เกษตรอัจฉริยะ: การวางผังโซนและการคืนทุน

การเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะให้ผลตอบแทนเมื่อโหนดหนึ่งตอบคำถามการตัดสินใจของโซนใดโซนหนึ่ง ไม่ใช่เมื่อเพิ่มช่องสัญญาณ 4 โซน 12 โหนด และเกตเวย์ที่ใช้ร่วมกันหนึ่งตัวอาจมีต้นทุนต่ำกว่าและให้ข้อมูลที่ใช้งานได้มากกว่า 12 โหนดที่วางตามความสะดวก การคำนวณเริ่มจากคำถามเรื่องพืช ไม่ใช่จากรายการอุปกรณ์

4 โซน 12 โหนด กับคำถามที่เกินมาหนึ่งข้อ

บล็อก 40 เฮกตาร์ที่แบ่งตามเนื้อดินและการติดตั้งระบบให้น้ำให้การออกแบบที่ชัดเจนกว่าตารางกริดที่ลากบนแผนที่ ตารางด้านล่างคือผังการเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะที่ยกเป็นตัวอย่าง โดยมีหนึ่งการตัดสินใจต่อโซน จำนวนโหนดต่อโซน และไม่มีช่องสัญญาณใดถูกเพิ่มโดยไม่มีคำถามกำกับ

ในผังการเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะ หัววัดสิบตัวที่มีสี่ระดับความลึกและอีกสองตัวที่มีสองระดับให้ช่องสัญญาณความชื้น 44 ช่อง บวกช่องสัญญาณอุณหภูมิหนึ่งช่องต่อระดับความลึก นั่นเป็นตัวเลขจำนวนมากสำหรับสี่คำถาม การออกแบบนี้ได้ผลเพราะแต่ละโซนมีหนึ่งการตัดสินใจผูกอยู่ หากไม่มีสิ่งนั้น 44 ช่องสัญญาณเดียวกันก็กลายเป็นแดชบอร์ดที่ไม่มีใครลงมือทำตาม

หัววัดแบบหลายระดับความลึกในกลุ่มผลิตภัณฑ์นี้มีให้พร้อมโหนดมาตรฐานที่ 10, 20, 30 และ 40 cm ความละเอียดของความชื้นคือ 0.1% แต่ความแม่นยำที่ระบุคือ ±3% ในห้องปฏิบัติการและ ±5% ในภาคสนาม ซึ่งเป็นตัวเลขที่สำคัญเมื่อกำหนดขอบเขตโซน อุณหภูมิครอบคลุม −40 ถึง 80 °C ที่ ±0.5 °C พร้อม IP67 เหนือพื้นดิน IP68 ใต้พื้นดิน และช่องสัญญาณ RS485 Modbus RTU ที่ต้องมีแผนผังอุปกรณ์และการตั้งค่าพอร์ตอนุกรมที่ถูกต้อง

ตัวเลข ±3% ในห้องปฏิบัติการและ ±5% ในภาคสนามคือค่าสำคัญสำหรับการออกแบบโซนในการเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะ ขั้นการรายงานค่าที่ละเอียดไม่ได้ขจัดความแตกต่างจากการติดตั้งหรือเชิงพื้นที่ สองโซนที่มีจุดเติมน้ำต่างกันน้อยกว่าความไม่แน่นอนภาคสนามไม่สามารถบริหารเป็นการให้น้ำคนละโซนโดยอาศัยความชื้นเพียงอย่างเดียว ไม่ว่าจะติดตั้งหัววัดกี่ตัว

เริ่มจากการตัดสินใจ แล้วจึงเลือกความลึก

ในผังการเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะ โซน A ถามว่าแนวหน้าความชื้นผ่าน 30 cm เมื่อใด คำถามนั้นต้องอ่านช่องสัญญาณ 20 และ 30 cm ที่ช่วงสั้น ๆ ระหว่างการให้น้ำ และอ่านช่องสัญญาณ 40 cm เพื่อยืนยันว่าแนวหน้าไม่ได้ผ่านเขตรากพืช ไม่จำเป็นต้องมีช่องสัญญาณ 10 cm ที่สามตำแหน่งแยกกันในพื้นที่ 9 เฮกตาร์เดียวกัน

