کشاورزی هوشمند عبارت است از توسعه کشاورزی با بکارگیری اطلاعات و فناوری نوین در بخش کشاورزی که می تواند منجر به انقلاب سبز سوم شود. در واقع در کشاورزی هوشمند می توان از راه حل های ارائه شده به کمک فناوری اطلاعات و ارتباطات مانند تجهیزات دقیق، اینترنت از اشیا، حسگرها، سیستم های موقعیت یاب زمینی، هوش مصنوعی، پهباد (هواپیماهای بدون سرنشین)، رباتیک و .... استفاده کرد.

کشاورزی هوشمند دارای پتانسیل واقعی برای تولید محصولات با کیفیت بالا و پایدارتر بر اساس رویکردی دقیق و منابع کارامد است.

کشاورزان در سراسر جهان به دنبال راه حل هایی برای به حداکثر رساندن بازده تولید محصولات کشاورزی می باشند. سنجش از دور، سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) ممکن است از فناوری های مورد نیاز کشاورزان برای به حداکثر رساندن مزایای اقتصادی و زیست محیطی در کشاورزی دقیق را فراهم آورند. با این حال بسیاری از کشاورزان مهارت لازم برای استفاده موثر از این فناوری ها را در اختیار ندارند.

از زمان انقلاب صنعتی روش های کشاورزی به سمت افزایش انرژی ورودی، در قالب مکانیزایسون و افزایش مواد شیمیایی و کودهای ورودی حرکت کرد. به هر حال این موضوع منجر به اثرات منفی زیست محیطی مانند شوری و کاهش باروری و تراکم خاک، فرسایش خاک و آلودگی آب می شود. کشاورزی دقیق به معنی کاهش این ورودی ها و آوردن فعالیت های کشاورزی به سمت پایداری بیشتر با محیط زیست می باشد.

با ترکیب فناوری های سنجش از دور هوایی و ماهواره ای، سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) می توان متغیرهای مزرعه را اندازه گیری نمود و با تنظیم متناسب با مقیاس مزرعه در ورودی های زمین های کشاورزی مانند مواد شیمیایی و کودها، صرفه جویی در هزینه و زمان و انرژی و در نهایت کاهش مشکلات محیط زیست را منجر شد.

کاربردهای سنجش از دور در کشاورزی دقیق

اگرچه استفاده از ماهواره ها برای تهیه نقشه های زمین های کشاورزی از سال 1970 آغاز شد اما کشاورزی دقیق از اواسط 1980 به اجرا در آمد. اما سنجش از دور به عنوان یک جز اصلی در کشاورزی دقیق مورد استفاده واقع نشد تا اینکه در سال 1990 برای اولین باز ار تصاویر ماهواره لندست برای تجزیه و تحلیل الگوهای فضایی مواد آلی خاک مورد استفاده قرار گرفت. از آن زمان برنامه کاربردی سنجش از دور در کشاورزی دقیق شکل گرفت. بنابراین فناوری ماهواره ای، طراحی سنسورها، پیچیدگی GIS و قدرت محاسباتی به سرعت در کشاورزی دقیق پیشرفت نمود. این امر منجر به افزیش مداوم قدرت تفکیک مکانی، زمانی و رادیومتری تصاویر شد که می تواند منجر به کاربردهای جدیدی از سنجش از دور در کشاورزی دقیق شود.

در حال حاضر تصاویر ماهواره ای (چند طیفی و ابرطیفی) و همچنین سنجش از دور زمینی در حال ترکیب برای بهبود کشاورزی دقیق می باشند.

داده های چند طیفی ماهواره ای در کشاورزی دقیق

تصاویر از راه دور اولیه از ماهواره ها قدرت تفکیک زمانی، مکانی و رادیومتری بزرگی داشتند بنابراین برای شناسایی گستره ای از اراضی کشاورزی و کاربری اراضی نسبت به شناساسس خواص خاک برای افزایش تولیدات محصولات کشاورزی مناسب تر بودند.

برای تعیین مقدار متغیر مورد نیاز به عنوان ورودی در اراضی کشاورزی مانند کود شیمیایی باید تصاویر ماهواره ای قدرت تفکیک مکانی، زمانی و رادیومتری لازم را داشته باشند تا بتوان با استفاده از برنامه های کاربردی نرخ متغیر را تععین نمود. به طور مثال برای تععین نرخ متغیر کود نیاز به تصاویر ماهواره ای با قدرت تفکیک مکانی 10 5 متر و برای تععین نرخ متغیر علف کش برای کنترل علف های هرز باید قدرت تفکیک مکانی تصاویر ماهواره ای 1- 5/0 متر باشد.

این نشان می دهد که برای اجرای برنامه های کاربردی با حساسیت بالا مانند تعیین میزان علف کش مورد نیاز برای کنترل علف های هرز نیاز به فناوری سنجش از دور در سطح پیشرفته با جزئیات بالا می باشد.

علاوه بر این سنجش از دور با قدرت تفکیک بالا بسیار گران قیمت بوده و فقط می توان در سطح مزارع بزرگ از این فناوری استفاده نمود.

