La aplicación Intelligent Green House (GH) se ha implementado para mejorar la gestión del cultivo agrícola y, por lo tanto, monitorear la agricultura de precisión en varios entornos. Este estudio intenta presentar una breve encuesta sobre el área de investigación actual y anterior de una manera fácil y compacta. Los objetivos de este estudio son caracterizar una visión general de la investigación actual y anterior, identificar las claras lagunas de investigación. Se han implementado varios sistemas de monitoreo agrícola, particularmente el crecimiento del sistema de monitoreo y control remoto de agricultura de precisión en aplicaciones y servicios de GH, incluido el medio ambiente, distribución de agua, condición climática, mitigación de gas, monitoreo de temperatura y humedad. Debido a las soluciones limitadas de la investigación anterior, además, el monitoreo de GH aún no es capaz de gestionar el crecimiento agrícola en sistemas de control total. Este estudio exploró cómo se ha aplicado un monitoreo basado en el cultivo agrícola en GH para varios entornos. También revisó las características de GH consideradas en cada sistema para definir la brecha de investigación. El estudio da una previsibilidad de la adopción de la agricultura en GH y posibles deficiencias en las técnicas de transición y sus beneficios asociados. Además, se revisaron las estrategias de monitoreo remoto para cada técnica de evolución. El resultado muestra un creciente interés en la aplicación de GH en el monitoreo remoto basado en KSA, principalmente en la tendencia común hacia el surgimiento de GH designado y su utilización en estrategias agrícolas de precisión. Este estudio exploró cómo se ha aplicado un monitoreo basado en el cultivo agrícola en GH para varios entornos. También revisó las características de GH consideradas en cada sistema para definir la brecha de investigación. El estudio da una previsibilidad de la adopción de la agricultura en GH y posibles deficiencias en las técnicas de transición y sus beneficios asociados. Además, se revisaron las estrategias de monitoreo remoto para cada técnica de evolución. El resultado muestra un creciente interés en la aplicación de GH en el monitoreo remoto basado en KSA, principalmente en la tendencia común hacia el surgimiento de GH designado y su utilización en estrategias agrícolas de precisión. Este estudio exploró cómo se ha aplicado un monitoreo basado en el cultivo agrícola en GH para varios entornos. También revisó las características de GH consideradas en cada sistema para definir la brecha de investigación. El estudio da una previsibilidad de la adopción de la agricultura en GH y posibles deficiencias en las técnicas de transición y sus beneficios asociados. Además, se revisaron las estrategias de monitoreo remoto para cada técnica de evolución. El resultado muestra un creciente interés en la aplicación de GH en el monitoreo remoto basado en KSA, principalmente en la tendencia común hacia el surgimiento de GH designado y su utilización en estrategias agrícolas de precisión. El estudio da una previsibilidad de la adopción de la agricultura en GH y posibles deficiencias en las técnicas de transición y sus beneficios asociados. Además, se revisaron las estrategias de monitoreo remoto para cada técnica de evolución. El resultado muestra un creciente interés en la aplicación de GH en el monitoreo remoto basado en KSA, principalmente en la tendencia común hacia el surgimiento de GH designado y su utilización en estrategias agrícolas de precisión. El estudio da una previsibilidad de la adopción de la agricultura en GH y posibles deficiencias en las técnicas de transición y sus beneficios asociados. Además, se revisaron las estrategias de monitoreo remoto para cada técnica de evolución. El resultado muestra un creciente interés en la aplicación de GH en el monitoreo remoto basado en KSA, principalmente en la tendencia común hacia el surgimiento de GH designado y su utilización en estrategias agrícolas de precisión.
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Anwar Ibrahim, Rizwan Muhammad, Mohammed Alshitawi, Abdulaziz Alharbi y Abdulrahman Almarshoud, 2015. Monitoreo remoto basado en aplicaciones de invernadero inteligente para estrategias agrícolas de precisión: una encuesta. Revista de Ciencias Aplicadas, 15: 947-952.
