پایش پارامترهای محیطی در سناریوی کشاورزی دقیق مبتنی بر اینترنت اشیا: رویکردی برای انتخاب حسگر و کشت هیدروپونیک زعفران

جمعیت جهان رو به افزایش است که نیاز به تولید مواد غذایی بیشتر را ایجاب می‌کند. کاهش میزان زمین‌های زیر کشت به دلیل شهرنشینی، این موضوع را چالش‌برانگیزتر می‌کند. راه حل این مشکل در کشت مصنوعی محصولات کشاورزی نهفته است. اینترنت اشیا و حسگرها نقش مهمی در بهینه‌سازی کشت مصنوعی محصولات کشاورزی ایفا می‌کنند. انتخاب حسگرها برای تضمین کیفیت و عملکرد بهتر در یک محیط مصنوعی خودکار مهم است. به دلیل بازار بسیار رقابتی، چالش‌های زیادی در انتخاب حسگرها وجود دارد. این مقاله رویکردی جدید برای انتخاب حسگر برای کشت زعفران در یک محیط مبتنی بر اینترنت اشیا ارائه می‌دهد. محصول مورد استفاده در این مطالعه زعفران است، زیرا تحقیقات بسیار کمتری در مورد کشت هیدروپونیک آن با استفاده از حسگرها و تأثیر اقتصادی عظیم آن انجام شده است. یک چارچوب دقیق مبتنی بر سخت‌افزار، چرخه رشد محصول، همراه با تمام حسگرها و طرح بلوک مورد استفاده برای کشت زعفران در محیط هیدروپونیک ارائه شده است. پارامترهای مهم برای یک محیط هیدروپونیک، مانند غلظت مواد مغذی و سرعت جریان مورد نیاز، به تفصیل مورد بحث قرار گرفته‌اند. این مقاله اولین مقاله از نوع خود است که پیکربندی حسگرها، معیارهای عملکرد و مدل کشت زعفران مبتنی بر حسگر را توضیح می‌دهد. این مقاله معیارهای مختلف مربوط به انتخاب، استفاده و نقش حسگرها در شیوه‌های مختلف کشت زعفران مبتنی بر اینترنت اشیا را مورد بحث قرار می‌دهد. یک سیستم هوشمند هیدروپونیک برای کشت زعفران پیشنهاد شده است. نتایج مدل با استفاده از شبیه‌ساز AquaCrop ارزیابی می‌شود. از این شبیه‌ساز برای ارزیابی ارزش معیارهای عملکرد مانند عملکرد، شاخص برداشت، بهره‌وری آب و زیست‌توده استفاده می‌شود. مقادیر به‌دست‌آمده در مقایسه با کشت طبیعی نتایج بهتری ارائه می‌دهند.

The world population is on the rise, which demands higher food production. The reduction in the amount of land under cultivation due to urbanization makes this more challenging. The solution to this problem lies in the artificial cultivation of crops. IoT and sensors play an important role in optimizing the artificial cultivation of crops. The selection of sensors is important in order to ensure a better quality and yield in an automated artificial environment. There are many challenges involved in selecting sensors due to the highly competitive market. This paper provides a novel approach to sensor selection for saffron cultivation in an IoT-based environment. The crop used in this study is saffron due to the reason that much less research has been conducted on its hydroponic cultivation using sensors and its huge economic impact. A detailed hardware-based framework, the growth cycle of the crop, along with all the sensors, and the block layout used for saffron cultivation in a hydroponic medium are provided. The important parameters for a hydroponic medium, such as the concentration of nutrients and flow rate required, are discussed in detail. This paper is the first of its kind to explain the sensor configurations, performance metrics, and sensor-based saffron cultivation model. The paper discusses different metrics related to the selection, use and role of sensors in different IoT-based saffron cultivation practices. A smart hydroponic setup for saffron cultivation is proposed. The results of the model are evaluated using the AquaCrop simulator. The simulator is used to evaluate the value of performance metrics such as the yield, harvest index, water productivity, and biomass. The values obtained provide better results as compared to natural cultivation.