Show HN: شبكة من محطات الطقس للمساعدة في منع انجراف رش المبيدات

16
Screenshot of the Riverland Mesonet during the beginning of an inversion
لقطة من Riverland Mesonet أثناء بداية الانقلاب

مرحبًا من الفريق الذي قام ببناء شبكات محطة الطقس “ميزونيت” في ولاية جنوب أستراليا!

) الميزونيت هو مصطلح لشبكة من محطات الأرصاد الجوية الآلية المصممة لمراقبة الظواهر الجوية عند كثافة جغرافية عالية ويتم تحديثها بشكل متكرر.

قمنا ببناء هذه شبكات للمساعدة في منع انجراف رش المبيدات – الظاهرة التي يؤدي فيها رش المبيدات التي يتم رشها على المحاصيل إلى الانجراف إلى محاصيل أخرى ، على بعد عدة كيلومترات في بعض الأحيان.

يمكن أن يكون انجراف الرذاذ مشكلة كبيرة ، حيث يمكن أن يؤدي إلى إتلاف أو حتى تدمير المحاصيل ذات القيمة العالية ، ويمكن أن يتسبب أيضًا في تلوث المجاري المائية وإلحاق الضرر بالنظم البيئية المحلية.

أكبر عامل في انجراف الرش هو وجود انعكاس حراري ، وهي حالة تزداد فيها درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع ، والتي تحدث عادة في في المساء وبين عشية وضحاها عندما تبرد الأرض ، ولكن يمكن أن يحدث ذلك في أوقات أخرى. لكن ظواهر الأرصاد الجوية الأخرى تؤثر أيضًا على احتمالية انجراف الرذاذ ، وتستجيب أنواع مختلفة من الرش بشكل مختلف.

لذلك قمنا بتصميم محطة أرصاد جوية لقياس كل شيء. ظواهر الأرصاد الجوية ذات الصلة ، وخاصة للكشف عن الانقلابات الحرارية ، وتطبيق ويب مخصص لعرض البيانات بتنسيق سريع جدًا وسهل الوصول إليه وفهمه.

لقد نشرنا الآن 70 من هذه المحطات عبر اثنتين من المناطق الزراعية الرئيسية في جنوب أستراليا ، ويبدو أنه حتى الآن يحدث فرقًا: لم يتم الإبلاغ عن أي ضرر بسبب انجراف الرش في هذه المناطق منذ ذلك الحين تم نشر الشبكات.

الخلفية

حددت مجموعة من أصحاب المصلحة في منطقة منتصف الشمال بجنوب أستراليا انجراف الرش كقضية رئيسية.

المنطقة ، إلى شمال عاصمة جنوب أستراليا أديلايد ، لديها قطاع زراعي مزدهر ، ينتج القمح والشعير والعنب والنبيذ ، lses والثروة الحيوانية وغيرها من المنتجات.

يقدر إجمالي الإنتاج السنوي من المنطقة بنحو 2 مليار دولار أسترالي. تشير التقديرات إلى أن الخسارة المحتملة في الإنتاج من انجراف الرش قد تصل إلى 178 مليون دولار في السنة ، كما أن الضرر المحتمل للممرات المائية والنظم البيئية المحلية كبير.

عمل أصحاب المصلحة المحليون مع خبراء الأرصاد الجوية والباحثين لتطوير حل ، ثم سعوا للحصول على تمويل من حكومة ولاية جنوب أستراليا لتمويل المشروع. في عام 2018 ، تم تقديم منحة بقيمة 1.4 مليون دولار أمريكي ، وتم إطلاق 40 محطة أرصاد جوية تجريبية. سميت ميد نورث ميسونت.

تم اعتبار الطيار ناجحًا ، وفي عام 2019 ، تم تقديم منحة أخرى من قبل حكومة الولاية لشبكة في منطقة ريفرلاند ومالي إلى الشمال الشرقي من أديلايد.

في العامين الماضيين منذ أن تم طرح منتصف شمال ميسونيت ، كان هناك لم يتم الإبلاغ عن حالات تلف المحاصيل بسبب انجراف الرش.

مشكلة انجراف الرذاذ

يقوم المزارعون برش المبيدات على محاصيلهم لمكافحة الآفات. إنها سمة مهمة للزراعة الحديثة. يمكن استخدام مبيدات الأعشاب لاستهداف النباتات عريضة الأوراق ، وفي أوقات أخرى لاستهداف الحشائش الصيفية.

