Internet of things enabled smart agriculture: Current status, latest advancements, challenges and countermeasures کشاورزی هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا: وضعیت فعلی، آخرین پیشرفتها، چالشها و اقدامات متقابل
Navod Neranjan Thilakarathne **, Muhammad Saifullah Abu Bakar, Pg نوود نرانجان ثیلاکاراتنه **، محمد سیف الله ابوبکر، صEmeroylariffion Abas, Hayati Yassin * امرویلریفیون عباس، حیاتی یاسین *Faculty of Integrated Technologies, Universiti Brunei Darussalam, Gadong, BE1410, Brunei دانشکده فناوری های یکپارچه، دانشگاه برونئی دارالسلام، گادونگ، BE1410، برونئی
It is no wonder that agriculture plays a vital role in the development of some countries when their economies rely on agricultural activities and the production of food for human survival. Owing to the ever-increasing world population, estimated at 7.9 billion in 2022, feeding this number of people has become a concern due to the current rate of agricultural food production subjected to various reasons. The advent of the Internet of Things (IoT) based technologies in the 21st century has led to the reshaping of every industry, including agriculture, and has paved the way for smart agriculture, with the technology used towards automating and controlling most aspects of traditional agriculture. Smart agriculture, interchangeably known as smart farming, utilizes IoT and related enabling technologies such as cloud computing, artificial intelligence, and big data in agriculture and offers the potential to enhance agricultural operations by automating and making intelligent decisions, resulting in increased efficiency and a better yield with minimum waste. Consequently, most governments are spending more money and offering incentives to switch from traditional to smart agriculture. Nonetheless, the COVID-19 global pandemic served as a catalyst for change in the agriculture industry, driving a shift toward greater reliance on technology over traditional labor for agricultural tasks. In this regard, this research aims to synthesize the current knowledge of smart agriculture, highlighting its current status, main components, latest application areas, advanced agricultural practices, hardware and software used, success stores, potential challenges, and countermeasures to them, and future trends, for the growth of the industry as well as a reference to future research. جای تعجب نیست که کشاورزی نقش حیاتی در توسعه برخی کشورها ایفا میکند، زیرا اقتصاد آنها به فعالیتهای کشاورزی و تولید غذا برای بقای انسان متکی است. با توجه به افزایش روزافزون جمعیت جهان که در سال ۲۰۲۲ به ۷.۹ میلیارد نفر تخمین زده میشود، تغذیه این تعداد از مردم به دلیل نرخ فعلی تولید مواد غذایی کشاورزی به دلایل مختلف به یک نگرانی تبدیل شده است. ظهور فناوریهای مبتنی بر اینترنت اشیا (IoT) در قرن بیست و یکم منجر به تغییر شکل هر صنعتی، از جمله کشاورزی، شده و راه را برای کشاورزی هوشمند هموار کرده است، با این فناوری که برای خودکارسازی و کنترل اکثر جنبههای کشاورزی سنتی استفاده میشود. کشاورزی هوشمند، که به طور متناوب به عنوان کشاورزی هوشمند شناخته میشود، از اینترنت اشیا و فناوریهای توانمند مرتبط مانند محاسبات ابری، هوش مصنوعی و کلان داده در کشاورزی استفاده میکند و پتانسیل بهبود عملیات کشاورزی را با خودکارسازی و تصمیمگیری هوشمند ارائه میدهد که منجر به افزایش کارایی و عملکرد بهتر با حداقل ضایعات میشود. در نتیجه، اکثر دولتها پول بیشتری خرج میکنند و مشوقهایی برای تغییر از کشاورزی سنتی به هوشمند ارائه میدهند. با این وجود، همهگیری جهانی کووید-۱۹ به عنوان کاتالیزوری برای تغییر در صنعت کشاورزی عمل کرد و باعث تغییر به سمت اتکای بیشتر به فناوری به جای نیروی کار سنتی برای انجام وظایف کشاورزی شد. در همین راستا، این تحقیق با هدف ترکیب دانش فعلی کشاورزی هوشمند، برجسته کردن وضعیت فعلی، اجزای اصلی، جدیدترین حوزههای کاربردی، شیوههای پیشرفته کشاورزی، سختافزار و نرمافزار مورد استفاده، ذخایر موفقیت، چالشهای بالقوه و اقدامات متقابل برای آنها و روندهای آینده، برای رشد صنعت و همچنین اشارهای به تحقیقات آینده انجام شده است.
