IoT-For-Beginners/translations/el/2-farm/lessons/1-predict-plant-growth

Προβλέψτε την ανάπτυξη φυτών με IoT

Σκίτσα από τη Nitya Narasimhan. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγαλύτερη έκδοση.

Ερωτηματολόγιο πριν το μάθημα

Ερωτηματολόγιο πριν το μάθημα

Εισαγωγή

Τα φυτά χρειάζονται ορισμένα πράγματα για να αναπτυχθούν - νερό, διοξείδιο του άνθρακα, θρεπτικά συστατικά, φως και θερμότητα. Σε αυτό το μάθημα, θα μάθετε πώς να υπολογίζετε τους ρυθμούς ανάπτυξης και ωρίμανσης των φυτών μετρώντας τη θερμοκρασία του αέρα.

Σε αυτό το μάθημα θα καλύψουμε:

• Ψηφιακή γεωργία
• Γιατί είναι σημαντική η θερμοκρασία στη γεωργία;
• Μέτρηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος
• Ημέρες βαθμών ανάπτυξης (GDD)
• Υπολογισμός GDD χρησιμοποιώντας δεδομένα από αισθητήρες θερμοκρασίας

Ψηφιακή γεωργία

Η Ψηφιακή Γεωργία μεταμορφώνει τον τρόπο που καλλιεργούμε, χρησιμοποιώντας εργαλεία για τη συλλογή, αποθήκευση και ανάλυση δεδομένων από τη γεωργία. Βρισκόμαστε σε μια περίοδο που περιγράφεται ως η 'Τέταρτη Βιομηχανική Επανάσταση' από το Παγκόσμιο Οικονομικό Φόρουμ, και η άνοδος της ψηφιακής γεωργίας έχει χαρακτηριστεί ως η 'Τέταρτη Γεωργική Επανάσταση', ή 'Γεωργία 4.0'.

🎓 Ο όρος Ψηφιακή Γεωργία περιλαμβάνει επίσης ολόκληρη την 'αλυσίδα αξίας της γεωργίας', δηλαδή όλη τη διαδρομή από το αγρόκτημα στο τραπέζι. Περιλαμβάνει την παρακολούθηση της ποιότητας των προϊόντων καθώς μεταφέρονται και επεξεργάζονται, συστήματα αποθήκευσης και ηλεκτρονικού εμπορίου, ακόμη και εφαρμογές ενοικίασης τρακτέρ!

Αυτές οι αλλαγές επιτρέπουν στους αγρότες να αυξήσουν τις αποδόσεις, να χρησιμοποιούν λιγότερα λιπάσματα και φυτοφάρμακα και να ποτίζουν πιο αποτελεσματικά. Παρόλο που χρησιμοποιούνται κυρίως σε πλουσιότερες χώρες, οι αισθητήρες και άλλες συσκευές μειώνουν σταδιακά το κόστος τους, καθιστώντας τους πιο προσιτούς στις αναπτυσσόμενες χώρες.

Μερικές τεχνικές που επιτρέπονται από την ψηφιακή γεωργία είναι:

• Μέτρηση θερμοκρασίας - η μέτρηση της θερμοκρασίας επιτρέπει στους αγρότες να προβλέπουν την ανάπτυξη και την ωρίμανση των φυτών.
• Αυτόματο πότισμα - μέτρηση της υγρασίας του εδάφους και ενεργοποίηση των συστημάτων άρδευσης όταν το έδαφος είναι πολύ ξηρό, αντί για προγραμματισμένο πότισμα. Το προγραμματισμένο πότισμα μπορεί να οδηγήσει σε υπο-πότισμα κατά τη διάρκεια μιας ζεστής, ξηρής περιόδου ή υπερ-πότισμα κατά τη διάρκεια βροχής. Με το πότισμα μόνο όταν το έδαφος το χρειάζεται, οι αγρότες μπορούν να βελτιστοποιήσουν τη χρήση του νερού.
• Έλεγχος παρασίτων - οι αγρότες μπορούν να χρησιμοποιούν κάμερες σε αυτόματα ρομπότ ή drones για να ελέγχουν για παράσιτα και να εφαρμόζουν φυτοφάρμακα μόνο όπου χρειάζεται, μειώνοντας την ποσότητα των φυτοφαρμάκων που χρησιμοποιούνται και την απορροή φυτοφαρμάκων στις τοπικές πηγές νερού.

