ResumoA inteligência artificial na agricultura moderna em estufas depende principalmente do sistema de operação e manutenção. A inteligência artificial desse sistema está diretamente relacionada à eficiência geral da operação em estufas e representa a modernização da agricultura em estufas, possuindo valor tanto para a popularização quanto para o desenvolvimento aprofundado. Este artigo apresenta a aplicação de um sistema inteligente de operação e manutenção em uma base de agricultura em estufas em Qingdao, analisa seu efeito e avalia o valor de popularização do sistema, de modo a fornecer informações de referência para profissionais da área e expandir o estudo aprofundado de sistemas relacionados, elevando assim o nível técnico e de inteligência artificial da agricultura em estufas.

Palavras-chaveSistema Inteligente de Operação e Manutenção; Agricultura em Instalações; Aplicação

Com o rápido desenvolvimento da China, os métodos tradicionais de produção agrícola têm se mostrado incapazes de atender às demandas da sociedade por qualidade e quantidade de produtos agrícolas. A agricultura moderna em instalações especializadas, caracterizada por alta produtividade, eficiência e qualidade superior, tem se desenvolvido rapidamente nos últimos anos, apresentando um imenso potencial de mercado. No entanto, em comparação com países ou regiões agrícolas desenvolvidas no mundo, o nível tecnológico da agricultura em instalações especializadas na China ainda está significativamente atrasado, particularmente na aplicação de sistemas inteligentes de operação e manutenção baseados em IoT agrícola, como sensores agrícolas e sistemas de computação em nuvem para máquinas, áreas onde a digitalização necessita de melhorias urgentes.

1. Sistema Inteligente de Operação e Manutenção para Agricultura

1.1 Definição do Sistema

O sistema inteligente de operação e manutenção para a agricultura é uma tecnologia emergente que integra profundamente a tecnologia da Internet das Coisas (IoT), a tecnologia de gestão inteligente e diversos processos agrícolas, como plantio, armazenamento, processamento, transporte, rastreabilidade e consumo. Através da integração de "sistema + hardware", o sistema inteligente de operação e manutenção agrícola utiliza as principais tecnologias da Internet das Coisas, como sensoriamento, transmissão, processamento e tecnologias comuns, para solucionar de forma abrangente problemas multiinterativos, como identificação individual de agricultores, consciência situacional, interconexão de equipamentos heterogêneos, processamento de dados heterogêneos de múltiplas fontes, descoberta de conhecimento e apoio à decisão.

1.2 Rota Técnica

Geralmente, a estrutura de um sistema de gestão agrícola é composta principalmente por percepção, rede e plataforma. Com base nisso, as empresas podem expandir camadas lógicas adicionais de acordo com os tipos de cultivo e as necessidades do negócio. A arquitetura do sistema inteligente de operação e manutenção agrícola é mostrada na Figura 1.

Para atender às necessidades de operação e manutenção inteligentes em instalações agrícolas, sensores como sensores de temperatura e umidade, dióxido de carbono, luminosidade, corrente elétrica, fluxo de água, gás natural, pressão, condutividade elétrica e pH podem ser personalizados. Empresas com grande demanda podem pesquisar e desenvolver sensores, além de obter o protocolo de transmissão de dados subjacente para garantir a transmissão e captura estáveis ​​dos dados.

1.3 Significado para o Desenvolvimento

O sistema inteligente de operação e manutenção utiliza tecnologia de sensoriamento inteligente, tecnologia de transmissão de informações e tecnologia de processamento inteligente por meio da Internet das Coisas Agrícola para realizar o monitoramento em tempo real e o controle remoto de todos os elos das atividades agrícolas, promovendo a informatização inteligente da produção agrícola, da gestão e da tomada de decisões estratégicas, e possibilitando a alta eficiência, intensificação, escala e padronização da produção agrícola. Finalmente, será realizada a conexão vertical de todos os elos da produção agrícola e a conexão horizontal de todos os elos de toda a cadeia produtiva agrícola. Cria-se, assim, um ecossistema de economia circular com sistema de tecnologia de plantio, plataforma de inteligência agrícola, segurança alimentar agrícola, plataforma de comércio de produtos agrícolas, novo sistema financeiro da cadeia de suprimentos agrícolas, turismo rural característico e plantio e criação complementares (Figura 2).