1. Introduction ۱. مقدمه
Despite the low impression that many people have towards agriculture as a profession, the reality is that continuous agricultural food production is essential for human survival [1,2]. Throughout the course of history, humans have relied on agricultural food production after giving up hunting and nomadic lifestyles 12000 years ago [1,3]. Traditional hunting lifestyles were abandoned in favour of permanent communities and consistent food sources, and cities and civilizations emerged as a result of agriculture [2]. With agriculture allowing the production of food and animals according to demand, the global population has subsequently exploded from about five million people to over seven billion in 10,000 years [1]. In diverse places of the world, people started farming, as a source of علیرغم تصور پایینی که بسیاری از مردم نسبت به کشاورزی به عنوان یک حرفه دارند، واقعیت این است که تولید مداوم مواد غذایی کشاورزی برای بقای انسان ضروری است [1،2]. در طول تاریخ، انسانها پس از کنار گذاشتن شکار و سبک زندگی عشایری در 12000 سال پیش، به تولید مواد غذایی کشاورزی متکی بودهاند [1،3]. سبک زندگی شکار سنتی به نفع جوامع دائمی و منابع غذایی پایدار کنار گذاشته شد و شهرها و تمدنها در نتیجه کشاورزی پدیدار شدند [2]. با کشاورزی که امکان تولید غذا و حیوانات را بر اساس تقاضا فراهم کرد، جمعیت جهان متعاقباً در 10000 سال از حدود پنج میلیون نفر به بیش از هفت میلیارد نفر افزایش یافت [1]. در مناطق مختلف جهان، مردم به عنوان منبعی از
their main livelihood [2,3], making agriculture the primary and oldest industry in the world. Over the years, the agriculture industry has evolved but still remains a crucial industry towards economic development and balancing social stability [4,5]. معیشت اصلی آنها [2،3]، و کشاورزی را به صنعت اصلی و قدیمی جهان تبدیل کرده است. در طول سالها، صنعت کشاورزی تکامل یافته است، اما همچنان یک صنعت حیاتی برای توسعه اقتصادی و ایجاد تعادل در ثبات اجتماعی است [4،5].
From generation to generation, the traditional approach of agriculture has undergone many transformations and has progressively evolved, aiming to improve overall productivity while confronting a variety of challenges [4-7]. Along the historical timeline, the transformation of agriculture can be categorized into several stages [1-5]; Agriculture 1.0, 2.0, 3.0, and afterward 4.0, as depicted in Fig. 1. از نسلی به نسل دیگر، رویکرد سنتی کشاورزی دستخوش تحولات بسیاری شده و به تدریج تکامل یافته است، با هدف بهبود بهرهوری کلی در عین مواجهه با چالشهای متنوع [4-7]. در طول جدول زمانی تاریخی، تحول کشاورزی را میتوان به چندین مرحله طبقهبندی کرد [1-5]؛ کشاورزی 1.0، 2.0، 3.0 و پس از آن 4.0، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.
Agriculture 1.0 (Pre-Industrial Era): The traditional agricultural era (1784-1870) relied heavily on human and animal labor. Tools like the wooden plow and irrigation canals represented early attempts to improve efficiency. However, these methods were laborintensive and slow, leading to limited productivity and significant operational inefficiencies [1-4]. کشاورزی ۱.۰ (دوران پیش از صنعتی شدن): دوران کشاورزی سنتی (۱۷۸۴-۱۸۷۰) به شدت به نیروی کار انسان و حیوان متکی بود. ابزارهایی مانند گاوآهن چوبی و کانالهای آبیاری، تلاشهای اولیه برای بهبود بهرهوری بودند. با این حال، این روشها پرزحمت و کند بودند و منجر به بهرهوری محدود و ناکارآمدی عملیاتی قابل توجهی میشدند [1-4].