✅ Κάντε λίγη έρευνα. Ποιες άλλες τεχνικές χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση των γεωργικών αποδόσεων;

🎓 Ο όρος 'Ακριβής Γεωργία' χρησιμοποιείται για να ορίσει την παρατήρηση, μέτρηση και αντίδραση στις καλλιέργειες σε βάση ανά χωράφι ή ακόμη και σε τμήματα ενός χωραφιού. Αυτό περιλαμβάνει τη μέτρηση των επιπέδων νερού, θρεπτικών συστατικών και παρασίτων και την ακριβή αντίδραση, όπως το πότισμα μόνο ενός μικρού τμήματος ενός χωραφιού.

Γιατί είναι σημαντική η θερμοκρασία στη γεωργία;

Όταν μαθαίνουμε για τα φυτά, οι περισσότεροι μαθητές διδάσκονται για την ανάγκη νερού, φωτός, διοξειδίου του άνθρακα και θρεπτικών συστατικών. Τα φυτά χρειάζονται επίσης ζεστασιά για να αναπτυχθούν - γι' αυτό τα φυτά ανθίζουν την άνοιξη καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, γιατί οι γάλανθοι ή οι νάρκισσοι μπορούν να φυτρώσουν νωρίς λόγω μιας σύντομης ζεστής περιόδου, και γιατί τα θερμοκήπια είναι τόσο αποτελεσματικά στην ανάπτυξη φυτών.

🎓 Τα θερμοκήπια και τα θερμοσπίτια κάνουν παρόμοια δουλειά, αλλά με μια σημαντική διαφορά. Τα θερμοσπίτια θερμαίνονται τεχνητά και επιτρέπουν στους αγρότες να ελέγχουν τη θερμοκρασία πιο ακριβώς, ενώ τα θερμοκήπια βασίζονται στον ήλιο για ζεστασιά και συνήθως ο μόνος έλεγχος είναι τα παράθυρα ή άλλες ανοίξεις για να αφήσουν τη θερμότητα να βγει.

Τα φυτά έχουν μια βασική ή ελάχιστη θερμοκρασία, μια βέλτιστη θερμοκρασία και μια μέγιστη θερμοκρασία, όλες βασισμένες στις μέσες ημερήσιες θερμοκρασίες.

• Βασική θερμοκρασία - αυτή είναι η ελάχιστη μέση ημερήσια θερμοκρασία που χρειάζεται ένα φυτό για να αναπτυχθεί.
• Βέλτιστη θερμοκρασία - αυτή είναι η καλύτερη μέση ημερήσια θερμοκρασία για τη μέγιστη ανάπτυξη.
• Μέγιστη θερμοκρασία - αυτή είναι η μέγιστη θερμοκρασία που μπορεί να αντέξει ένα φυτό. Πάνω από αυτήν, το φυτό θα σταματήσει την ανάπτυξή του σε μια προσπάθεια να διατηρήσει νερό και να επιβιώσει.

💁 Αυτές είναι μέσες θερμοκρασίες, υπολογισμένες από τις ημερήσιες και νυχτερινές θερμοκρασίες. Τα φυτά χρειάζονται επίσης διαφορετικές θερμοκρασίες μέρα και νύχτα για να φωτοσυνθέσουν πιο αποτελεσματικά και να εξοικονομήσουν ενέργεια τη νύχτα.

Κάθε είδος φυτού έχει διαφορετικές τιμές για τη βασική, βέλτιστη και μέγιστη θερμοκρασία. Γι' αυτό ορισμένα φυτά ευδοκιμούν σε ζεστές χώρες, ενώ άλλα σε πιο ψυχρές.