اشکال مختلفی از تجزیه و تحلیل تصاویر ماهواره ای وجود دارد. یکی از رایج ترین شاخص ها شامل اختلاف پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI) می باشد که با استفاده از باندهای قرمز و مادون قرمز بر روی جذب تابش کلروفیل می باشد این آنالیزهای می تواند برای تعیین مقدار ورودی ها مانند کود و آب استفاده شود. همچنین برای برآورد میزان محصول سالیانه که می تواند در سیاست گذاری در مسائل مربوط به امنیت غذایی و توسعه پایدار استفاده شود.

با استفاده از اطلاعات بدست آمده از ماهواره ها نسبت به اطلاعات بدست آمده از حسگرهای زمینی می توان به تجزیه و تحلیل مناطق بسیار بزرگ تر با سرعت بالا و کارامد انجام شود.

امروزه در بحث کشاورزی دقیق بسیاری از پژوهش ها در زمینه استفاده از سنسورها و ابزارهای جدیدی که بتواند شناسایی از راه دور را برای خصوصیات خاک و محصول را در زمان شبه واقعی انجام دهد متمرکز شده است.

در حالی که قدرت تفکیک مکانی ماهواره هایی مانند IKONOS و Quiickbird به تازگی بهبود یافته است اما هنوز نگرانی در خصوص مشکلات اندازه گیری های مکرر در طول چرخه محصول وجود دارد.

یک راه حل در زمینه دستیابی به کشاورزی هوشمند، استفاده از فناوری سنجش از دور هوایی با قدرت تفکیک مکانی بسیار بالا (فاصله چند سانتی متری) و انتخاب زمان بندی لازم برای دریافت اطلاعات از سطح اراضی کشاورزی می باشد. در بحث استفاده از تصاویر ماهواره ای مشکلاتی مانند فرکانس ناقص یا اختلال بدلیل پوشش ابری قابل تامل است. با این حال برخی از محدودیت ها در زمینه سنجش از دور هوایی وجود دارد که می توان به هزینه عملیاتی بالا که منجر می شود این طرح فقط در اراضی با سطح وسیع سودآوری داشته باشد و همچنین عدم انعظاف پذیری زمان بندی مورد نیاز برای دریافت اطلاعات بدلیل برنامه های پرواز اشاره کرد.

اشکال رایج سیستم سنجش از دور شامل ماهواره، هواپیما، بالن، هلیکوپتر و انواع سنسورها مانند سنسور مادون قرمز نزدیک، نوری و رادار می باشد. اطلاعات بدست آمده از تصاویر سنجش از دور با استفاده از سنسورهای اندازه گیری بیوماس، شاخص سطح برگ (LAI)، بیماری ها، استرس آب و ... می باشد که در نهایت می نتواند برای مدیریت محصول، پیش بینی عملکرد سالیانه و حفاظت محیط زیست موثر واقع شود.

به طور کلی برنامه های کاربردی با استفاده از سنجش از دور شامل پایش خصوصیات خاک، نقشه برداری، طبقه بندی گونه های زراعی، مدیریت آفات محصولات کشاورزی، تشخیص استرس آبی گیاه، تجزیه و تحلیل محتوای شیمیایی برگ و نظارت بر کنترل علف های هرز می باشد.

بسیاری از گونه های زراعی با استفاده از فناوری سنجش از دور پایش شده است مانند پنبه، ذرت، کلزا، گندم و ....

برای تهیه نقشه های تغییرات در اراضی کشاورزی از عکس هوایی استفاده شده است اما در اکثر مطالعات از تصاویر هوابرد یا ماهواره ای چند طیفی یا ابر طیفی استفاده شده است.

تا بحال عمدتا از محدوده باند مرئی تصاویر ماهواره ای در کشاورزی دقیق استفاده شده اما مطالعات اخیر نشان داده است که رادار روزنه مصنوعی (SAR) برای تهیه نقشه نوع محصول، ارزیابی شرایط، تهیه نقشه پس ماندهای زراعی، خاک کشت، برآورد رطوبت خاک، پیش بینی عملکرد محصول و مدیریت منطقه موثر است. محدودیت استفاده از تصاویر SAR در کشاورزی بدلیل هزینه، زمان بندی و تفسیر داده ها می باشد.

اکثر مدل های برآورد رشد محصول و عملکرد سالیانه نیازمند داشتن شاخص سطح برگ (LAI) می باشند. شاخص سطح برگ یک پارامتر اساسی است که می تواند با پیوند با اطلاعات سنجش از دور چند طیفی برای اندازه گیری های رشد محصول و شرایط بیولوژیکی آن مورد استفاده واقع شود.

از دیگر اندازه گیری های انجام شده با استفاده از فناوری سنجش از دور می توان به خصوصیات خاک سطحی، استرس آبی، مقدار نیتروژن، پوشش گیاهی، ارتفاع محصول، عملکرد سالیانه، زیست توده، مقدار علف های هرز و نوع محصول اشاره کرد. همچنین این داده ها برای پایش سایر پارامترهای بیولوژیکی مانند مقدار کلروفیل برگ یا غلظت نیتروژن برگ در طول زمان استفاده شده است.

بسیاری از پارامترهای فوق الذکر با استفاده از شاخص های گیاهی که از داده های سنجش از دور استخراج می شود قابل تعیین است.

#کشاورزی_دقیق_سنجش_از_دور