Transition to Agriculture 2.0: The inefficiencies of manual labor and the growing need to cultivate larger areas led to the introduction of mechanized tools during the Industrial Revolution [1-4]. Steam powered engines and mechanical threshers reduced reliance on animal labor, enabling larger-scale farming. گذار به کشاورزی ۲.۰: ناکارآمدی کار دستی و نیاز روزافزون به کشت در مناطق بزرگتر منجر به معرفی ابزارهای مکانیزه در طول انقلاب صنعتی شد [1-4]. موتورهای بخار و خرمنکوبهای مکانیکی، وابستگی به نیروی کار حیوانات را کاهش دادند و امکان کشاورزی در مقیاس بزرگتر را فراهم کردند.
Agriculture 2.0 (Industrial Mechanization): In the 20th century, man-made machinery revolutionized agricultural practices, significantly boosting productivity. However, the mechanization of agriculture also introduced challenges such as resource inefficiency and environmental degradation due to the indiscriminate use of machinery. These inefficiencies became a fundamental issue during the period from 1950 to 1992 [1-3]. کشاورزی ۲.۰ (مکانیزاسیون صنعتی): در قرن بیستم، ماشینآلات ساخت بشر، شیوههای کشاورزی را متحول کردند و به طور قابل توجهی بهرهوری را افزایش دادند. با این حال، مکانیزاسیون کشاورزی چالشهایی مانند ناکارآمدی منابع و تخریب محیط زیست به دلیل استفاده بیرویه از ماشینآلات را نیز به همراه داشت. این ناکارآمدیها در دوره زمانی ۱۹۵۰ تا ۱۹۹۲ به یک مسئله اساسی تبدیل شدند [1-3].
Transition to Agriculture 3.0: To address resource inefficiency and labor shortages, the mid 20th century saw the development of automated systems like robotic controls and early irrigation controls. These advancements allowed for better resource management but still lacked data-driven intelligence. گذار به کشاورزی ۳.۰: برای رفع ناکارآمدی منابع و کمبود نیروی کار، اواسط قرن بیستم شاهد توسعه سیستمهای خودکار مانند کنترلهای رباتیک و کنترلهای اولیه آبیاری بود. این پیشرفتها امکان مدیریت بهتر منابع را فراهم کردند، اما هنوز فاقد هوش مبتنی بر داده بودند.
Agriculture 3.0 (Automation): Between 1992 and 2017, agricultural processes saw rapid advancements in automation, which improved consistency and reduced manual effort. However, a significant limitation during this period was the reliance on intuition rather than data-driven decision-making, resulting in a low degree of operational intelligence [1,4]. کشاورزی ۳.۰ (اتوماسیون): بین سالهای ۱۹۹۲ تا ۲۰۱۷، فرآیندهای کشاورزی شاهد پیشرفتهای سریعی در اتوماسیون بودند که باعث بهبود ثبات و کاهش تلاش دستی شد. با این حال، یک محدودیت قابل توجه در این دوره، تکیه بر شهود به جای تصمیمگیری مبتنی بر داده بود که منجر به درجه پایین هوش عملیاتی شد [1،4].
Transition to Agriculture 4.0: The digital revolution introduced IoT, AI, and big data, enabling real-time monitoring and precision farming. These technologies addressed the need for data-driven decisions, enhancing productivity, and sustainability. گذار به کشاورزی ۴.۰: انقلاب دیجیتال، اینترنت اشیا، هوش مصنوعی و کلانداده را معرفی کرد که امکان نظارت بلادرنگ و کشاورزی دقیق را فراهم میکند. این فناوریها نیاز به تصمیمگیریهای مبتنی بر داده، افزایش بهرهوری و پایداری را برطرف کردند.