✅ Κάντε λίγη έρευνα. Για οποιαδήποτε φυτά έχετε στον κήπο σας, στο σχολείο ή στο τοπικό πάρκο, δείτε αν μπορείτε να βρείτε τη βασική θερμοκρασία τους.

Το παραπάνω γράφημα δείχνει ένα παράδειγμα γραφήματος ρυθμού ανάπτυξης σε σχέση με τη θερμοκρασία. Μέχρι τη βασική θερμοκρασία δεν υπάρχει ανάπτυξη. Ο ρυθμός ανάπτυξης αυξάνεται μέχρι τη βέλτιστη θερμοκρασία και στη συνέχεια μειώνεται μετά την κορύφωση.

Το σχήμα αυτού του γραφήματος διαφέρει από είδος φυτού σε είδος φυτού. Ορισμένα έχουν πιο απότομες πτώσεις πάνω από τη βέλτιστη θερμοκρασία, ενώ άλλα έχουν πιο αργές αυξήσεις από τη βασική στη βέλτιστη θερμοκρασία.

💁 Για να επιτύχει ο αγρότης την καλύτερη ανάπτυξη, θα πρέπει να γνωρίζει τις τρεις τιμές θερμοκρασίας και να κατανοεί το σχήμα των γραφημάτων για τα φυτά που καλλιεργεί.

Εάν ένας αγρότης έχει έλεγχο της θερμοκρασίας, για παράδειγμα σε ένα εμπορικό θερμοκήπιο, τότε μπορεί να βελτιστοποιήσει τις συνθήκες για τα φυτά του. Ένα εμπορικό θερμοκήπιο που καλλιεργεί ντομάτες, για παράδειγμα, θα έχει τη θερμοκρασία ρυθμισμένη γύρω στους 25°C κατά τη διάρκεια της ημέρας και 20°C τη νύχτα για την ταχύτερη ανάπτυξη.

🍅 Συνδυάζοντας αυτές τις θερμοκρασίες με τεχνητό φωτισμό, λιπάσματα και ελεγχόμενα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα, οι εμπορικοί καλλιεργητές μπορούν να καλλιεργούν και να συγκομίζουν όλο το χρόνο.

Μέτρηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος

Οι αισθητήρες θερμοκρασίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν με συσκευές IoT για τη μέτρηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος.

Εργασία - μέτρηση θερμοκρασίας

Ακολουθήστε τον αντίστοιχο οδηγό για να παρακολουθήσετε τις θερμοκρασίες χρησιμοποιώντας τη συσκευή IoT σας:

• Arduino - Wio Terminal
• Υπολογιστής μονού πίνακα - Raspberry Pi
• Υπολογιστής μονού πίνακα - Εικονική συσκευή

Ημέρες βαθμών ανάπτυξης

Οι ημέρες βαθμών ανάπτυξης (γνωστές και ως μονάδες βαθμών ανάπτυξης) είναι ένας τρόπος μέτρησης της ανάπτυξης των φυτών με βάση τη θερμοκρασία. Υποθέτοντας ότι ένα φυτό έχει αρκετό νερό, θρεπτικά συστατικά και διοξείδιο του άνθρακα, η θερμοκρασία καθορίζει τον ρυθμό ανάπτυξης.

Οι ημέρες βαθμών ανάπτυξης, ή GDD, υπολογίζονται ανά ημέρα ως η μέση θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου για μια ημέρα πάνω από τη βασική θερμοκρασία του φυτού. Κάθε φυτό χρειάζεται έναν συγκεκριμένο αριθμό GDD για να αναπτυχθεί, να ανθίσει ή να παράγει και να ωριμάσει μια καλλιέργεια. Όσο περισσότερα GDD κάθε μέρα, τόσο πιο γρήγορα θα αναπτυχθεί το φυτό.

🇺🇸 Για τους Αμερικανούς, οι ημέρες βαθμών ανάπτυξης μπορούν επίσης να υπολογιστούν χρησιμοποιώντας Φαρενάιτ. 5 GDD (σε Κελσίου) ισοδυναμούν με 9 GDD (σε Φαρενάιτ).