โซน C ถามคำถามต่างออกไป คือน้ำขังจำกัดการเติบโตของรากหรือไม่ ในกรณีนี้ช่องสัญญาณ 40 cm สำคัญกว่าช่องสัญญาณผิวดิน และคำตอบคือระยะเวลาที่เกินเกณฑ์ซึ่งกำหนดโดยพื้นที่ ไม่ใช่ค่าเดียว หัววัดที่รายงาน 0.24 m³/m³ หรือ 24% VWC ไม่ได้รายงาน 24% ของความจุความชื้นในสนามโดยอัตโนมัติ หากค่าความจุความชื้นในสนามที่ได้รับการยอมรับของพื้นที่คือ 0.30 m³/m³ อัตราส่วนอย่างง่ายจะเป็น 80% แต่อัตราส่วนนั้นเป็นการตีความ ไม่ใช่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์

ควรรักษาความหมายของระดับความลึกไว้ในทุกช่องสัญญาณอุณหภูมิ ค่าอุณหภูมิที่ 10 cm กับที่ 40 cm เป็นการวัดที่ต่างกันและมีพฤติกรรมรายวันต่างกัน การเฉลี่ยรวมเป็น "อุณหภูมิดิน" ค่าเดียวจะซ่อนความลาดชันที่อธิบายความไม่สอดคล้องของความชื้นไว้พอดี

ควรจับคู่หน้าตัดดินกับคำถามเรื่องพืชก่อนสั่งซื้อฮาร์ดแวร์ โหนดมาตรฐานที่ 10/20/30/40 cm ครอบคลุมพืชไร่ล้มลุกได้หลายชนิด แต่สามารถกำหนดความลึกอื่นได้ตามการตั้งค่า การสั่งชุดมาตรฐานสำหรับพืชรากตื้นเป็นการใช้ช่องสัญญาณกับระดับความลึกที่รากไปไม่ถึง

เงินไปอยู่ที่ใดจริง ๆ

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะคือการเปรียบเทียบราคาหัววัด ต้นทุนที่ใหญ่กว่าคือเกตเวย์ การเดินสายหรือเส้นทางวิทยุ การเข้าพื้นที่เพื่อติดตั้ง และการกลับไปแก้โหนดที่ค่าเคลื่อนหรือไฟขาด ในตัวอย่าง 12 โหนด เกตเวย์ RS485 Modbus หนึ่งตัวที่ใช้ร่วมกันให้บริการทั้งสี่โซน และการจ่ายไฟ 12–24 VDC สามารถวางแผนครั้งเดียวแทนที่จะสี่ครั้ง

Figure 1. เซ็นเซอร์ความชื้นในดินแบบหลายระดับความลึก สำหรับการให้น้ำแบบประหยัดน้ำ ไม้ดอก โรงเรือน และเกษตรอัจฉริยะ….

ลองพิจารณางบประมาณตัวอย่าง หากหัววัดแต่ละตัวมีต้นทุนติดตั้ง 140 หน่วย หัววัด 12 ตัวมีต้นทุน 1680 หน่วย เกตเวย์หนึ่งตัว ตู้หนึ่งตู้ การจ่ายไฟ และการทดสอบเดินระบบเพิ่มอีก 900 หน่วย และการเข้าพื้นที่ติดตามผลสองครั้งในสามปีเพิ่มอีก 400 หน่วย ยอดรวมสามปีคือ 2980 หน่วย โดยหัววัดเองคิดเป็น 56% ราคาอุปกรณ์จึงเป็นตัวแทนต้นทุนโครงการได้ไม่ดี