Agriculture 4.0 (Smart Farming): The smart agricultural era, which began in 2017, is defined by autonomous operations powered by advanced information and communication technologies [1,4]. By leveraging interconnected devices and sophisticated analytics, smart agriculture optimizes every aspect of farming, from planting to harvesting; enhancing efficiency, sustainability, and adaptability to climate challenges. کشاورزی ۴.۰ (کشاورزی هوشمند): عصر کشاورزی هوشمند که در سال ۲۰۱۷ آغاز شد، با عملیات خودکار مبتنی بر فناوریهای پیشرفته اطلاعات و ارتباطات تعریف میشود [1،4]. کشاورزی هوشمند با بهرهگیری از دستگاههای متصل به هم و تجزیه و تحلیلهای پیچیده، هر جنبهای از کشاورزی، از کاشت تا برداشت را بهینه میکند و بهرهوری، پایداری و سازگاری با چالشهای اقلیمی را افزایش میدهد.
In the current era of Agriculture 4.0, also known as Data-Driven Agriculture [8,9], agricultural activities are deeply integrated with modern information technologies governed by IoT, big data, cloud computing, and artificial intelligence (AI), to execute agricultural tasks more efficiently and effectively [6-9]. In short, smart agriculture combines agriculture with IoT systems to create opportunities for the development of agricultural production and utilize fewer resources [4,10-14]. Even though many researchers have stated that we are currently in the era of Agriculture 4.0, a few researchers have stated that as of now [14-16], we are currently at the dawn of Agriculture 5.0, which focuses more on IoT, AI, unmanned machinery, and big data to increase agricultural operations as opposed to agriculture 4.0. Not only that but also, they emphasized that apart from these technical breakthroughs, Agriculture 5.0 will also combine green energy sources to increase the efficiency of the agriculture sector. The availability of renewable energy sources such as wind, solar, and biomass energy is not restricted, which means combining green energy sources, such as renewable energy sources, with emerging technology in agriculture can be extremely lucrative for the industry. Therefore, farmers that use this form of energy may have a long-term source of income while also attaining a reduction in their environmental imprint and becoming more effective in the approaching era of Agriculture 5.0. در عصر کنونی کشاورزی ۴.۰، که با نام کشاورزی دادهمحور [8،9] نیز شناخته میشود، فعالیتهای کشاورزی عمیقاً با فناوریهای اطلاعات مدرن تحت کنترل اینترنت اشیا، کلانداده، محاسبات ابری و هوش مصنوعی (AI) ادغام شدهاند تا وظایف کشاورزی را کارآمدتر و مؤثرتر انجام دهند [6-9]. به طور خلاصه، کشاورزی هوشمند، کشاورزی را با سیستمهای اینترنت اشیا ترکیب میکند تا فرصتهایی را برای توسعه تولید کشاورزی و استفاده از منابع کمتر ایجاد کند [4،10-14]. اگرچه بسیاری از محققان اظهار داشتهاند که ما در حال حاضر در عصر کشاورزی ۴.۰ هستیم، اما تعداد کمی از محققان اظهار داشتهاند که در حال حاضر [14-16]، ما در حال حاضر در آغاز کشاورزی ۵.۰ هستیم که بیشتر بر اینترنت اشیا، هوش مصنوعی، ماشینآلات بدون سرنشین و کلانداده برای افزایش عملیات کشاورزی در مقایسه با کشاورزی ۴.۰ تمرکز دارد. آنها نه تنها این، بلکه تأکید کردند که جدا از این پیشرفتهای فنی، کشاورزی ۵.۰ منابع انرژی سبز را نیز برای افزایش بهرهوری بخش کشاورزی ترکیب خواهد کرد. دسترسی به منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی باد، خورشید و زیستتوده محدود نیست، به این معنی که ترکیب منابع انرژی سبز، مانند منابع انرژی تجدیدپذیر، با فناوریهای نوظهور در کشاورزی میتواند برای این صنعت بسیار سودآور باشد. بنابراین، کشاورزانی که از این نوع انرژی استفاده میکنند، میتوانند منبع درآمد بلندمدتی داشته باشند و در عین حال به کاهش اثرات زیستمحیطی خود دست یابند و در دوران نزدیک به کشاورزی ۵.۰ مؤثرتر عمل کنند.