Η πλήρης φόρμουλα για GDD είναι λίγο περίπλοκη, αλλά υπάρχει μια απλοποιημένη εξίσωση που χρησιμοποιείται συχνά ως καλή προσέγγιση:

• GDD - αυτός είναι ο αριθμός των ημερών βαθμών ανάπτυξης
• T max - αυτή είναι η μέγιστη ημερήσια θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου
• T min - αυτή είναι η ελάχιστη ημερήσια θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου
• T base - αυτή είναι η βασική θερμοκρασία του φυτού σε βαθμούς Κελσίου

💁 Υπάρχουν παραλλαγές που ασχολούνται με θερμοκρασίες πάνω από 30°C ή κάτω από τη βασική θερμοκρασία, αλλά θα τις αγνοήσουμε προς το παρόν.

Παράδειγμα - Καλαμπόκι 🌽

Ανάλογα με την ποικιλία, το καλαμπόκι χρειάζεται μεταξύ 800 και 2,700 GDD για να ωριμάσει, με βασική θερμοκρασία 10°C.

Την πρώτη ημέρα πάνω από τη βασική θερμοκρασία, μετρήθηκαν οι εξής θερμοκρασίες:

Μέτρηση	Θερμοκρασία °C
Μέγιστη	16
Ελάχιστη	12

Βάζοντας αυτούς τους αριθμούς στον υπολογισμό:

• T max = 16
• T min = 12
• T base = 10

Αυτό δίνει τον υπολογισμό:

Το καλαμπόκι έλαβε 4 GDD εκείνη την ημέρα. Υποθέτοντας μια ποικιλία καλαμποκιού που χρειάζεται 800 GDD για να ωριμάσει, θα χρειαστεί άλλες 796 GDD για να φτάσει στην ωριμότητα.

✅ Κάντε λίγη έρευνα. Για οποιαδήποτε φυτά έχετε στον κήπο σας, στο σχολείο ή στο τοπικό πάρκο, δείτε αν μπορείτε να βρείτε τον αριθμό των GDD που απαιτούνται για να φτάσουν στην ωριμότητα ή να παράγουν καλλιέργειες.

Υπολογισμός GDD χρησιμοποιώντας δεδομένα από αισθητήρες θερμοκρασίας

Τα φυτά δεν αναπτύσσονται σε σταθερές ημερομηνίες - για παράδειγμα, δεν μπορείτε να φυτέψετε έναν σπόρο και να γνωρίζετε ότι το φυτό θα δώσει καρπούς ακριβώς 100 ημέρες αργότερα. Αντίθετα, ως αγρότης μπορείτε να έχετε μια γενική ιδέα για το πόσο χρόνο χρειάζεται ένα φυτό για να αναπτυχθεί και στη συνέχεια να ελέγχετε καθημερινά για να δείτε πότε οι καλλιέργειες είναι έτοιμες.

Αυτό έχει μεγάλο αντίκτυπο στην εργασία σε μια μεγάλη φάρμα και υπάρχει ο κίνδυνος ο αγρότης να χάσει καλλιέργειες που είναι έτοιμες απροσδόκητα νωρίς. Μετρώντας τις θερμοκρασίες, ο αγρότης μπορεί να υπολογίσει τα GDD που έχει λάβει ένα φυτό, επιτρέποντάς του να ελέγχει μόνο κοντά στην αναμενόμενη ωριμότητα.

Με τη συλλογή δεδομένων θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας μια συσκευή IoT, ένας αγρότης μπορεί να ειδοποιηθεί αυτόματα όταν τα φυτά πλησιάζουν στην ωριμότητα. Μια τυπική αρχιτεκτονική για αυτό είναι να μετράνε οι συσκευές IoT τη θερμοκρασία και στη συνέχεια να δημοσιεύουν αυτά τα δεδομένα τηλεμετρίας μέσω του Διαδικτύου χρησιμοποιώντας κάτι όπως το MQTT. Ο κώδικας του διακομιστή στη συνέχεια ακούει αυτά τα δεδομένα και τα αποθηκεύει κάπου, όπως σε μια βάση δεδομένων. Αυτό σημαίνει ότι τα δεδομένα μπορούν να αναλυθούν αργότερα, όπως μια νυχτερινή εργασία για τον υπολογισμό των GDD της ημέρας, την προσθήκη των συνολικών GDD για κάθε καλλιέργεια μέχρι στιγμής και την ειδοποίηση εάν ένα φυτό πλησιάζει στην ωριμότητα.

