بخشی از مقاله
چکیده
امروزه نیاز بشر به مواد غذایی بیشتر شده است. کشاورزان با ایجاد یک محیط مصنوعی ، میتوانند کشت محصول باکیفیتی را درهر شرایطی داشته باشند. با پیشرفت تکنولوژی و محدودیتهای کشت، گلخانهها نیز پیشرفت کردند و عملیات گلخانه بوسیله کامپیوتر انجام شد و کمکم دستگاهها هوشمند شدند به طوری که عملیات گلخانه بوسیله کامپیوتری هوشمند با حداقل دخالت انسان انجام گرفت. در این مقاله مروری خواهیم داشت بر گلخانههای هوشمند و به مزایا و معایب آنها می پردازیم و راه حلی ارائه خواهیم داد که گلخانه از داده و اطلاعات کنونی خود، دانشی برای اداره و کنترل بهتر گلخانه در آینده کسب کند .
.1 مقدمه
افزایش جمعیت نیاز بشر به مواد غذایی را بیشتر میکند. با پیشرفت تکنولوژی نیازها و انتظارهای آنها نیز بیشتر میشود و زندگی راحت حق آنها میباشد. امروزه همه دوست دارند در هر شرایطی تمام خواستههایشان برآورده شود. بنابراین نیاز بشر به مواد غذایی زمان و مکان را نمیشناسد و این عاملی برای ایجاد گلخانهها در هر شرایطی شد. وجود گلخانهها باعث شد که بتوانیم برخی مواد غذایی که درگذشته مختص فصل یا مکان خاصی بود را اینک، در همه فصل و در هرجایی در دسترس داشته باشیم.
پیشرفت تکنولوژی انسانها را به این فکر فروبرد که حتی عملیات کشت در گلخانه را به صورت کامپیوتری انجام دهند تا بیماریهای انسانی و محصولی کاهش پیداکند. مهمترین علت ایجاد گلخانهها، ایجاد محصولی با کیفیت ایدهال در همه شرایط و با بیشترین سوددهی میباشد.انجام اتوماتیک تجهیزات گلخانه باعث ورود بحث هوشمندی به درون گلخانههای سنتی شد. اما هوشمندی به نحوی که مانند انسان دانشی را کسب کند و تجربه حاصل کند بحثیست که در این مقاله به آن میپردازیم.
منظور از محصول در این مقاله گلها، گیاهان، میوهها، سبزیجات و صیفیجات می باشد.
.2 تاریخچه
در گذشته کشت با مشکلاتی مواجه بوده است و همه محصولات در هر زمان و مکانی در دسترس نبودند.اولین گلخانه 30 سال بعد از میلاد مسیح در روم بوجود آمد. داستان از آنجایی شروع میشود که امپراطور روم، تیبریوس به بیماری دچار می- شود و پزشکان سلطنتی برای درمان بیماریش به او پیشنهاد میدهند که هر روز خیار بخورد. بنابر این تصمیم گرفتند که گلخانهای برای کشت خیار فراهم کنند تا پادشاه در همه فصول خیار در دسترس داشته باشد
کشورهای مصر، چین، یونان و ایتالیا از جمله کشورهایی بودند که اولین گلخانه را بوجود آوردند. ایجاد گلخانههای کنترل شده به سال [2,6,7]1970 و ادغام مهندسی و مهندسی کشاورزی برای ایجاد گلخانه های ماهر و خبره به سال 1998 در یونان بر میگردد
با پیشرفت تکنولوژی و فناوری، محققان تصمیم گرفتند که گلخانهها را با سیستم کامپیوتری کنترل کنند. به گونهای که اطلاعات شرایط گلخانه از طریق حسگرها دریافت میشد و سپس کشاورز با توجه به دادهها و واسط کاربر اقدامهای لازم را انجام میداد. دادهها وارد کامپیوتر میشدند و کشاورز محرکهای گلخانه را دستکاری می کرد. در حقیقت کامیپوتر مانند یک راهنما بود که تا حدودی راه را برای کشاورز روشن میکرد.
