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

Предвиђање раста биљака помоћу IoT-а

Скица од Nitya Narasimhan. Кликните на слику за већу верзију.

Квиз пре предавања

Квиз пре предавања

Увод

Биљкама су потребне одређене ствари за раст - вода, угљен-диоксид, хранљиве материје, светлост и топлота. У овој лекцији ћете научити како да израчунате стопе раста и зрелости биљака мерењем температуре ваздуха.

У овој лекцији ћемо обрадити:

• Дигитална пољопривреда
• Зашто је температура важна у пољопривреди?
• Мерење температуре околине
• Дани раста (GDD)
• Израчунавање GDD помоћу података сензора температуре

Дигитална пољопривреда

Дигитална пољопривреда мења начин на који се бавимо пољопривредом, користећи алате за прикупљање, чување и анализу података са фарми. Тренутно се налазимо у периоду који Светски економски форум описује као 'Четврта индустријска револуција', а успон дигиталне пољопривреде назива се 'Четврта пољопривредна револуција' или 'Пољопривреда 4.0'.

🎓 Термин Дигитална пољопривреда такође обухвата цео 'ланaц вредности у пољопривреди', односно цео пут од фарме до стола. То укључује праћење квалитета производа док се храна транспортује и прерађује, системе складишта и е-трговине, па чак и апликације за изнајмљивање трактора!

Ове промене омогућавају пољопривредницима да повећају приносе, користе мање ђубрива и пестицида и ефикасније троше воду. Иако се углавном користе у богатијим земљама, сензори и други уређаји постепено постају јефтинији, чинећи их доступнијим у земљама у развоју.

Неке технике које омогућава дигитална пољопривреда су:

• Мерење температуре - мерење температуре омогућава пољопривредницима да предвиде раст и зрелост биљака.
• Аутоматско наводњавање - мерење влаге у земљишту и укључивање система за наводњавање када је земљиште суво, уместо наводњавања у одређено време. Наводњавање у одређено време може довести до недовољног заливања током топлих, сувих периода или прекомерног заливања током кише. Заливањем само када је земљишту потребно, пољопривредници могу оптимизовати употребу воде.
• Контрола штеточина - пољопривредници могу користити камере на аутоматизованим роботима или дроновима за проверу штеточина, а затим применити пестициде само тамо где је потребно, смањујући количину употребљених пестицида и смањујући њихово испирање у локалне водене изворе.

✅ Истражите. Које друге технике се користе за побољшање приноса у пољопривреди?

🎓 Термин 'Прецизна пољопривреда' се користи за дефинисање посматрања, мерења и реаговања на усеве на нивоу поља или чак делова поља. Ово укључује мерење нивоа воде, хранљивих материја и штеточина и прецизно реаговање, као што је заливање само малог дела поља.

Зашто је температура важна у пољопривреди?

Када учимо о биљкама, већина нас је научена да су вода, светлост, угљен-диоксид и хранљиве материје неопходни за њихов раст. Биљкама је такође потребна топлота за раст - зато биљке цветају у пролеће када температура расте, зашто висибабе или нарциси могу процветати рано због кратког топлог периода и зашто су стакленици и пластеници тако добри за узгој биљака.

🎓 Пластеници и стакленици имају сличну функцију, али са важном разликом. Пластеници се вештачки загревају и омогућавају пољопривредницима да прецизније контролишу температуре, док стакленици зависе од сунца за топлоту и обично имају само прозоре или друге отворе за испуштање топлоте.

Биљке имају основну или минималну температуру, оптималну температуру и максималну температуру, све засноване на дневним просечним температурама.

• Основна температура - ово је минимална дневна просечна температура потребна за раст биљке.
• Оптимална температура - ово је најбоља дневна просечна температура за најбржи раст.
• Максимална температура - ово је максимална температура коју биљка може поднети. Изнад ове температуре биљка престаје са растом како би сачувала воду и преживела.

💁 Ово су просечне температуре, израчунате као просек дневних и ноћних температура. Биљкама су такође потребне различите температуре током дана и ноћи како би ефикасније фотосинтетисале и штеделе енергију ноћу.

Свака врста биљке има различите вредности за своју основну, оптималну и максималну температуру. Зато неке биљке успевају у топлим земљама, а друге у хладнијим.

✅ Истражите. За било које биљке у вашем врту, школи или локалном парку, покушајте да пронађете основну температуру.

Графикон изнад приказује пример стопе раста у односу на температуру. До основне температуре нема раста. Стопа раста се повећава до оптималне температуре, а затим опада након достизања врхунца. На максималној температури раст престаје.

Облик овог графикона варира од врсте до врсте биљке. Неке имају оштрије падове изнад оптималне температуре, док друге имају спорије повећање од основне до оптималне температуре.