According to the United Nations Food and Agriculture Organization [14], the world population is expected to reach 10 billion by طبق گزارش سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد [14]، انتظار میرود جمعیت جهان تا سال 2015 به 10 میلیارد نفر برسد.
Fig. 1. Evolution of Agriculture (from the era of Agriculture 1.0 to Agriculture 4.0). شکل ۱. تکامل کشاورزی (از دوران کشاورزی ۱.۰ تا کشاورزی ۴.۰).
2050 and may reach 11 billion by the end of the century [12,14]. This places a huge demand on the agricultural sector, necessitating the expansion of agricultural food production to feed the growing population. As a result, it may be necessary to increase agricultural production by 70%70 \% by 2050 to feed this number of people [11,12,14]. Cities, on the other hand, have a higher population density than rural areas. As the population grows, this disparity is expected to widen, resulting in a loss of arable land and water supplies. According to the studies [6,7], total arable land for food production was estimated to be around 20 million square miles ( 40%40 \% of the world’s land) in 2013 and eventually dropped to 18 million square miles ( 38%38 \% of the world’s land area) as a result of rapid urbanization, resulting in a food supply-demand gap. 2050 و ممکن است تا پایان قرن به 11 میلیارد نفر برسد [12،14]. این امر تقاضای زیادی را برای بخش کشاورزی ایجاد میکند و گسترش تولید مواد غذایی کشاورزی را برای تغذیه جمعیت رو به رشد ضروری میسازد. در نتیجه، ممکن است لازم باشد تا سال 2050 تولید کشاورزی را به میزان 0٪ افزایش دهیم تا این تعداد از مردم را تغذیه کنیم [11،12،14]. از سوی دیگر، شهرها تراکم جمعیت بیشتری نسبت به مناطق روستایی دارند. با افزایش جمعیت، انتظار میرود این اختلاف بیشتر شود و منجر به از دست رفتن زمینهای زراعی و منابع آب شود. طبق مطالعات [6،7]، کل زمینهای زراعی برای تولید مواد غذایی در سال 2013 حدود 20 میلیون مایل مربع (1٪ از زمینهای جهان) تخمین زده شد و در نهایت به دلیل شهرنشینی سریع به 18 میلیون مایل مربع (2٪ از مساحت زمینهای جهان) کاهش یافت و منجر به شکاف عرضه و تقاضای مواد غذایی شد.
In addition, as the global population ages, there will be fewer people available to work, especially in rural regions of low-income nations that rely mostly on agricultural output for their economy [14-18]. Farmers also prefer traditional farming methods because they are hesitant to use new technologies [12]. Overall agricultural output may be reduced due to declining arable land owing to urbanization, aging, and farmer’s reluctance to adopt new technologies. Furthermore, climate change challenges, such as the increased occurrence of natural disasters, for example, droughts, floods, and transboundary pests and diseases, are reducing agricultural output. Climate change does, in fact, have a disproportionately negative impact on food-insecure areas, threatening crop and livestock production [16]. Taking all of this into account, meeting rising agricultural demand with current farming practices will almost certainly result in increased competition for natural resources, increased greenhouse gas emissions, and further deforestation and land degradation, ultimately leading to food shortages and worsening the situation [14]. Fig. 2 depicts how food shortages would develop over time, in tandem with the world’s ever-increasing population [14,18-20]. According to Fig. 2, there was a surplus of food supply in the early years due to the size of the world population, whereas as time passed due to the exponential growth of the world population and the slow growth rate of food production, there would be a food deficit, which would eventually become an agony if not managed beforehand. علاوه بر این، با افزایش سن جمعیت جهان، افراد کمتری برای کار در دسترس خواهند