DOI: 10.3923 / jas.2015.947.952
URL: https://scialert.net/abstract/?doi=jas.2015.947.952
Recibido: 26 de marzo de 2015; Aprobado: 26 de mayo de 2015; Publicado: 25 de julio de 2015
INTRODUCCIÓN
La agricultura es uno de los factores importantes para la sostenibilidad y el desarrollo del crecimiento económico de un país. Para tener una práctica agrícola exitosa, se requiere crear un equilibrio entre diferentes parámetros, como los tipos de semillas, la naturaleza del suelo, la cantidad de agua, el tipo de fertilizante y pesticidas y, lo más importante, las condiciones ambientales. Arabia Saudita con sus condiciones ambientales predominantes de la demanda agrícola está aumentando debido a su población en aumento junto con una grave amenaza a los recursos naturales, requiere una exploración e implementación de tecnologías agrícolas innovadoras ( SAMIRAD., 2005 ; FAO., 2009). La agricultura en invernadero se caracteriza por un alto uso de energía, eficiencia en el uso del agua en la producción de cultivos y ambientes especiales ( El-Obeidy, 2008 ). Exigencias sofisticadas para mejorar la productividad del cultivo en invernadero sobre la calidad del proceso de producción que requiere un control preciso del clima, manejo del riego, agricultura de precisión y fertilización. La mayoría de las tecnologías de invernaderos en Arabia Saudita están aplicando los conceptos de agricultura de precisión para una alta precisión en la distribución del agua de la planta de riego.
Por qué la aplicación de invernadero : Un invernadero en el Reino de Arabia Saudita es un edificio producido a partir de vidrios en el que se cultivan plantas con técnicas avanzadas para aumentar la producción local de frutas y verduras, así como la implementación del sistema de cultivo y riego actual. La tecnología se construye para mejorar el impacto de la agricultura en el cambio de las fuentes de ingresos y el crecimiento de la base de producción. Una revisión de la investigación existente en agricultura y agua regula el consumo para simplificar las operaciones en el contexto de la condición independiente de manera significativa ( Al-Zahrani y Baig, 2011). La División de Agricultura en KSA enfrenta numerosos impedimentos, la proyección más conocida son la falta de experiencia técnica, escasez de agua, tipos de suelo y problemas de comercialización; plagas y enfermedades y precios bajos de los productos ( Al-Zeir, 2009 ; Shalaby et al ., 2010 ).
Trabajo relacionado: En la era actual se considera que el crecimiento de la agricultura tiene una influencia directa en el crecimiento económico de cualquier país, ya que por un lado la agricultura proporciona la base de ingresos por la producción de alimentos y materias primas, mientras que por otro lado genera empleo. oportunidades a gran escala. Por tanto, se puede afirmar que el crecimiento agrícola se puede atribuir como un paso importante en la transformación de una economía de una economía convencional a una avanzada.
La KSA, que cubre el 80% de la Península Arábiga, no se considera ideal para la agricultura debido a sus duras condiciones climáticas junto con las regiones áridas ( Royal Embassy of Saudi Arabia-USA., 2010b ; Royal Embassy of Saudi Arabia-UK., 2010a ). Según la embajada real, en el primer plan de desarrollo se ha prestado una atención considerable al desarrollo de la infraestructura para la agricultura sostenible en el reino ( OMS., 2007). La población tradicionalmente rural, que en su mayoría son beduinos (nómadas), se vio obligada a criar su ganado practicando la agricultura a pequeña escala en las zonas rurales. Sin embargo, con el fin de mantener el crecimiento agrícola y mejorar las condiciones de vida de sus habitantes, en el Reino se han iniciado muchos programas durante los últimos años ( Al-Shayaa et al ., 2012 ). En esta etapa se están poniendo esfuerzos por un lado para facilitar a los agricultores el ejercicio de una agricultura sostenible y por otro lado promoviendo el concepto de preservación de los recursos naturales del Reino.