 

2.Monitoramento de informações sobre a integração de água e fertilizantes

2.1 Princípio do Sistema

O sistema realiza um feedback negativo para o sistema de água e fertilizantes, detectando o teor de água, a condutividade elétrica (CE), o pH e outros valores da matriz de farelo de coco, o que desempenha um papel importante na orientação precisa da irrigação. De acordo com as características de diferentes cenários de plantio, por meio da análise e pesquisa das características e estrutura da matriz, desenvolve-se um modelo empírico de irrigação com base no tempo de aplicação, bem como um modelo de irrigação com limites superior e inferior para a configuração da quantidade de água na matriz. O sistema integrado de aquisição de informações sobre água e fertilizantes pode controlar o modelo de irrigação, e a otimização e iteração podem ser realizadas continuamente durante o processo de produção, operação e manutenção.

2.2 Composição do Sistema

O sistema consiste em um dispositivo de coleta de entrada de líquido, um dispositivo de coleta de retorno de líquido, um dispositivo de monitoramento em tempo real do substrato e um componente de comunicação. O dispositivo de coleta de entrada de líquido é composto por um sensor de pH, um sensor de condutividade elétrica (CE), uma bomba d'água, um medidor de vazão e outras peças; o dispositivo de coleta de retorno de líquido é composto por um sensor de pressão, um sensor de pH, um sensor de CE e outras peças; o dispositivo de monitoramento em tempo real do substrato é composto por uma bandeja de coleta de retorno de líquido, uma tela de filtro de retorno de líquido, um sensor de pressão, um sensor de pH, um sensor de CE, um sensor de temperatura e umidade e outras peças. O módulo de comunicação inclui dois módulos LoRa, um na sala de controle central e o outro na estufa (Figura 3). Há uma conexão com fio entre o computador e o componente de comunicação localizado na sala de controle central, uma conexão sem fio entre o componente de comunicação localizado na sala de controle central e o componente de comunicação localizado na estufa, e uma conexão com fio entre o componente de comunicação na estufa e o relé, o componente de detecção do substrato e o componente de detecção de retorno de líquido (Figura 4).

2.3 Efeitos da Aplicação

O efeito da irrigação com água e fertilizantes, monitorada por este sistema, é comparado ao de um sistema de irrigação fornecido apenas pelos fornecedores. Em comparação com este último, a irrigação média por planta de tomate com este sistema de monitoramento é reduzida em 8,7% por dia, e o volume de líquido retornado é reduzido em 18%, enquanto o valor de condutividade elétrica (CE) do líquido retornado permanece praticamente o mesmo. Isso demonstra que as plantas utilizam mais solução nutritiva quando este sistema de monitoramento é utilizado para irrigação, de acordo com a lei de absorção de nutrientes pelas plantas. O uso deste sistema de irrigação inteligente pode reduzir a quantidade de água irrigada em 29% e o volume de líquido retornado em 53% em média, em comparação com a irrigação programada empírica (Figuras 5 e 6).

 

