یک کنترلر فازی، آب مورد نیاز مزرعه که توسط پایش دورسنجی اطلاعات ماهواره یا اطلاعات سنسور محاسبه شده است را در صورت نیاز وصل یا در صورت عدم نیاز، قطع کند.

وی تأکید کرد: همان طور که می‌دانید با توجه به اینکه کشور ایران در قسمت نیمه‌خشک دنیا قرار گرفته است، آب و مدیریت منابع آبی اهمیت زیادی دارد. از آنجایی‌که آب‌های شیرین، زمین‌های کشاورزی و خاک‌های حاصلخیز، ناکافی و محدود هستند و نیروی کار، منابع انرژی، مواد و کودهای شیمیایی هر روز گران‌تر می‌شوند، بنابراین لازم است برای بهبود بهره‌برداری و افزایش بهره‌وری آبیاری زمین‌های کشاورزی، روش‌های مناسب به‌کار گرفته شوند تا با مدیریت منابع و مصرف کمترین مقدار آب، به بازده اقتصادی بهینه دست پیدا کنیم.

این پژوهشگران ادامه داد: هوشمندسازی و خودکارسازی سامانه‌های آبیاری برای رسیدن به این اهداف، به ما کمک می‌کند. به همین دلیل در این تحقیق به دنبال تشخیص پوشش گیاهی مزرعه با استفاده از اطلاعات دورسنجی ماهواره و برآورد دقیق آب مورد نیاز زمین با توجه به پوشش گیاهی مزرعه، دمای هوا، میزان تراکم گیاه، بدون نیاز به امکانات سخت‌افزاری نظیر سنسور بودیم.

برادران در پایان خاطرنشان کرد: در این تحقیق به برآورد دقیق تبخیر-تعرق گیاه و تأمین نیاز آبی گیاه با توجه به میزان آب از دست داده شده توسط گیاه و تأمین رطوبت مورد نیاز خاک برای رشد گیاه نیز دست پیدا کردیم که به حذف خطای انسانی و کاهش نیاز به نیروی انسانی نیز منجر می‌شود.