El sistema agrícola se compone de una interacción compuesta entre suelo, semillas, agua, fertilizantes y pesticidas, etc. También se puede observar una disminución en el rendimiento de los cultivos debido a la degradación de los recursos que ocurre cuando los recursos agrícolas se explotan de manera no científica para superar la demanda cada vez mayor de un país debido a su creciente población. Por lo tanto, la optimización de la utilidad de los recursos es indispensable para la sostenibilidad de la agricultura, que solo es posible con una mejor gestión y control del sistema agrícola. Además, las condiciones ambientales también juegan un papel vital en un sistema agrícola viable. Además, el sistema agrícola es una tarea compleja debido a su dependencia inherente de parámetros variables espaciales y temporales. Por ejemplo, en algunas áreas ni siquiera se ha observado un aumento, pero se ha observado una disminución en el rendimiento de diferentes cultivos,El-Obeidy, 2008 ). Esto puede deberse al uso de métodos manuales convencionales de recopilación de datos que son propensos a irregularidades debido a la acusación de datos erróneos de los factores deseados. Estas irregularidades en las técnicas de medición y procesamiento de datos influyen directamente en el control ambiental que afecta el rendimiento del cultivo. En Arabia Saudita, el 97% del agua para la agricultura proviene de depósitos de agua subterránea como fósiles, acuíferos profundos como se muestra en la Fig. 1c . Como se informó, estos reservorios se están agotando tan rápido que dentro de 25 años ya no estarán disponibles. Por ejemplo, desde 1992 hasta 2006, la tasa de extracción de agua ha aumentado en un 40%, de la cual el 88% se utiliza solo para la agricultura ( Figura 1a ) y la mayor parte (> 90%) de esta agua se extrae de los recursos hídricos subterráneos (Fig. 1b ) ( Encuesta AQUASTAT, 2008 ).
Figura 1 (ac): Captación de agua por (a) Sector (b) Por fuente sobre un total de 23666 km 3 en 2006 y (c) Fuente principal de agua de riego en 2000 ( Encuesta AQUASTAT, 2008 )
Además de las condiciones climáticas, se informa que la productividad agrícola está en función de la degradación espacial y los cambios temporales, lo que lo convierte en un sistema integrado complejo ( Shah y Das, 2012 ). Esto requiere el mejor uso posible de los recursos para administrar y controlar el sistema agrícola.
Las tecnologías emergentes durante los últimos años han agregado un nuevo nivel de sofisticación para abordar los problemas y desafíos relacionados con la agricultura ( Oxford Business Group, 2010 ). La agricultura de precisión es uno de esos cambios revolucionarios, que es un nuevo enfoque para aumentar el rendimiento de los cultivos mediante la gestión de los recursos de manera adecuada. La clave de su éxito es la acusación de datos en tiempo real de los parámetros de campo relacionados con el medio ambiente, como la condición del suelo, el nivel del agua, la necesidad de fertilizantes y los parámetros ambientales como la humedad y la temperatura ( Chavan y Karande, 2014 ). Es un sistema que puede proporcionar medios para la agricultura sostenible, especialmente para los entornos, que no son muy hostiles para la agricultura.
En el enfoque convencional, las mediciones de los factores ambientales de la agricultura las realizan personas que toman datos manualmente en varios momentos. Por otro lado, los desarrollos recientes en las técnicas de automatización y registro de datos permiten la reducción de la pérdida de datos y hacen posible la acusación de datos no tripulados de situaciones críticas de peligro. Estos sistemas automatizados aseguran tiempos de respuesta rápidos, que aseguran un mejor control de calidad con la ventaja aditiva de reducción en el costo laboral ( Luiz et al ., 2011 ). Junto a este reciente desarrollo en sensores inteligentes y medios de comunicación entre ellos desde una red distribuida y conceptos de teledetección hace posible medir diferentes parámetros de interés de forma remota y en tiempo real ( Kim et al.., 2008 ; Haefke et al ., 2011 ). Por lo tanto, los últimos descubrimientos de la ciencia y la tecnología deben utilizarse en el campo de la agricultura para aumentar la productividad, el alto rendimiento y el crecimiento. Junto con esto, existe la necesidad de un sistema inteligente, que garantice la seguridad y el control total de los parámetros agrícolas en el campo sin la necesidad de presencia personal.