يحدث انجراف الرذاذ عندما “ينجرف” رش المبيدات إلى الداخل. المناطق غير المستهدفة.

رذاذ الانجراف مشكلة بسبب:

  • قد تكون المنطقة غير المستهدفة المتأثرة معرضة بشكل خاص لمبيدات الآفات (مثل المحاصيل ذات الأوراق العريضة مثل كروم العنب معرضة بشكل خاص)
  • بعض الأسواق شديدة الحساسية لكمية بقايا المبيدات التي يمكن اكتشافها في النهاية المنتجات (مثل صادرات النبيذ إلى الصين ؛ المزارع العضوية ؛ إلخ)
  • المنطقة غير المستهدفة المتأثرة قد يكون نظامًا بيئيًا طبيعيًا حساسًا (مثل الممرات المائية المحلية)
  • قد تشمل المنطقة غير المستهدفة المتأثرة خزانات مياه الأمطار المستخدمة لمياه الشرب
  • وهي هدر لمنتج المبيدات وتكاليف وقت العمالة

أسباب انجراف الرذاذ

يمكن أن تؤدي مجموعة من الظروف إلى انجراف الرش.

سرعة الرياح

سرعة الرياح منخفضة جدًا أو عالية جدًا.

درجة الحرارة

درجة حرارة تزيد عن حوالي 28 درجة مئوية (83 درجة فهرنهايت).

الرطوبة

يختلف تأثير الرطوبة حسب نوع الرش. يجب أن تقدم إرشادات الشركة المصنعة للرش إرشادات.

استقرار الغلاف الجوي

غير مستقر أو مستقرة يمكن أن تؤدي الظروف إلى انجراف الرش. يجب أن تكون الشروط محايدة.

الانقلاب الحراري

الانقلاب الحراري ، حيث ترتفع درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع ، هو عامل خطر رئيسي لانجراف الرش.

تحدث الانقلابات بشكل عام في المساء وبين عشية وضحاها عندما تبرد الأرض ، ولكن يمكن أن تحدث في أوقات أخرى.

الانقلابات الحرارية

بالنسبة للممارسات الزراعية الحالية ، يحدث انجراف الرش لمسافات طويلة بشكل عام أثناء الظروف الجوية المستقرة للغاية (أي القليل من الاضطرابات الجوية أو منعدمة).

يحدث الانعكاس الحراري عندما توضع طبقة دافئة من الهواء فوق طبقة هواء أكثر برودة بالقرب من الأرض.

هذا يقلل من اضطراب الهواء ويمكن أن يكون بمثابة “غطاء” لمصدر الملوثات المحمولة جوا. يعني عدم وجود اضطراب في الهواء أن قطرات الرش الصغيرة تطفو دون أن تستقر على المحاصيل المستهدفة.

يمكن لنسيم خفيف جدًا أن يحمل هذه القطيرات العائمة كبيرة الحجم. مسافات قبل أن تنزل في النهاية إلى منطقة غير مستهدفة.

من غير القانوني الرش أثناء الانقلاب الحراري.

Diagram of an inversion المشكلة: من الصعب جدًا على المزارعين معرفة ما إذا كان الانعكاس الحراري جاري.

Diagram of an inversion
رسم تخطيطي لانقلاب
Photograph of an inversion with smoke
صورة انعكاس بالدخان

محطات الطقس لدينا

تم تصميم محطات الطقس لدينا من أجل:

  • قم بقياس درجة الحرارة عند 1.2 م و 10 م ، من أجل الكشف عن الانقلابات
  • قم بقياس جميع مقاييس الطقس ذات الصلة بتحديد ما إذا كان الرش آمنًا
  • تحديث البيانات كل 10 دقائق حتى يتمكن المزارعون من الوصول إلى أحدث القراءات

تتكون من:

  • مستشعرات درجة الحرارة عند 1.2 م

فرق درجات الحرارة بين 10 م و 1.2 م

  • مستشعرات سرعة الرياح والاتجاه عند 2 م و 10 م
  • مستشعر الإشعاع الشمسي
  • مستشعر الضغط
  • مستشعر الرطوبة النسبية
  • هوائي
  • DataLogger الذي يأخذ قراءات كل 10 دقائق ، ويقوم ببعض العمليات الحسابية محليًا ، ويقوم بالتحميل عبر البيانات الخلوية (3G / 4G) إلى خادم الويب للمعالجة والعرض

يعمل كل برج ذاتيًا بلوحة شمسية وبطارية.