การคำนวณนี้เป็นการยกตัวอย่างจากค่าสมมติของพื้นที่ ไม่ใช่บันทึกภาคสนามที่วัดได้ ราคาหัววัด 140 หน่วย โครงสร้างพื้นฐานร่วม 900 หน่วย และการเข้าพื้นที่ติดตามผล 400 หน่วย เป็นค่าตัวอย่างสำหรับการคำนวณ ควรใช้ใบเสนอราคาปัจจุบันและรุ่นที่สั่งซื้อสำหรับพื้นที่ของคุณ และตรวจสอบการจ่ายไฟและการส่งข้อมูลเทียบกับเอกสารข้อมูลจำเพาะฉบับปัจจุบันก่อนตั้งงบประมาณ

การคืนทุนต้องมีผลประโยชน์ที่ระบุในหน่วยเดียวกัน หากการจัดตารางการให้น้ำตามโซนลดการให้น้ำได้ 6% ในบล็อกที่ใช้น้ำ 4200 m³ ต่อฤดูกาล นั่นคือประหยัดได้ 252 m³ ต่อฤดูกาล หรือ 756 m³ ในสามปี การที่จำนวนนั้นจะคืนทุน 2980 หน่วยหรือไม่ขึ้นอยู่กับต้นทุนน้ำและต้นทุนการสูบน้ำในท้องถิ่นทั้งหมด ซึ่งเป็นข้อมูลป้อนเข้าของพื้นที่ ไม่ใช่ตัวเลขที่ผู้จำหน่ายให้ได้ ควรขอปริมาตรน้ำที่จ่ายจริงซึ่งวัดได้ในพื้นที่ ไม่ใช่ตัวเลขการประหยัดที่ตั้งสมมติฐานไว้

ตู้เดียว เส้นทางข้อมูลสองทาง

ช่องสัญญาณตัวเลขในตู้ควบคุมการเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะส่งผ่าน RS485 Modbus RTU ขณะที่โมดูลถ่ายภาพพืชในชุดสี่เงื่อนไขเดียวกันส่งไฟล์ผ่านอีกเส้นทางหนึ่ง ควรตั้งงบประมาณแยกกัน เพราะแผนผังเรจิสเตอร์ครอบคลุมค่าดินและค่าอุตุนิยมวิทยา ส่วนเส้นทางภาพต้องมีพื้นที่จัดเก็บ แบนด์วิดท์ และการทดสอบการเรียกดูของตัวเอง ทั้งสองไม่อยู่ในตัวเลข "ความแม่นยำของระบบ" เดียวกัน

เซ็นเซอร์ดิน 7-in-1 ในตระกูลผลิตภัณฑ์นี้วัดอุณหภูมิ ความชื้น EC pH N P และ K ผ่าน RS485 Modbus RTU โดยทั้งเจ็ดค่าอยู่ในเรจิสเตอร์ที่เรียงต่อกัน การรวมการวัดเจ็ดค่าที่จุดเดียวลดจำนวนสาย ตำแหน่งติดตั้ง และที่อยู่ Modbus แต่ไม่ได้ทำให้ช่องสัญญาณใดดีขึ้น

ความแม่นยำ pH ที่ระบุคือ ±1 pH จึงไม่ควรวางตำแหน่งเป็นเครื่องวัด pH สำหรับห้องปฏิบัติการ เพราะอุปกรณ์เดียวไม่สามารถแม่นยำกว่าช่องสัญญาณที่อ่อนแอที่สุดของตัวเองได้ เซ็นเซอร์ RS485 แต่ละตัวต้องมีที่อยู่ Modbus ที่ไม่ซ้ำ โดยกำหนดช่วงการเรียกอ่านข้อมูลและการจ่ายไฟให้พอดีกับเครือข่ายทั้งหมด