بود، به خصوص در مناطق روستایی کشورهای کمدرآمد که بیشتر به تولیدات کشاورزی برای اقتصاد خود متکی هستند [14-18]. کشاورزان همچنین روشهای سنتی کشاورزی را ترجیح میدهند زیرا در استفاده از فناوریهای جدید مردد هستند [12]. به طور کلی، تولیدات کشاورزی ممکن است به دلیل کاهش زمینهای زراعی به دلیل شهرنشینی، پیری و عدم تمایل کشاورزان به پذیرش فناوریهای جدید کاهش یابد. علاوه بر این، چالشهای تغییرات اقلیمی، مانند افزایش وقوع بلایای طبیعی، به عنوان مثال، خشکسالی، سیل و آفات و بیماریهای فرامرزی، در حال کاهش تولیدات کشاورزی هستند. در واقع، تغییرات اقلیمی تأثیر منفی نامتناسبی بر مناطق ناامن غذایی دارد و تولید محصولات کشاورزی و دامی را تهدید میکند [16]. با در نظر گرفتن همه این موارد، برآورده کردن تقاضای رو به افزایش کشاورزی با شیوههای فعلی کشاورزی تقریباً مطمئناً منجر به افزایش رقابت برای منابع طبیعی، افزایش انتشار گازهای گلخانهای و جنگلزدایی بیشتر و تخریب زمین خواهد شد که در نهایت منجر به کمبود مواد غذایی و بدتر شدن اوضاع میشود [14]. شکل 2 نشان میدهد که چگونه کمبود مواد غذایی به مرور زمان، همزمان با افزایش جمعیت جهان، ایجاد میشود [14،18-20]. طبق شکل 2، در سالهای اولیه به دلیل حجم جمعیت جهان، مازاد عرضه مواد غذایی وجود داشت، در حالی که با گذشت زمان به دلیل رشد نمایی جمعیت جهان و نرخ رشد آهسته تولید مواد غذایی، کمبود مواد غذایی وجود خواهد داشت که در صورت عدم مدیریت از قبل، در نهایت به یک معضل تبدیل خواهد شد.
Expansion of agricultural food production and economic progress have frequently come at a cost to the environment, and it always will be the same unless there is a way to utilize available resources with maximum efficiency [12]. Nearly half of the world’s forests have already vanished, and the availability of groundwater is rapidly diminishing [3]. Biodiversity has suffered significantly, and annually, billions of tons of greenhouse gases are released into the atmosphere as a result of the combustion of fossil fuels, causing global warming and climate change [14]. All of these negative trends are intensifying, and agriculture is a significant contributor to the situation [20-24]. Deforestation, primarily for agricultural purposes, contributes significantly to global greenhouse gas emissions and results in habitat damage, species extinction, and biodiversity degradation [14]. These trends jeopardize the long-term viability of agricultural systems and endanger the world’s ability to meet its food requirements, raising doubt on environmental sustainability. In return, even little changes in the environment, such as variations in yearly rainfall or seasonal precipitation patterns, can have a significant impact on agricultural food production as well [25,26]. گسترش تولید مواد غذایی کشاورزی و پیشرفت اقتصادی اغلب با هزینههایی برای محیط زیست همراه بوده است و همیشه به همین منوال خواهد بود مگر اینکه راهی برای استفاده از منابع موجود با حداکثر بهرهوری وجود داشته باشد [12]. تقریباً نیمی از جنگلهای جهان از بین رفتهاند و دسترسی به آبهای زیرزمینی به سرعت در حال کاهش است [3]. تنوع زیستی به طور قابل توجهی آسیب دیده است و سالانه میلیاردها تن گاز گلخانهای در نتیجه احتراق سوختهای فسیلی به جو آزاد میشود که باعث گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی میشود [14]. همه این روندهای منفی در حال تشدید هستند و کشاورزی نقش مهمی در این وضعیت دارد [20-24]. جنگلزدایی، عمدتاً برای اهداف کشاورزی، به طور قابل توجهی در انتشار گازهای گلخانهای جهانی نقش دارد و منجر به آسیب به زیستگاهها، انقراض گونهها و تخریب تنوع زیستی میشود [14]. این روندها، پایداری بلندمدت سیستمهای کشاورزی را به خطر میاندازند و توانایی جهان در تأمین نیازهای غذایی خود را به خطر میاندازند و در مورد پایداری محیط زیست تردید ایجاد میکنند. در عوض، حتی تغییرات کوچک در محیط زیست، مانند تغییرات در بارندگی سالانه یا الگوهای بارندگی فصلی، میتواند تأثیر قابل توجهی بر تولید مواد غذایی کشاورزی نیز داشته باشد [25،26].
