Akıllı Tarımda Dayanıklı Kontrol Stratejileriyle Toprak Nem Dinamiği Yönetimi

Yıl 2023, Cilt: 13 Sayı: 3, 17 - 26, 18.10.2023

Gökhan Göksu

Öz

Akıllı tarımda dayanıklı kontrol stratejileri, toprak nem dinamiğini yönetmek için etkili bir yaklaşım sunmaktadır. Bu stratejiler ile, tarım alanlarında su kaynaklarının daha etkin ve verimli bir şekilde kullanılması sağlanmaktadır. Söz konusu dayanıklı kontrol stratejileri, toprak nem dinamiğini izlemek, analiz etmek ve gerektiğinde otomatik olarak sulama veya drenaj sistemlerini ayarlamak için kullanılabilmektedir. Bu şekilde, su kullanım verimliliği artırılarak, tarımsal üretimde sürdürülebilirlik sağlanmaktadır. Bu çalışmada, akıllı tarım için kullanılabilecek bir dayanıklı kontrol yaklaşımı, toprak nem dinamiği üzerinde geliştirilmiştir. Toprak nem dinamiği sisteminde, yağış miktarı, sulama/drenaj mekanizması, derin sızma ve toprağın buharlaşma seviyeleri gibi faktörlerin karmaşık etkileşimleri dikkate alınarak, topraktaki nem seviyesinin belirli bir kritik seviyede tutulmasını sağlayan dayanıklı bir kontrol yaklaşımı ele alınmaktadır. Ayrıca, bu yaklaşımın etkinliği, bir sayısal örnek üzerinden gösterilmektedir.

Anahtar Kelimeler

Dayanıklı kontrol sistemleri, kapalı çevrim kontrol sistemleri, toprak nem dinamiği, akıllı tarım