Ο κώδικας του διακομιστή μπορεί επίσης να εμπλουτίσει τα δεδομένα προσθέτοντας επιπλέον πληροφορίες. Για παράδειγμα, η συσκευή IoT μπορεί να δημοσιεύσει έναν αναγνωριστικό για να υποδείξει ποια συσκευή είναι, και ο κώδικας του διακομιστή μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτόν τον αναγνωριστικό για να βρει την τοποθεσία της συσκευής και ποιες καλλιέργειες παρακολουθεί. Μπορεί επίσης να προσθέσει βασικά δεδομένα όπως την τρέχουσα ώρα, καθώς ορισμένες συσκευές IoT δεν διαθέτουν το απαραίτητο υλικό για να παρακολουθούν με ακρίβεια την ώρα ή απαιτούν πρόσθετο κώδικα για να διαβάσουν την τρέχουσα ώρα μέσω του Διαδικτύου.

✅ Γιατί πιστεύετε ότι διαφορετικά χωράφια μπορεί να έχουν διαφορετικές θερμοκρασίες;

Εργασία - δημοσίευση πληροφοριών θερμοκρασίας

Ακολουθήστε τον αντίστοι Αυτός ο κώδικας ανοίγει το αρχείο CSV και προσθέτει μια νέα γραμμή στο τέλος. Η γραμμή περιέχει την τρέχουσα ημερομηνία και ώρα σε μορφή κατανοητή από τον άνθρωπο, ακολουθούμενη από τη θερμοκρασία που λαμβάνεται από τη συσκευή IoT. Τα δεδομένα αποθηκεύονται σε μορφή ISO 8601 με τη ζώνη ώρας, αλλά χωρίς μικροδευτερόλεπτα.

1. Εκτελέστε αυτόν τον κώδικα όπως και πριν, διασφαλίζοντας ότι η συσκευή IoT σας στέλνει δεδομένα. Ένα αρχείο CSV με όνομα temperature.csv θα δημιουργηθεί στον ίδιο φάκελο. Αν το ανοίξετε, θα δείτε ημερομηνίες/ώρες και μετρήσεις θερμοκρασίας:

   date,temperature
   2021-04-19T17:21:36-07:00,25
   2021-04-19T17:31:36-07:00,24
   2021-04-19T17:41:36-07:00,25
   

2. Εκτελέστε αυτόν τον κώδικα για κάποιο χρονικό διάστημα ώστε να συλλέξετε δεδομένα. Ιδανικά, θα πρέπει να τον εκτελέσετε για μια ολόκληρη ημέρα για να συγκεντρώσετε αρκετά δεδομένα για τους υπολογισμούς GDD.

💁 Αν χρησιμοποιείτε Εικονική Συσκευή IoT, επιλέξτε το τυχαίο checkbox και ορίστε ένα εύρος για να αποφύγετε την επιστροφή της ίδιας θερμοκρασίας κάθε φορά που επιστρέφεται η τιμή θερμοκρασίας.

> 💁 Αν θέλετε να το εκτελέσετε για μια ολόκληρη ημέρα, τότε πρέπει να διασφαλίσετε ότι ο υπολογιστής στον οποίο εκτελείται ο κώδικας του διακομιστή σας δεν θα μπει σε κατάσταση ύπνου, είτε αλλάζοντας τις ρυθμίσεις ενέργειας, είτε εκτελώντας κάτι όπως [αυτό το Python script για να διατηρήσετε το σύστημα ενεργό](https://github.com/jaqsparow/keep-system-active).

💁 Μπορείτε να βρείτε αυτόν τον κώδικα στον φάκελο code-server/temperature-sensor-server.

