Akıllı Sulama için Toprak Nem Dinamiğinde Kapalı Döngü Kontrol Modeli ve Kontrol Edilebilirlik

Öz

Dünyada artan nüfus ve kuraklık nedeniyle, tatlı su kaynaklarına olan talep son zamanlarda artmış ve artan küresel talep ile şiddetlenmiştir. Bundan dolayı sürdürebilir tarımsal üretimin geliştirilmesi ve akılı tarımsal araçların daha yaygın olarak kullanılması çok önemlidir. Özelikle kablosuz iletişim teknolojilerinin geliştirilmesi ile ürün izleme, sulama planlaması ve toprağın verimini artıracak akıllı kontrol yapıları oluşturulmuş ve böylelikle tarımda su kullanım verimliliği artırılmıştır. Toprak nem dinamiklerinin, diğer çevresel süreçlerin yanı sıra tarım, su yönetimi ve ekosistem işlevi üzerinde önemli etkileri vardır. Toprak neminin dinamiklerini anlamak için, yağış, buharlaşma, terleme, sızma ve toprak özellikleri arasındaki karmaşık etkileşimler dikkate alınmalıdır. Bu çalışmada, akıllı tarımda çok yaygın kullanılan kapalı döngü kontrol yapıları incelenmiş ve toprak nem dinamiğinde bir öngörülü kontrol modeli önerilmiştir. Kurulacak bu modelde, yağış miktarı, sulama mekanizması, derin sızma ve toprağın buharlaşma seviyeleri göz önüne alınacaktır. Daha sonra, bu kontrol sistemi üzerinde, topraktaki nem dinamiğinin zamana göre hangi durumlarda kontrol edilebilir olduğu araştırılacaktır.

Anahtar Kelimeler

• Kapalı döngü kontrol
• sulama yöntemleri
• öngörülü kontrol model
• akıllı tarım
• kontrol edilebilirlik.

A Closed-Loop Control Model and Controllability in Soil Moisture Dynamics for Intelligent Irrigation

Öz

Kaynakça

1. [1] Obaideen, K., Yousef, B.A., AlMallahi, M.N., Tan, Y.C., Mahmoud, M., Jaber, H. ve Ramadan, M. "An overview of smart irrigation systems using IoT", Energy Nexus, 100124, 2022.
2. [2] Vallejo-Gómez, D., Osorio, M. ve Hincapié, C.A., "Smart Irrigation Systems in Agriculture: A Systematic Review", Agronomy, 13(2), 342, 2023.
3. [3] Jiménez, A.F., Cárdenas, P.F. ve Jiménez, F., "Smart water management approach for resource allocation in High-Scale irrigation systems", Agricultural Water Management, 256, 107088, 2021.
4. [4] Ahansal, Y., Bouziani, M., Yaagoubi, R. Sebari, I. Sebari, K. ve Kenny, L., "Towards smart irrigation: A literature review on the use of geospatial technologies and machine learning in the management of water resources in arboriculture", Agronomy, 12(2), 297, 2022.
5. [5] Khan, A.I., Alsolami, F., Alqurashi, F., Abushark, Y.B. ve Sarker, I.H., "Novel energy management scheme in IoT enabled smart irrigation system using optimized intelligence methods", Engineering Applications of Artificial Intelligence, 114, 104996, 2022.
6. [6] Guntur, J., Raju, S.S., Jayadeepthi, K. ve Sravani, C.H., "An automatic irrigation system using IOT devices", Materials Today: Proceedings, 68, 2233-2238, 2022.
7. [7] García, L., Parra, L., Jimenez, J. M., Lloret, J., ve Lorenz, P., "IoT-based smart irrigation systems: An overview on the recent trends on sensors and IoT systems for irrigation in precision agriculture", Sensors, 20(4), 1042, 2020.
8. [8] Taştan, M., "Nesnelerin İnterneti Tabanlı Akıllı Sulama ve Uzaktan İzleme Sistemi", Avrupa Bilim ve Teknoloji, (15), 229-236, 2019.

9. [9] Romero, R., Muriel, J. L., García, I., ve de la Peña, D. M., "Research on automatic irrigation control: State of the art and recent results", Agricultural water management, 114, 59-66, 2012.
10. [10] Ahmet, U., "Akıllı Kentler ve Su Kullanımı", Medeniyet Araştırmaları Dergisi, 7(1), 1-14, 2022.
11. [11] Bwambale, E., Abagale, F.K. ve Anornu, G.K., "Data-driven model predictive control for precision irrigation management", Smart Agricultural Technology, 100074, 2022.
12. [12] Bwambale, E., Abagale, F.K. ve Anornu, G.K., "Smart irrigation monitoring and control strategies for improving water use efficiency in precision agriculture: A review", Agricultural Water Management, 260, 107324, 2022.
13. [13] Kantaroğlu, Ö., "Yüksek Performanslı Binalarda Su Stratejileri", Tesisat Mühendisliği Dergisi, 123, 32-43, 2011.
14. [14] Kanber, R., Çullu, M. A., Kendirli, B., Antepli, S. ve Yılmaz, N., "Sulama, drenaj ve tuzluluk", Türkiye Ziraat Mühendisliği VI. Teknik Kongresi, 3(7), 213-251, 2005.
15. [15] Adeyemi, O., Grove, I., Peets, S. ve Norton, T., "Advanced monitoring and management systems for improving sustainability in precision irrigation", Sustainability, 9(3), 353, 2017.
16. [16] Tantalaki, N., Souravlas, S. and Roumeliotis, M., "Data-driven decision making in precision agriculture: The rise of big data in agricultural systems", Journal of Agricultural & Food Information, 20(4), 344-380, 2019.
17. [17] Ding, Y., Wang, L., Li, Y. ve Li, D., "Model predictive control and its application in agriculture: A review", Computers and Electronics in Agriculture, 151, 104-117, 2018.
18. [18] Cáceres, G., Millán, P., Pereira, M. ve Lozano, D., "Smart farm irrigation: Model predictive control for economic optimal irrigation in agriculture", Agronomy, 11(9), 1810, 2021.
19. [19] Nahar, J., Liu, S., Mao, Y., Liu, J. and Shah, S. L., "Closed-loop scheduling and control for precision irrigation", Industrial & Engineering Chemistry Research, 58(26), 11485-11497, 2019.
20. [20] Sontag, E.D., Mathematical control theory: deterministic finite dimensional systems, 6, Springer, 2013.
21. [21] Lukes, D., "Global controllability of nonlinear systems", SIAM Journal on Control, 10(1), 112–126, 1972.