Kaynakça

• [1] L. Lipper, P. Thornton, B. M. Campbell, T. Baedeker, A. Braimoh, M. Bwalya, P. Caron, A. Cattaneo, D. Garrity, K. Henry ve R. Hottle, "Climate-smart agriculture for food security", Nature Climate Change, 4(12), 1068-1072, 2014.
• [2] M. Taylor, "Climate-Smart Agriculture: What is it good for?", The Journal of Peasant Studies, 45(1), 89-107, 2018.
• [3] F. K. Shaikh, S. Karim, S. Zeadally ve J. Nebhen, "Recent trends in Internet of Things enabled sensor technologies for smart agriculture", IEEE Internet of Things Journal, Basımda, 2022.
• [4] R. Rayhana, G. Xiao ve Z. Liu, "RFID sensing technologies for smart agriculture", IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, 24(3), 50-60, 2021.
• [5] Z. Sun, F. Zheng ve S. Yin, "Perspectives of research and application of Big Data on smart agriculture", Journal of Agricultural Science and Technology (Beijing), 15(6), 63-71, 2013.
• [6] S. I. Hassan, M. M. Alam, U. Illahi, M. A. Al Ghamdi, S. H. Almotiri ve M. M. Suud, "A systematic review on monitoring and advanced control strategies in smart agriculture", IEEE Access, 9, 32517-32548, 2021.
• [7] I. Marcu, G. Suciu, C. Bălăceanu, A. Vulpe ve A. M. Drăgulinescu, "Arrowhead technology for digitalization and automation solution: Smart cities and smart agriculture", Sensors, 20(5), 1464, 2020.
• [8] A. Rehman, T. Saba, M. Kashif, S. M. Fati, S. A. Bahaj, ve H. Chaudhry, "A revisit of Internet of Things technologies for monitoring and control strategies in smart agriculture", Agronomy, 12(1), 127, 2022.
• [9] P. P. Ray, "Internet of things for smart agriculture: Technologies, practices and future direction", Journal of Ambient Intelligence and Smart Environments, 9(4), 395-420, 2017.
• [10] B. B. Sinha ve R. Dhanalakshmi, "Recent advancements and challenges of Internet of Things in smart agriculture: A survey", Future Generation Computer Systems, 126, 169-184, 2022.a
• [11] M. Ayaz, M. Ammad-Uddin, Z. Sharif, A. Mansour, ve E. H. M. Aggoune, "Internet-of-Things (IoT)-based smart agriculture: Toward making the fields talk", IEEE Access, 7, 129551-129583, 2019.
• [12] T. A. Shaikh, T. Rasool ve F. R. Lone, "Towards leveraging the role of machine learning and artificial intelligence in precision agriculture and smart farming", Computers and Electronics in Agriculture, 198, 107119, 2022.
• [13] B. Güzel ve E. Okatan, "Tarım ve Yapay Zeka", Yapay Zekanın Değiştirdiği Dinamikler, 199-224, 2022.
• [14] E. Bwambale, F. K. Abagale ve G. K. Anornu, "Data-driven model predictive control for precision irrigation management", Smart Agricultural Technology, 100074, 2022.
• [15] R. G. Evans, J. LaRue, K. C. Stone ve B. A. King, "Adoption of site-specific variable rate sprinkler irrigation systems", Irrigation Science, 31, 871-887, 2013.
• [16] P. K. Jamrey ve G. K. Nigam, "Performance evaluation of drip irrigation systems", The Pharma Innovation Journal, 7(1), 346-348, 2018.
• [17] R. G. Evans, I. P. Wu ve A. G. Smajstrala, "Microirrigation systems", In Design and Operation of Farm Irrigation Systems, 2nd Edition, American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2007.
• [18] D. A. An-Vo, S. Mushtaq, K. Reardon-Smith, L. Kouadio, S. Attard, D. Cobon ve R. Stone, "Value of seasonal forecasting for sugarcane farm irrigation planning", European Journal of Agronomy, 104, 37-48, 2019.
• [19] L. K. Smedema, W. F. Vlotman ve D. Rycroft, "Modern land drainage: Planning, design and management of agricultural drainage systems", CRC Press, 2004.
• [20] G. Cembrano, J. Quevedo, M. Salamero, V. Puig, J. Figueras ve J. Martı, "Optimal control of urban drainage systems. A case study", Control Engineering Practice, 12(1), 1-9, 2004.
• [21] A. Nahvi, A. Daghighi ve S. Nazif, "The environmental impact assessment of drainage systems: a case study of the Karun river sugarcane development project", Archives of Agronomy and Soil Science, 64(2), 185-195, 2018.
• [22] Q. Zhou, "A review of sustainable urban drainage systems considering the climate change and urbanization impacts", Water, 6(4), 976-992, 2014.
• [23] G. Evliyaoğlu, "Farklı alan kullanımlarında toprak organik karbon dinamiğinin belirlenmesi", Anadolu Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, 2019.
• [24] M. V. Carstensen, F. Hashemi, C. C. Hoffmann, D. Zak, J. Audet ve B. Kronvang, "Efficiency of mitigation measures targeting nutrient losses from agricultural drainage systems: A review", Ambio, 49, 1820-1837, 2020.
• [25] M. J. Castellano, S. V. Archontoulis, M. J. Helmers, H. J. Poffenbarger ve J. Six, "Sustainable intensification of agricultural drainage", Nature Sustainability, 2(10), 914-921, 2019.
• [26] C. Yılmaz, E. Sefer ve M. E. Şahin, "Güneş Pili ile Çalışan Sera Otomasyonu", 1. Elektrik Elektronik Mühendisliğinde Güncel Gelişmeler Sempozyumu (EEMGG 2021), Trabzon, Türkiye, 24.09.2021-25.09.2021.
• [27] R. Ma'Mun, A. Loch ve M. D. Young, "Robust irrigation system institutions: A global comparison", Global Environmental Change, 64, p.102128, 2021.
• [28] V. Feliu-Batlle, R. R. Perez ve L. S. Rodriguez, "Fractional robust control of main irrigation canals with variable dynamic parameters", Control Engineering Practice, 15(6), pp.673-686, 2007.
• [29] C. Shang, W. H. Chen, A. D. Stroock ve F. You, "Robust model predictive control of irrigation systems with active uncertainty learning and data analytics", IEEE Transactions on Control Systems Technology, 28(4), pp.1493-1504, 2019.
• [30] Y. Yu, M. Shen, H. Sun ve Y. Shang, "Robust design of siphon drainage method for stabilizing rainfall-induced landslides", Engineering Geology, 249, pp.186-197, 2019.
• [31] A. Casal-Campos, S. M. Sadr, G. Fu ve D. Butler, "Reliable, resilient and sustainable urban drainage systems: an analysis of robustness under deep uncertainty", Environmental Science & Technology, 52(16), pp.9008-9021, 2018.
• [32] K. Uçak ve G. Ö. Günel, "Online support vector regression based adaptive NARMA-L2 controller for nonlinear systems", Neural Processing Letters, 53(1), 405-428, 2021.
• [33] G. D. Şen ve G. Ö. Günel, "NARMA-L2–based online computed torque control for robotic manipulators", Transactions of the Institute of Measurement and Control, 01423312231153255, 2023.
• [34] G. D. Şen, "NARMA-L2 controller design for nonlinear systems using online least square support vector regression", İstanbul Teknik Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, 2019.
• [35] G. Göksu, Smart Agriculture GitHub Repository, https://github.com/gokhangoksu/SmartAgriculture, Erişim tarihi: 21.08.2023.