En Arabia Saudita, las técnicas de riego se utilizan en el sector agrícola, que se puede dividir en 3 esquemas principales a gran, mediana y pequeña escala en función de las superficies agrícolas, como se muestra en la Figura 2b . Por lo general, las granjas a gran escala son propiedad de empresas gubernamentales o privadas, mientras que las granjas medianas son propiedad de granjas privadas y existían pequeñas granjas antes del auge del desarrollo agrícola en la década de 1970 ( Encuesta AQUASTAT, 2008 ).
Motivación y aportes: El objetivo de este estudio es incrementar la productividad del cultivo en invernadero aplicando los conceptos de agricultura de precisión. En segundo lugar, involucrar a la comunidad urbana en las actividades agrícolas sin perturbar su vida urbana, especialmente el cultivo en invernadero y la agricultura a pequeña escala. Entonces, para atraer a esta comunidad con el concepto de agricultura de precisión es necesario desarrollar un sistema, con el cual, el agricultor urbano pueda monitorear y controlar los diferentes parámetros del sistema de agricultura de precisión, mientras permanece en sus oficinas. También permitirá asegurar un uso eficiente de los recursos del Reino. Por ejemplo, la adquisición de datos de temperatura y humedad del suelo en tiempo real puede orientar sobre la cantidad de agua necesaria en el futuro, por lo tanto, una gestión de los recursos en el tiempo puede mejorar el rendimiento del cultivo.Aziz et al ., 2010 ). Esto involucrará a la comunidad urbana con la agricultura debido a la facilidad en el manejo de sus tierras agrícolas y también mejorará la productividad del invernadero mediante un control inalámbrico, manual o automático adecuado ( Mendez et al ., 2011 ). Por otro lado, el registro de datos de estos parámetros a lo largo del tiempo y el tipo de cultivo ayudará a crear un banco de datos a nivel nacional para la investigación científica en diferentes campos de la agricultura, como el efecto de los parámetros ambientales en el rendimiento del cultivo, la gestión del agua , los requisitos de fertilizantes y el efecto de temporadas, etc. Por último, los objetivos secundarios incluyen recursos humanosdesarrollo y aumento de la conciencia sobre los conceptos de agricultura de precisión y su uso en invernadero para los agricultores locales y la industria agrícola. También brindará una oportunidad para que ingenieros graduados e investigadores asociados de diferentes campos se unan para resolver problemas en el campo de la agricultura ( Alkolibi, 2002 ). Estos ingenieros tienen una gran demanda en la industria agrícola. Este proyecto es una iniciativa interdisciplinaria entre los departamentos de electricidad, electrónica, mecánica y agricultura y mantendrá a la facultad en contacto con los problemas que enfrenta la industria agrícola, especialmente relacionados con las técnicas de cultivo en invernadero.
Brecha de investigación: El estudio existente proporcionó percepciones importantes sobre la aplicabilidad de los métodos de monitoreo del crecimiento agrícola para investigar las condiciones ambientales y su efecto en los invernaderos ( Al-Subaiee et al ., 2005 ).