ค่าอุณหภูมิและความชื้นของอากาศมาจากโมดูลแยกที่ติดตั้งเหนือทรงพุ่มพืช ความชื้นในบรรยากาศเป็นบริบทสำหรับการตัดสินใจเรื่องทรงพุ่ม ไม่ใช่การวัดความเปียกของใบโดยตรง และช่วง RH ที่ระบุไม่ได้เป็นการรับรองภูมิต้านทานต่อการควบแน่น ควรแยกโมดูลนั้นออกจากการนับช่องสัญญาณตามระดับความลึกในดินในตารางด้านบน

เมื่อใดควรติดตั้งโหนดให้น้อยลง

มีกรณีชัดเจนในการเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะที่คำตอบที่ถูกคือใช้หัววัดน้อยลง หากสองโซนที่พิจารณามีเนื้อดินเดียวกัน ฮาร์ดแวร์การให้น้ำเดียวกัน และพืชเดียวกัน และเส้นความชื้นในฤดูกาลแรกต่างกันน้อยกว่าความไม่แน่นอนภาคสนาม ±5% การมีโหนดแยกในแต่ละโซนจะไม่สามารถรองรับการตัดสินใจแยกกันได้ ควรยุบรวมและใช้ช่องสัญญาณที่ประหยัดได้ไปเพิ่มระดับความลึกที่สามในโหนดที่เก็บไว้

Figure 2. เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้นใบพืชสำหรับเกษตรอัจฉริยะ.

หลักการเดียวกันใช้กับการควบคุม สถานีตรวจอากาศทางการเกษตรอาจบันทึกความชื้นในดิน อุณหภูมิอากาศ และ RH ตามช่วงการบันทึกที่กำหนดได้ แต่ช่วงการวัด 0–100% ไม่ใช่ช่วงการควบคุมที่แนะนำ ควรยืนยันการตั้งค่า I/O จริงและอุปกรณ์ใดเป็นผู้ถือกฎการควบคุมก่อนกำหนดเกณฑ์

ช่วงการรายงานค่าที่ละเอียดยังมีต้นทุน การเรียกอ่าน 44 ช่องสัญญาณความชื้นทุกนาทีให้ค่า 63,360 ค่าต่อวัน ที่การบันทึกทุก 10 นาที ผังเดียวกันเขียน 6,336 ค่า ซึ่งส่วนใหญ่เปลี่ยนแปลงช้า ในกรณีที่การตัดสินใจคือจุดเติมน้ำที่ถูกข้ามภายในไม่กี่ชั่วโมง ช่วงที่ยาวขึ้นจะรักษาเหตุการณ์ไว้และลดการใช้ไฟ พื้นที่จัดเก็บ และปริมาณการรับส่งข้อมูล ควรกำหนดนโยบายการสุ่มตัวอย่างจากมาตรเวลาของการตัดสินใจ ไม่ใช่จากอัตราสูงสุดที่เครื่องบันทึกข้อมูลรองรับ

การทดสอบเดินระบบผังการติดตั้ง

1. เขียนประโยคการตัดสินใจหนึ่งประโยคต่อโซนก่อนสั่งซื้อฮาร์ดแวร์ และตัดโหนดใดที่ไม่ตอบโซนใดเลยออก

2. จับคู่ระดับความลึกกับหน้าตัดราก และรักษาความหมายของระดับความลึกไว้ในชื่อช่องสัญญาณและเรจิสเตอร์ทุกจุด

3. ตรวจสอบที่อยู่ RS485 Modbus อัตรา Baud แผนผังเรจิสเตอร์ และการปรับสเกลตัวเลขของแต่ละจุด เทียบกับอุปกรณ์ที่สั่งซื้อ

4. ยืนยันเส้นทางภาพและเส้นทางตัวเลขเป็นสองการตรวจรับแยกกัน

5. บันทึกความจุความชื้นในสนามเป็นค่าที่วัดได้ในพื้นที่ และเก็บ VWC กับอัตราส่วนที่คำนวณได้ไว้ในคอลัมน์แยกกัน