💁 Да би пољопривредник постигао најбољи раст, мора знати три температурне вредности и разумети облик графикона за биљке које гаји.

Ако пољопривредник има контролу над температуром, на пример у комерцијалном пластенику, онда може оптимизовати услове за своје биљке. Комерцијални пластеник који узгаја парадајз, на пример, одржаваће температуру око 25°C током дана и 20°C ноћу како би се постигао најбржи раст.

🍅 Комбинацијом ових температура са вештачким осветљењем, ђубривима и контролисаним нивоима угљен-диоксида, комерцијални узгајивачи могу узгајати и жетву обављати током целе године.

Мерење температуре околине

Сензори температуре могу се користити са IoT уређајима за мерење температуре околине.

Задатак - мерење температуре

Прођите кроз одговарајући водич за праћење температура помоћу вашег IoT уређаја:

• Arduino - Wio Terminal
• Рачунар са једном плочом - Raspberry Pi
• Рачунар са једном плочом - Виртуелни уређај

Дани раста (GDD)

Дани раста (познати и као јединице раста) представљају начин мерења раста биљака на основу температуре. Под претпоставком да биљка има довољно воде, хранљивих материја и угљен-диоксида, температура одређује стопу раста.

Дани раста, или GDD, израчунавају се за сваки дан као просечна температура у степенима Целзијуса за тај дан изнад основне температуре биљке. Свака биљка захтева одређени број GDD да би расла, цветала или произвела и сазрела усев. Што више GDD сваки дан, то ће биљка брже расти.

🇺🇸 За Американце, дани раста могу се израчунати и у Фаренхајтима. 5 GDD (у Целзијусима) је еквивалентно 9 GDD (у Фаренхајтима).

Пуна формула за GDD је мало сложенија, али постоји поједностављена једначина која се често користи као добра апроксимација:

• GDD - ово је број дана раста
• T max - ово је дневна максимална температура у степенима Целзијуса
• T min - ово је дневна минимална температура у степенима Целзијуса
• T base - ово је основна температура биљке у степенима Целзијуса

💁 Постоје варијације које узимају у обзир T max изнад 30°C или T min испод T base, али ћемо их за сада занемарити.

Пример - Кукуруз 🌽

У зависности од сорте, кукурузу је потребно између 800 и 2,700 GDD да сазри, са основном температуром од 10°C.

Првог дана када је температура била изнад основне, измерене су следеће температуре:

Мерење	Температура °C
Максимална	16
Минимална	12

Убацујући ове бројеве у нашу једначину:

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

Ово даје израчунавање:

Кукуруз је тог дана добио 4 GDD. Узимајући у обзир сорту кукуруза којој је потребно 800 GDD да сазри, биће му потребно још 796 GDD да достигне зрелост.

✅ Истражите. За било које биљке у вашем врту, школи или локалном парку, покушајте да пронађете број GDD потребан за зрелост или производњу усева.

Израчунавање GDD помоћу података сензора температуре

Биљке не расту у фиксним датумима - на пример, не можете засадити семе и знати да ће биљка донети плод тачно 100 дана касније. Уместо тога, пољопривредник може имати приближну идеју колико дуго биљци треба да расте, а затим би свакодневно проверавао када су усеви спремни.

Ово има велики утицај на радну снагу на великој фарми и ризикује да пољопривредник пропусти усеве који су спремни неочекивано рано. Мерењем температура, пољопривредник може израчунати GDD које је биљка добила, омогућавајући му да проверава само када се приближи очекиваној зрелости.

Прикупљањем података о температури помоћу IoT уређаја, пољопривредник може аутоматски добити обавештење када се биљке приближе зрелости. Типична архитектура за ово је да IoT уређаји мере температуру, а затим шаљу те телеметријске податке преко Интернета користећи нешто попут MQTT-а. Серверски код затим слуша те податке и чува их негде, као што је база података. Ово значи да се подаци могу анализирати касније, на пример, ноћним послом за израчунавање GDD за тај дан, сабирање GDD за сваки усев до сада и упозорење ако је биљка близу зрелости.

Серверски код такође може допунити податке додавањем додатних информација. На пример, IoT уређај може послати идентификатор који указује који је уређај у питању, а серверски код може користити ово за проналажење локације уређаја и које усеве прати. Такође може додати основне податке као што је тренутно време, јер неки IoT уређаји немају неопходан хардвер за праћење тачног времена или захтевају додатни код за читање тренутног времена преко Интернета.

✅ Зашто мислите да различита поља могу имати различите температуре?