The aforementioned issues have been recognized as critical by the world community and according to the 2030 Agenda for Sustainable Development Goals, which was endorsed by the United Nations in September 2015, offers a compelling yet challenging vision of how many objectives might be merged to define new sustainable development paths towards solving such critical issues before they become worsen. As per the United Nations plan, the second sustainable development goal aims to end hunger, increase food security and nutrition, and promote sustainable agriculture by 2030 [11,12]. Looking forward, the main challenge is whether today’s agriculture systems will be able to meet the needs of a worldwide population that is expected to reach more than 10 billion people by 2050, where the current production must be boosted by more than 70%70 \% [12]. The promising question is whether we will be able to meet the required output or reach the expectations as there are constraints on already scarce land and water resources, as well as the rising adverse effects of climate change [14,26-30]. The answer is that current agricultural systems are capable of providing enough food without any shortages but doing so in a comprehensive and sustainable manner will necessitate considerable change, which requires the adoption of new technology, smart agriculture. مسائل فوقالذکر توسط جامعه جهانی به عنوان مسائل حیاتی شناخته شدهاند و طبق دستور کار 2030 برای اهداف توسعه پایدار، که در سپتامبر 2015 توسط سازمان ملل متحد تأیید شد، چشمانداز قانعکننده اما چالشبرانگیزی از اینکه چه تعداد هدف ممکن است برای تعریف مسیرهای جدید توسعه پایدار به منظور حل چنین مسائل حیاتی قبل از بدتر شدن آنها ادغام شوند، ارائه میدهد. طبق برنامه سازمان ملل متحد، هدف دوم توسعه پایدار پایان دادن به گرسنگی، افزایش امنیت غذایی و تغذیه و ترویج کشاورزی پایدار تا سال 2030 است [11،12]. با نگاهی به آینده، چالش اصلی این است که آیا سیستمهای کشاورزی امروزی قادر به تأمین نیازهای جمعیت جهانی خواهند بود که انتظار میرود تا سال 2050 به بیش از 10 میلیارد نفر برسد، جایی که تولید فعلی باید بیش از 70%70 \% افزایش یابد [12]. سوال امیدوارکننده این است که آیا ما قادر خواهیم بود میزان تولید مورد نیاز را برآورده کنیم یا به انتظارات برسیم، زیرا محدودیتهایی در منابع کمیاب زمین و آب و همچنین اثرات نامطلوب فزاینده تغییرات اقلیمی وجود دارد [14،26-30]. پاسخ این است که سیستمهای کشاورزی فعلی قادر به تأمین غذای کافی و بدون هیچ کمبودی هستند، اما انجام این کار به شیوهای جامع و پایدار، مستلزم تغییرات قابل توجهی است که مستلزم اتخاذ فناوری جدید، یعنی کشاورزی هوشمند، میباشد.
Smart agriculture employs a number of technologies, the backbone of which is IoT [1,2], at various steps to improve agricultural کشاورزی هوشمند از تعدادی فناوری استفاده میکند که ستون فقرات آن اینترنت اشیا [1،2] است و در مراحل مختلف، کشاورزی را بهبود میبخشد.
Fig. 2. Population growth and demand for food supply [14,18-20]. شکل 2. رشد جمعیت و تقاضا برای تأمین مواد غذایی [14،18-20].