6. กำหนดช่วงการสุ่มตัวอย่างจากมาตรเวลาของการตัดสินใจ และวัดปริมาตรน้ำที่จ่ายจริงในพื้นที่

7. ทบทวนขอบเขตโซนอีกครั้งหลังหนึ่งฤดูกาล และยุบรวมโซนที่เส้นค่าอยู่ภายในความไม่แน่นอนภาคสนาม

คำถามที่พบบ่อย

Q1. บล็อก 40 เฮกตาร์ต้องใช้กี่โหนด

Figure 3. สถานีตรวจวัดสิ่งแวดล้อมอัจฉริยะ NiuBoL — ระบบเฝ้าระวังสิ่งแวดล้อมหลายพารามิเตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ 4G.

การออกแบบการเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะเป็นไปตามการตัดสินใจ ไม่ใช่ตามพื้นที่: ผังที่ยกตัวอย่างใช้หัววัดแบบหลายระดับความลึก 12 ตัวในสี่โซน แต่ละโซนมีคำถามเรื่องพืชหนึ่งข้อ หากสองโซนมีเนื้อดิน ฮาร์ดแวร์การให้น้ำ และพืชเดียวกัน และเส้นค่าต่างกันน้อยกว่าความแม่นยำภาคสนาม ±5% ควรยุบรวมและเพิ่มระดับความลึกที่โหนดที่เก็บไว้แทน

Q2. ความละเอียดความชื้น 0.1% หมายถึงความแม่นยำ 0.1% หรือไม่

ไม่ใช่ หัววัดแบบหลายระดับความลึกในกลุ่มนี้ระบุความละเอียด 0.1% พร้อมความแม่นยำ ±3% ในห้องปฏิบัติการและ ±5% ในภาคสนาม ขั้นการรายงานค่าที่ละเอียดไม่ได้ขจัดความแตกต่างจากการติดตั้งหรือเชิงพื้นที่ ควรเปรียบเทียบขอบเขตโซนกับตัวเลขภาคสนาม ไม่ใช่กับขั้นการแสดงผล

Q3. VWC 24% เท่ากับ 24% ของความจุความชื้นในสนามหรือไม่

ไม่ใช่ ค่าที่อ่านได้ 0.24 m³/m³ คือ 24% VWC ไม่ได้หมายถึง 24% ของความจุความชื้นในสนามโดยอัตโนมัติ หากค่าที่ได้รับการยอมรับของพื้นที่คือ 0.30 m³/m³ อัตราส่วนอย่างง่ายจะเป็น 80% แต่นั่นเป็นการตีความ ควรเก็บ VWC และอัตราส่วนที่คำนวณได้ไว้ในคอลัมน์แยกกัน และวัดความจุความชื้นในสนามในพื้นที่

Q4. ทำไมเกตเวย์ที่ใช้ร่วมกันจึงถูกกว่าการซื้อหัววัดให้น้อยลง

ในงบประมาณตัวอย่าง หัววัด 12 ตัว ตัวละ 140 หน่วยเป็น 1680 หน่วย ขณะที่เกตเวย์ที่ใช้ร่วมกันหนึ่งตัว ตู้ควบคุม การจ่ายไฟ และการทดสอบเดินระบบเพิ่ม 900 หน่วย และการกลับไปอีกสองครั้งเพิ่ม 400 หน่วย หัววัดคิดเป็น 56% ของยอดรวมสามปี 2980 หน่วย ราคาหัววัดจึงเป็นตัวแทนต้นทุนโครงการได้ไม่ดี ค่าเหล่านี้เป็นค่าตัวอย่าง ไม่ใช่ใบเสนอราคา