Εργασία - Υπολογισμός GDD χρησιμοποιώντας τα αποθηκευμένα δεδομένα

Αφού ο διακομιστής έχει καταγράψει δεδομένα θερμοκρασίας, μπορεί να υπολογιστεί το GDD για ένα φυτό.

Τα βήματα για να το κάνετε αυτό χειροκίνητα είναι:

1. Βρείτε τη βασική θερμοκρασία για το φυτό. Για παράδειγμα, για τις φράουλες η βασική θερμοκρασία είναι 10°C.

2. Από το temperature.csv, βρείτε τις υψηλότερες και χαμηλότερες θερμοκρασίες της ημέρας.

3. Χρησιμοποιήστε τον υπολογισμό GDD που δόθηκε νωρίτερα για να υπολογίσετε το GDD.

Για παράδειγμα, αν η υψηλότερη θερμοκρασία της ημέρας είναι 25°C και η χαμηλότερη είναι 12°C:

• 25 + 12 = 37
• 37 / 2 = 18.5
• 18.5 - 10 = 8.5

Επομένως, οι φράουλες έχουν λάβει 8.5 GDD. Οι φράουλες χρειάζονται περίπου 250 GDD για να καρποφορήσουν, οπότε υπάρχει ακόμα δρόμος.

---

🚀 Πρόκληση

Τα φυτά χρειάζονται περισσότερα από θερμότητα για να αναπτυχθούν. Τι άλλα πράγματα χρειάζονται;

Για αυτά, βρείτε αν υπάρχουν αισθητήρες που μπορούν να τα μετρήσουν. Τι γίνεται με ενεργοποιητές για να ελέγξετε αυτά τα επίπεδα; Πώς θα συνδυάζατε μία ή περισσότερες συσκευές IoT για να βελτιστοποιήσετε την ανάπτυξη των φυτών;

Κουίζ μετά το μάθημα

Κουίζ μετά το μάθημα

Ανασκόπηση & Αυτομελέτη

• Διαβάστε περισσότερα για την ψηφιακή γεωργία στη σελίδα Wikipedia για την Ψηφιακή Γεωργία. Επίσης, διαβάστε περισσότερα για την ακριβή γεωργία στη σελίδα Wikipedia για την Ακριβή Γεωργία.
• Ο πλήρης υπολογισμός των βαθμοημερών ανάπτυξης (GDD) είναι πιο περίπλοκος από τον απλοποιημένο που δόθηκε εδώ. Διαβάστε περισσότερα για την πιο περίπλοκη εξίσωση και πώς να αντιμετωπίσετε θερμοκρασίες κάτω από τη βασική στη σελίδα Wikipedia για τις Βαθμοημέρες Ανάπτυξης.
• Τα τρόφιμα μπορεί να είναι σπάνια στο μέλλον αν συνεχίσουμε να χρησιμοποιούμε τις ίδιες μεθόδους γεωργίας. Μάθετε περισσότερα για τις τεχνολογικές μεθόδους γεωργίας σε αυτό το βίντεο για τις Υψηλής Τεχνολογίας Φάρμες του Μέλλοντος στο YouTube.

Εργασία

Οπτικοποιήστε τα δεδομένα GDD χρησιμοποιώντας ένα Jupyter Notebook

---

Αποποίηση ευθύνης:
Αυτό το έγγραφο έχει μεταφραστεί χρησιμοποιώντας την υπηρεσία αυτόματης μετάφρασης Co-op Translator. Παρόλο που καταβάλλουμε προσπάθειες για ακρίβεια, παρακαλούμε να έχετε υπόψη ότι οι αυτοματοποιημένες μεταφράσεις ενδέχεται να περιέχουν λάθη ή ανακρίβειες. Το πρωτότυπο έγγραφο στη μητρική του γλώσσα θα πρέπει να θεωρείται η αυθεντική πηγή. Για κρίσιμες πληροφορίες, συνιστάται επαγγελματική ανθρώπινη μετάφραση. Δεν φέρουμε ευθύνη για τυχόν παρεξηγήσεις ή εσφαλμένες ερμηνείες που προκύπτουν από τη χρήση αυτής της μετάφρασης.