Задатак - објављивање информација о температури

Прођите кроз одговарајући водич за објављивање података о температури преко MQTT-а помоћу вашег IoT уређаја како би се могли анализирати касније:

• Arduino - Wio Terminal
• Рачунар са једном плочом - Raspberry Pi/Виртуелни IoT уређај

Задатак - хватање и чување информација о температури

Када IoT уређај објављује телеметрију, серверски код може бити написан да се претплати на те податке и чува их. Уместо да их чува у бази података, серверски код ће их чувати у CSV (Comma Separated Values) датотеци. CSV датотеке чувају податке као редове вредности у текстуалном формату, са сваком вредношћу одвојеном зарезом и сваким записом у новом реду. Оне су погодан, читљив и добро подржан начин за чување података у датотеци.

CSV датотека ће имати две колоне - датум и температура. Колона датум се поставља као тренутни датум и време када је порука примљена од стране сервера, а температура долази из телеметријске поруке.

1. Поновите кораке из лекције 4 за креирање серверског кода за претплату на телеметрију. Не морате додавати код за објављивање команди.

   Кораци за ово су:

   • Конфигуришите и активирајте Python виртуелно окружење

   • Инсталирајте paho-mqtt пакет помоћу pip-а

   • Напишите код за слушање MQTT порука објављених на телеметријској теми

     ⚠️ Можете се позвати на упутства из лекције 4 за креирање Python апликације за примање телеметрије ако је потребно.

   Назовите фасциклу за овај пројекат temperature-sensor-server.

2. Уверите се да client_name одражава овај пројекат:

Овај код отвара CSV фајл, а затим додаје нови ред на крај. Ред садржи тренутни датум и време форматирано у читљивом формату, праћено температуром добијеном од IoT уређаја. Подаци се чувају у ISO 8601 формату са временском зоном, али без микросекунди.

1. Покрените овај код на исти начин као и раније, водећи рачуна да ваш IoT уређај шаље податке. CSV фајл под називом temperature.csv биће креиран у истом фолдеру. Ако га отворите, видећете датуме/времена и мерења температуре:

   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. Покрените овај код неко време да бисте сакупили податке. Идеално би било да га покренете током целог дана како бисте сакупили довољно података за израчунавање GDD.

💁 Ако користите виртуелни IoT уређај, означите опцију за насумичне вредности и подесите опсег како бисте избегли добијање исте температуре сваки пут када се вредност температуре врати.

> 💁 Ако желите да ово ради током целог дана, онда морате да се уверите да рачунар на коме ваш серверски код ради неће прећи у режим спавања, било променом подешавања напајања или покретањем нечега попут [овог Python скрипта за одржавање система активним](https://github.com/jaqsparow/keep-system-active).

💁 Овај код можете пронаћи у фолдеру code-server/temperature-sensor-server.

Задатак - израчунајте GDD користећи сачуване податке

Када сервер сакупи податке о температури, GDD за биљку може се израчунати.

Кораци за ручно израчунавање су:

1. Пронађите базну температуру за биљку. На пример, за јагоде базна температура је 10°C.

2. Из temperature.csv фајла, пронађите највише и најниже температуре за дан.

3. Користите раније дати GDD прорачун за израчунавање GDD.

На пример, ако је највиша температура за дан 25°C, а најнижа 12°C:

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

Дакле, јагоде су примиле 8.5 GDD. Јагодама је потребно око 250 GDD да би донеле плод, тако да има још времена.

---

🚀 Изазов

Биљкама је потребно више од топлоте да би расле. Шта је још потребно?

За ове факторе, истражите да ли постоје сензори који их могу мерити. Шта је са актуаторима за контролу ових нивоа? Како бисте саставили један или више IoT уређаја за оптимизацију раста биљака?

Квиз након предавања

Квиз након предавања

Преглед и самостално учење

• Прочитајте више о дигиталној пољопривреди на Wikipedia страници о дигиталној пољопривреди. Такође прочитајте више о прецизној пољопривреди на Wikipedia страници о прецизној пољопривреди.
• Комплетан прорачун дана раста (Growing Degree Days) је сложенији од поједностављеног који је овде дат. Прочитајте више о сложенијој једначини и како се носити са температурама испод базне вредности на Wikipedia страници о данима раста.
• Храна може бити оскудна у будућности ако наставимо да користимо исте методе за обраду земље. Сазнајте више о високотехнолошким методама обраде земље у видео снимку о високотехнолошким фармама будућности на YouTube-у.

Задатак

Визуализујте GDD податке користећи Jupyter Notebook

---

Одрицање од одговорности:
Овај документ је преведен коришћењем услуге за превођење помоћу вештачке интелигенције Co-op Translator. Иако се трудимо да обезбедимо тачност, молимо вас да имате у виду да аутоматски преводи могу садржати грешке или нетачности. Оригинални документ на његовом изворном језику треба сматрати ауторитативним извором. За критичне информације препоручује се професионални превод од стране људи. Не преузимамо одговорност за било каква погрешна тумачења или неспоразуме који могу настати услед коришћења овог превода.