اما محققان باز هم ساکت ننشستند و به فکر راهی بودند که گلخانه کاملا توسط کامپیوتر مدیریت شود و کشاورز دیگر دخالت چندانی در کنترل گلخانه نداشته باشد. از این رو آنها کامپیوتر هوشمندی را خلق کردند که خود به تنهایی بدون نیاز به اپراتور تصمیمهای لازم را اتخاذ میکرد و بهترین تصمیم را عملی میکرد. در این وضعیت کشاورز دیگر با گلخانه کاری نداشت و خود کامپیوتر یک موجود هوشمند بود.
سان - - Sun,1992 درمورد سیستمهای کنترلکننده شرایط محیطی گلخانه تحقیقاتی را به انجام رساند.[15] لیپوف - - Lipov,1992 یک سیستم کنترل کامپیوتری هوشمند را برای کنترل شرایط محیطی گلخانه طراحی کرد..[16] هون و همکاران - Hoon Jac et al., 1995 - روی یک سیستم کنترل خودکار اندازهگیری شرایط محیطی گلخانه مطالعه کردند
اما هوشمندی در گلخانه به هوش و دانش گلخانه توجهی نداشت چراکه هوشمندی آنها بدلیل انجام اتوماتیک عملیات گلخانه بود، نه هوشی که مانند انسان بتواند فکر کند و از گذشته خود دانشی را برای کنترل بهتر آینده گلخانه استفاده کند. در این مقاله گلخانه را به گونهای هوشمند خواهیم کرد که بتواند با ثبت وضعیت کنونی گلخانه،کنترل گلخانه را در آینده آسان و بهینه کند.
.3 کنترل محیط گلخانههای هوشمند
کنترل محیط گلخانه یا به صورت دستی توسط مدیر گلخانه و یا به صورت ماشینی و دستی توسط واسط راهنما و مدیر گلخانه و یا به صورت تمام اتوماتیک توسط کامپیوتر صورت میگیرد. هرگاه محیط گلخانه را به صورتی شبیهسازی کنیم که کلیه عملیات به صورت خودکار و بدون دخالت انسان کنترل و اداره شود آنگاه گلخانه هوشمندی را خواهیم داشت.
ایجاد گلخانههایی با مدیریت یک ماشین هوشمند و اتخاذ تصمیم درست توسط آن، عملکرد دستگاههای درون گلخانه را بسیار دقیقتر و بهتر از روشهای قبلی میکند چرا که الگوریتمهایی که به کامپیوتر داده میشود نتیجه سالها تلاش محققان و پژوهشگرانی میباشد که با تفکر بسیار راه حلی برای رفع مشکلها و نیازمندیها ارائه دادهاند.
هر محصول برای رسیدن به کیفیت ایدهال و رشد مناسب باید در شرایط ویژهای رشد کند. شرایط آب و هوایی مناسب، نوع خاصی از خاک، دما و رطوبت مجاز و دیگر ویژگیها، بر رشد و کیفیت محصول موثر هستند. کشت محصول با محدودیت-هایی مواجه است. از جمله محیط خاص، میزان آبیاری، میزان 3+ و - & خاک و ... . بنابر این اگر بخواهیم محصول را درشرایط مصنوعی در گلخانه کشت کنیم باید این محدودیتها را بر روی محصول اعمال کنیم
کنترل محیط گلخانه و فراهم کردن شرایط مناسب برای رشد محصول با تکنیکهای متفاوتی از گذشته تا به امروز انجام گرفته است. مدیر گلخانه میتواند به طور دستی با اندازهگیری دما توسط دماسنج، دمای گلخانه را اندازهگیری کند و در صورتی که دمای مناسب برای رشد محصول فراهم نبوده است خودِ مدیر دست به اقداماتی بزند. او با خاموش و روشن کردن دستگاههای سرمایشی و گرمایشی دمای گلخانه را کنترل میکند. برای آبیاری گلخانه، او با توجه به تجربهای که دارد می-داند که چه زمان و به چه اندازه آبیاری را انجام دهد. گاهی مدیر از آبیاری قطرهای استفاده میکند که در این تکنیک کنترل و نظارت دقیق وجود ندارد. مواد غذایی مورد نیاز خاک نیز با استفاده از کود حیوانی توسط کارگر تامین می شده که امروزه در برخی گلخانهها از محلولهای شیمیایی که در آب حل شده است و به صورت قطرهای به محصول داده میشود، استفاده می-کنند.