Figura 2 (ab): (a) Técnicas de riego en 1992 y (b) Tipo de sistemas de riego ( Encuesta AQUASTAT, 2008 )
Tabla 1: Limitación de la investigación y probabilidad de trabajo de extensión
Sin embargo, a pesar de estos crecientes esfuerzos y contribución, todavía falta la nueva tecnología para controlar completamente el proceso de los entornos agrícolas para hacer sensores y el desarrollo de la infraestructura de edificios de monitoreo automático de GH. La Tabla 1 , abordó un mapeo sistemático sobre la limitación del estudio anterior y muestra la probabilidad de extensión laboral para cada contribución. Se identificaron varias estrategias para mejorar aún más las tecnologías en el monitoreo del crecimiento agrícola ( Al-Hamzi, 1997). Además, contar la capacidad de la observación del crecimiento agrícola en GH para secuestrar la productividad de los cultivos agrícolas verdes es fundamental y es necesario mejorar la productividad como medio para moderar la adopción de invernaderos para la tecnología comercial. Esta tecnología propuesta tiene importantes inversiones (privadas y públicas) en agricultura y diversifica las fuentes de la economía nacional en el Reino de Arabia Saudita. Este proyecto propuesto es una combinación de muchas direcciones estratégicas proporcionadas por KASCST, KSA, tales como tecnologías de programación de riego y técnicas de eficiencia en el uso del agua en la producción de cultivos, técnicas hidropónicas, aumento de la producción mediante la mejora de tecnologías de invernadero y mejores prácticas de gestión agrícola para controlar el medio ambiente. de tecnología de agricultura de precisión. La solución propuesta para la brecha de investigación es diseñar e implementar un sistema de control inalámbrico a través de PLC / microprocesador para controlar diferentes actuadores para agricultura de precisión. La integración del software de supervisión también propuso administrar los datos detectados de cualquier práctica agrícola en la mayoría de los climas y administrar la unidad de control utilizando un entorno amigable para el usuario de teléfonos inteligentes / Internet para proporcionar valores comparativos específicos de acuerdo con la detección y el diagnóstico.
Solución propuesta: Este sistema será capaz de registrar y procesar datos para la futura gestión de recursos. En la segunda fase del proyecto, la productividad de un invernadero equipado seleccionado se comparará a lo largo del tiempo con un invernadero no equipado para un grupo de cultivos seleccionados para crear una base de datos de la productividad del cultivo y el efecto de las variables de control para mejorar la aplicación de AP en el invernadero. cultivos en Arabia Saudita. La tercera fase comprende brindar capacitación y conciencia pública a los agricultores locales y la comunidad en la región de Qassim sobre la tecnología de AP y el uso de monitoreo y control remotos para mejorar sus productos agrícolas y mejorar sus medios de vida.
El proyecto atenderá la gama de ingresos de los agricultores de bajo a alto nivel en el Reino mediante la implementación de técnicas de AP en un entorno de invernadero para mejorar la productividad de los invernaderos mediante la supervisión y el control remotos a un precio asequible. El objetivo secundario de este estudio es construir un sistema que pueda involucrar a la comunidad urbana con el campo del cultivo / agricultura de invernadero con un mínimo esfuerzo como segunda profesión o pasatiempo. Por lo tanto, junto con la investigación en curso en el campo de las medidas de productividad de los invernaderos y el desarrollo de técnicas de medición y procesamiento, la primera fase del proyecto se ocupará del monitoreo remoto de los parámetros ambientales mediante el uso de una red de sensores distribuidos, ya sea mediante el uso de Global System for Mobile (GSM ) Sistema basado en SMS o técnica de comunicación basada en Zig-Bee y un desarrollo desistema de control adaptativo (Haefke et al ., 2011). Este sistema propuesto también controlará el sistema de riego, el control de plagas, el control de la nutrición, etc., con el uso de un sistema inalámbrico basado en PLC / microcontrolador.
Como parte de la estrategia, tomar medidas y controlar parámetros y administrar una base de datos es una parte y crear conciencia a través de capacitaciones y talleres es la otra parte. Se necesita una estrategia doble para lograr este objetivo. La estrategia de transición tecnológica se muestra en la Fig.3 .
Fig. 3: Marco propuesto
CONCLUSIÓN
Se identificaron un total de 22 proyectos de investigación que cumplieron con los criterios de cerramiento relacionados con el proyecto propuesto. La información detallada fue identificada y posibilitando su total inclusión para definir el análisis de brechas según su limitación y la probabilidad de extensión laboral. Este proyecto es una iniciativa interdisciplinaria entre los departamentos de electricidad, electrónica, mecánica y agricultura y mantendrá a la facultad en contacto con los problemas que enfrenta la industria agrícola, especialmente relacionados con las técnicas de cultivo en invernadero. De acuerdo con la brecha de investigación, hay muchos factores y situaciones que pueden afectar la agricultura y sus resultados y estos están representados en el marco propuesto. La incorporación de estos factores en el proceso que se muestra en el marco simplificaría las intervenciones que mejoraron la nutrición,