3. Sistema de controle ambiental baseado em IoT

Diante da demanda por controle preciso de nós espectrais dinâmicos em larga escala em fábricas de plantas, a tecnologia de fusão da Internet das Coisas (IoT) é introduzida para solucionar os problemas de aquisição de nós heterogêneos em larga escala e controle preciso do ambiente luminoso das plantas. O sistema inteligente de controle de iluminação em fábricas de plantas utiliza luminárias LED inteligentes como suporte e adota a tecnologia de fusão de big data da IoT (WF-IoT) para construir uma rede de terminais descentralizada em larga escala, que suporta aquisição, transmissão e controle de dados. O sistema pode ser agrupado livremente de acordo com as necessidades de produção, e a intensidade luminosa das luminárias pode ser ajustada continuamente em tempo real, de acordo com as diferentes condições de iluminação e necessidades de crescimento das plantas, permitindo o controle preciso da intensidade e quantidade de luz suplementar (Figura 7). Através da rede periférica, a coleta e transmissão dinâmica de dados de sensores, como ambiente e iluminação, podem ser realizadas, e, ao mesmo tempo, o monitoramento online do consumo de energia pode ser feito, permitindo a compreensão em tempo real do consumo de energia da luz suplementar em cada área de cultivo.

O sistema realiza o gerenciamento preciso das plantas através da coleta de dados de controle interno e externo da estufa, e completa o desenvolvimento do produto "modelo de gerenciamento de plantas". Através de sensores de corrente, CO2, gás natural e água, é realizada a coleta de dados de monitoramento do "sistema de energia". Utilizando tecnologia de visão robótica, através de dados como cor da fruta, número de frutos, tamanho do pedúnculo, folhas, caules e outros, todo o processo de crescimento da cultura é monitorado e reconhecido (Figura 8).

4.Valor promocional

O sistema inteligente de operação e manutenção agrícola, utilizando as vantagens da plataforma da Internet Industrial, com um único investimento e múltiplos usos do serviço, e empregando o conceito de compartilhamento da Internet Industrial, promove a construção da Internet das Coisas na agricultura em estufas a baixo custo e alta eficiência, elevando o nível de inteligência e sustentabilidade da agricultura em estufas. Tomando como exemplo um projeto de aplicação do sistema na cidade de Laixi, Qingdao, a taxa de utilização abrangente de fertilizantes pode atingir mais de 90%, o que representa três vezes a taxa do cultivo tradicional em solo. Não há descarte de efluentes de produção em todo o processo, o que economiza 95% de água em comparação com o cultivo em campo aberto e reduz a poluição do solo por fertilizantes. Através da detecção de CO2 em estufas pelo sistema, os fatores ambientais, como temperatura e luminosidade dentro e fora da estufa, são analisados ​​de forma abrangente, e o fornecimento de CO2 é regulado em tempo real, atendendo às necessidades das plantas, evitando desperdícios, fortalecendo efetivamente a fotossíntese das culturas, acelerando o acúmulo de carboidratos, aumentando a produtividade por unidade de área e melhorando a qualidade dos vegetais. O sistema completo de gestão de operação e manutenção permite o funcionamento automático das instalações de controle ambiental da estufa, a operação automática e precisa de equipamentos para todas as condições climáticas, reduzindo o custo de energia em 10% e o custo de operação manual em 60%. Ao mesmo tempo, o sistema pode tomar medidas de proteção, como fechar as janelas imediatamente em caso de intempéries, como ventos fortes, chuva e neve, evitando efetivamente a perda da própria estufa e das culturas nela contidas diante de condições climáticas adversas repentinas.

5.Conclusão

O desenvolvimento moderno da agricultura em instalações automatizadas está intrinsecamente ligado aos benefícios dos sistemas de gestão agrícola inteligente. Somente um sistema de gestão com capacidade de percepção, análise e tomada de decisão mais robusta pode impulsionar a modernização. Os sistemas de gestão agrícola inteligente reduzem significativamente as deficiências da gestão manual e promovem a informatização da produção agrícola, da gestão e da tomada de decisões estratégicas. Com o aumento da quantidade de dados e o enriquecimento contínuo dos cenários de uso do sistema, seu modelo de dados precisa ser constantemente atualizado e aprimorado com base em mais informações, tornando-se mais inteligente e elevando o nível de inteligência da agricultura moderna em instalações automatizadas.

FIM

[informações de citação]

Autor original: Sha Bifeng, Zhang Zheng, et al. Tecnologia de Engenharia Agrícola em Horticultura de Estufa, 19 de abril de 2024, 10h47, Pequim.