به مرور زمان تصمیمها برای خودکار کردن عملیات گلخانه و کنترل محیط اتخاذ شد، به طوری که میزان دما، آبیاری، رطوبت و دیگر ویژگیها با استفاده از دستگاهها صورت میگرفت. در چنین وضعیتی کلیه دستگاه های سرمایشی، گرمایشی، آبیاری، رطوبت و ... در مراحل مشخص به صورت دورهای خاموش و روشن میشدند. گاهی نیز کنترل محیط با استفاده از مدیر گلخانه که در مکانی دورتر از محیط بود با استفاده از سرویس پیام کوتاه1 و یا اینترنت صورت می گرفت. در این حالت مدیر کلیه عملیات آبیاری و میزان دما و دیگر شرایط گلخانه را تحت کنترل خود داشت و تنها با بدست آوردن پارامترها از حسگرهای موجود در گلخانه اقدامهای لازم را انجام میداد.
کمکم دیدن محیط گلخانه توسط مدیر مورد توجه محققان قرار گرفت و دیدن محیط گلخانه با استفاده از دوربینهای عکاسی و فیلمبرداری موجود در محیط، بر روی سایتِ خاصی صورت گرفت. امروزه دیدن محیط گلخانه بسیار مورد اهمیت میباشد به طوری که حتی چندین مدیر از گلخانههای متفاوت میتوانند گلخانه یکدیگر را نگاه کنند و یکدیگر را در روند بهتر رشد محصول یاری کنند. در این وضعیت نیز کنترل شرایط باز هم توسط نیروی انسانی صورت میگیرد و مدیر می-بایست مدام شرایط گلخانه را چک کند و اقدامهای لازم را انجام دهد. بنابر این هنوز هم نتوانستیم گلخانه هوشمندی را داشته باشیم. اما امروزه با کنترل محیط گلخانه توسط دستگاههای کنترلگر موجود در گلخانه و خاموش و روشن شدن دستگاه ها توسط کنترلگر، توانستهایم گلخانههای هوشمند را داشته باشیم.
در گلخانههای هوشمند اطلاعات محیط توسط حسگرها به واحد کنترلگر ارسال میشود و کنترلگر با توجه به الگوریتمهای از پیش تعریف شده، تصمیمهای لازم و بهینه را اتخاذ میکند و محرکهای محیط را دستکاری میکند. مثلا با دریافت میزان رطوبت هوا توسط حسگر کنترل رطوبت و با درنظر گرفتن رطوبت مورد نیاز محصول، دستگاههای مه پاش را فعال یا غیرفعال میکند. در صورتی که دما پایین باشد، دستگاههای گرمایشی را روشن می کند. اندازهگیری خصوصیات محیط توسط حسگرها مدام صورت میگیرد و دادهها بین کنترلگر و حسگرها رد و بدل می شود تا گلخانه به شرایط محیطی ایدهال برسد.
در شرایطی که کنترلگر قادر به کنترل شرایط گلخانه نباشد و با یک وضعیت اضطراری که از قبل برای آن راه حلی تعریف نشده است، مواجه شود با ارسال یک پیام کوتاه، هشداری به مدیر گلخانه می دهد تا مدیر خودش کنترل شرایط را در دست بگیرد. اینبار مدیر است که با مشاهده محیط از طریق سایت و یا با دریافت پارامترها توسط پیام کوتاه تصمیم درست را می-گیرد و شرایط گلخانه را ایدهال میکند.
.4 ایجاد دانش با استفاده از دادهکاوی در گلخانههای هوشمند
گلخانه را مانند محیط پیرامون انسان تصور کنید و کنترلگر این گلخانه را مانند مغز انسان. یک نوزاد زمانیکه متولد میشود هیچ آگاهی و اطلاعی از دنیای جدیدش ندارد