Screenshot of the Mid North Mesonet Map View with wind speeds shown
محطة الطقس في Walker Flat، SA
Weather Station at Pinkerton Plains, SA
محطة الأرصاد الجوية في بينكرتون بلينز ، SA

ذ تطبيق الويب الإلكتروني

استخدمنا في البداية تطبيق ويب جاهزًا لعرض بيانات الأرصاد الجوية ، ولكن سرعان ما أدركنا أننا بحاجة إلى شيء مخصص احتياجاتنا. وجدنا شركة كانت تعمل بالفعل في بناء تطبيقات الويب لعرض البيانات البيئية للمزارعين ، وكانوا على استعداد لبناء نسخة مخصصة لنا.

المتطلبات الرئيسية للتطبيق كانت:

  • يتم عرض كل من المقاييس المرصودة على الخريطة ، مع التبديل السريع / البسيط بين كل مقياس
  • لوحة تحكم لجميع المقاييس الرئيسية الحالية والرسوم البيانية التاريخية الحديثة
  • تتوفر أيضًا رسوم بيانية طويلة الأجل لجميع المقاييس الرئيسية ، بالإضافة إلى بيانات الـ 48 ساعة الماضية بتنسيق جدولي
  • يجب أن يتم عرض الموقع بشكل جيد وأن يكون سهل الاستخدام على الجهاز المحمول ، وأن يكون سريع الاستخدام حتى في المناطق مع قوة إشارة خلوية منخفضة ، بالنظر إلى أن الكثير من الاستخدام سيكون من قبل المزارعين في الحقول في المناطق النائية.

التقنيات الرئيسية هي:

  • روبي على القضبان
  • PostgreSQL
  • ريديس
  • Sidekiq لمعالجة قائمة الانتظار
  • تتفاعل

يتم تحميل البيانات من مسجل البيانات عبر FTP (والذي قد يبدو بدائيًا ، لكن عالم بيانات الأرصاد الجوية لا يزال يعتمد بشكل كبير على FTP ).

عند اكتشاف البيانات الجديدة ، يأخذ التطبيق أولاً أحدث القراءات ، ويقوم بتحديث هياكل البيانات لطرق عرض الخريطة ولوحة القيادة.

ثم توضع البيانات التاريخية في قائمة انتظار لتحديث الرسوم البيانية التاريخية.

يتم تنسيق جميع البيانات الخاصة بعرض الخريطة ولوحات المعلومات والرسوم البيانية التاريخية في تجزئة JSON ثم تسلسلها وتخزينها في ذاكرة التخزين المؤقت Redis. بهذه الطريقة ، عندما تقدم واجهة الويب React طلبًا ، يمكن استرداد البيانات المنسقة مسبقًا وإرسالها بسرعة كبيرة ، حيث لا يلزم استعلام أو معالجة أو تنسيق البيانات في وقت الطلب.

Screenshot of the Mid North Mesonet Map View with wind speeds shown
لقطة شاشة من عرض خريطة منتصف شمال Mesonet مع عرض سرعات الرياح
Screenshot of the Riverland Mallee Mesonet Map View with temperatures shown
لقطة شاشة لعرض خريطة Riverland Mallee Mesonet مع درجات الحرارة المعروضة

النتائج حتى الآن

في العامين الماضيين منذ نشر منتصف الشمال Mesonet ، لم يتم الإبلاغ عن حالات تلف المحاصيل بسبب انجراف الرش.

تم الإبلاغ عن الأضرار والخسائر في معظم السنوات السابقة – على الرغم من ليس كل شيء. لذلك من السابق لأوانه معرفة ما إذا كانت المشكلة قد تم حلها بالكامل ، لكن المؤشرات واعدة.

تعرب الهيئات الحكومية والمنظمات غير الحكومية الأخرى عن اهتمامها بـ إنشاء شبكات الميزونيت الخاصة بهم.

جهات الاتصال

ديمون جريس
مهندس المشروع
[email protected]

وارويك جريس
عالم الأرصاد الجوية
[email protected]

توم هوارد
مطور ويب
توم + [email protected]