Автоматизация выращивания агрокультур в стационарном компактном тепличном комплексе с контролируемым микроклиматом на базе гидропонной системы

В настоящее время в сельском хозяйстве активно идет автоматизация процессов производства. Решения в области автоматизации сельского хозяйства позволяют сократить затраты времени и средств на производство продуктов питания и уменьшить влияние человеческого фактора – ошибок, которые могут повлечь гибель культур и нанести существенный урон предприятию. В статье рассматривается вопрос автоматизации и моделирования технологических процессов выращивания агрокультур в стационарном компактном тепличном комплексе с контролируемым микроклиматом на базе гидропонной системы. Представлена схема и модель поведения подобного комплекса, который позволяет производить циклическое выращивание путем периодического подтопления грунта питательным раствором, очищаемым с помощью биофильтра. Для моделирования поведения мини-теплицы использованы диаграммы состояний в нотации UML. Рассмотрена задача оценки работоспособности подобных модулей и фиксации нарушения технологических процессов выращивания на основе собранных данных. Использованы методы машинного обучения для оценки и прогнозирования климатических параметров в установке. Применение этих методов позволяет выполнять проактивный контроль технологических процессов в теплице, обеспечивать четкое соблюдение регламентов выращивания и экономно использовать ресурсы. Дальнейшие исследования предполагают построение метода проактивного контроля соблюдения технологических процессов на основе их формальных моделей.

1. Vasconez J.P., Kantor G.A., Auat Cheein F.A. Human-robot interaction in agriculture: A survey and current challenges. Biosystems Engineering. 2019;179:35–48. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2018.12.005.

2. Azmi H.N., Hajjaj S.S.H., Gsangaya K.R., Sultan M., Mail M.F., Hua L.S. Design and fabrication of an agricultural robot for crop seeding. Materials Today: Proceedings. 2021. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.03.191.

3. Gzar D.A., Mahmood A.M., Al-Adilee M.K.A. Recent trends of smart agricultural systems based on Internet of Things technology: A survey. Computers and Electrical Engineering. 2022;104A. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2022.108453.

4. Krestovnikov K., Korshunov D., Erashov A., Rogozin A. Scalable Architecture of Distributed Control System for Industrial Greenhouse Complexes. Data Science and Intelligent Systems. CoMeSySo 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. 2021;231:127-132. DOI: 10.1007/978-3-030-90321-3_12.

5. Качанова О.А., Левоневский Д.К. Архитектура программного обеспечения автоматизированного тепличного комплекса на основе облачных технологий. Программная инженерия. 2021;12(9):475–489. DOI: 10.17587/prin.12.475-489.

6. Raj J.S., Ananthi J.V. Automation using IoT in greenhouse environment. Journal of Information Technology and Digital World. 2019;1(01):38–47. DOI: 10.36548/jitdw.2019.1.005.

7. Shamshiri R., Kalantari F., Ting K.C., Thorp K., Hameed I.A., Weltzien C., Ahmad D., Shad Z. Advances in greenhouse automation and controlled environment agriculture: a transition to plant factories and urban agriculture. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2018;11(1):1–22. DOI: 10.25165/j.ijabe.20181101.3210.

8. Shah N.P., Bhatt P. Greenhouse automation and monitoring system design and implementation. International Journal of Advanced Research in Computer Science. 2017;8(9):468–471. DOI: 10.26483/ijarcs.v8i9.4981

9. Cosman S.I., Bilatiu C.A., Marţiş C.S. Development of an Automated System to Monitor and Control a Greenhouse. 2019 15th International Conference on Engineering of Modern Electric Systems (EMES). 2019:1–4. DOI: 10.1109/EMES.2019.8795186.

10. Ko C.C., Mon S.S. Microcontroller based greenhouse automatic control system. International Journal of Science, Engineering and Technology Research. 2014;3(5):0865–70.

11. Gonzalez Perez I., Calderon Godoy A.J. Greenhouse automation with programmable controller and decentralized periphery via field bus. 2009 IEEE International Conference on Mechatronics. 2009:1–6. DOI: 10.1109/ICMECH.2009.4957160.

12. Sivagami A., Hareeshvare U., Maheshwar S., Venkatachalapathy V.S.K. Automated irrigation system for greenhouse monitoring. Journal of The Institution of Engineers (India). 2018;99(2):183–191. DOI: 10.1007/s40030-018-0264-0.

13. Sammari S. Vertical farming. Cubes which are used for advanced vertical farming. Доступно по: https://www.kaggle.com/datasets/midouazerty/work-for-parmavir (дата обращения: 15.10.2022).

14. Kotthoff L., Thornton C., Hoos H.H., Hutter F., Leyton-Brown K. Auto-WEKA: Automatic Model Selection and Hyperparameter Optimization in WEKA. Automated Machine Learning. The Springer Series on Challenges in Machine Learning. 2019:81–95. DOI: 10.1007/978-3-030-05318-5_4.