Q5. เซ็นเซอร์ 7-in-1 ตัวเดียวแทนเครื่องมือห้องปฏิบัติการแยกได้หรือไม่

มันแทนหัววัด สาย ตำแหน่งติดตั้ง และที่อยู่ RS485 ที่แยกกัน โดยวัดอุณหภูมิ ความชื้น EC pH N P และ K ผ่าน Modbus RTU ความแม่นยำ pH ที่ระบุคือ ±1 pH จึงไม่ใช่เครื่องวัด pH สำหรับห้องปฏิบัติการ อุปกรณ์เดียวไม่สามารถแม่นยำกว่าช่องสัญญาณที่อ่อนแอที่สุดของตัวเองได้

Q6. ช่องสัญญาณตัวเลขกับภาพควรใช้การตรวจรับร่วมกันหรือไม่

ไม่ควร RS485 Modbus RTU ส่งค่าตัวเลขที่เลือกไว้ ขณะที่ภาพและรายงานตู้ควบคุมใช้เส้นทางส่งข้อมูลแยกที่มีการทดสอบพื้นที่จัดเก็บและการเรียกดูของตัวเอง ควรทดสอบแผนผังเรจิสเตอร์และเส้นทางภาพแยกกัน และยืนยันว่าอุปกรณ์ใดเป็นผู้ถือกฎการควบคุมก่อนกำหนดเกณฑ์ใด ๆ

ซื้อการตัดสินใจ ไม่ใช่ซื้อช่องสัญญาณ

การเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะคือแบบฝึกหัดการวางผัง ตามด้วยแบบฝึกหัดเรื่องต้นทุน ในตัวอย่างสี่โซน 44 ช่องสัญญาณความชื้นมีประโยชน์ก็เพราะแต่ละโซนมีหนึ่งการตัดสินใจผูกอยู่ จำนวนช่องสัญญาณเท่ากันโดยไม่มีการตัดสินใจเหล่านั้นก็เป็นเพียงแดชบอร์ด ราคาหัววัดคิดเป็น 56% ของยอดรวมสามปี และการคืนทุนขึ้นอยู่กับการประหยัดน้ำที่การวัดในพื้นที่เท่านั้นที่ยืนยันได้ ควรเขียนประโยคการตัดสินใจของแต่ละโซนก่อน ตรวจสอบแผนผังเรจิสเตอร์และเส้นทางภาพที่แยกกัน แล้วทบทวนขอบเขตโซนหลังหนึ่งฤดูกาลและยุบรวมโซนที่ความไม่แน่นอนภาคสนามแยกไม่ออก

การคืนทุนมาจากที่ใดจริง ๆ

การเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะคืนทุนผ่านคำถามที่ผูกกับแต่ละโซน ไม่ใช่ผ่านจำนวนโหนด ผัง 40 เฮกตาร์ที่ยกตัวอย่างใช้ 4 โซนและหัววัดแบบหลายระดับความลึก 12 ตัว ด้วยงบ 2,980 หน่วยในสามปี โดยหัววัดคิดเป็น 56% และเกตเวย์ ระบบไฟ และการทดสอบเดินระบบ 30% ส่วนการประหยัดน้ำ 6% คิดเป็น 756 m³ ในช่วงเดียวกัน โหนดที่ไม่มีคำถามการตัดสินใจรองรับจะเพิ่มต้นทุนโดยไม่เพิ่มค่าที่อ่านได้ซึ่งมีคนใช้งาน ควรเขียนการตัดสินใจ ระดับความลึก และเกณฑ์การลงมือสำหรับทุกช่องสัญญาณก่อน แล้วจึงซื้อฮาร์ดแวร์ที่ตอบคำถามเหล่านั้น และทบทวนจุดเติมน้ำทุกฤดูกาล

กำลังวางแผนโซนสำหรับโครงการเฝ้าระวังด้วยเกษตรอัจฉริยะอยู่หรือไม่ แจ้งเนื้อดิน การติดตั้งระบบให้น้ำ และการตัดสินใจที่แต่ละโซนต้องรองรับให้เราทราบผ่านหน้าติดต่อแล้วเราจะช่วยพิจารณาจำนวนโหนดร่วมกับคุณ