| รหัสโครงการ : | R000000478 |
| ชื่อโครงการ (ภาษาไทย) : | โครงการวิจัยและพัฒนานวัตกรรมโรงเรือนอัจฉริยะสำหรับปลูกผักสลัดในระบบไฮโดรโพนิกส์ |
| ชื่อโครงการ (ภาษาอังกฤษ) : | Research and Development of Innovative Greenhouses for Hydroponic Growing Vegetables |
| คำสำคัญของโครงการ(Keyword) : | ฟาร์มอัจฉริยะ, ระบบควบคุมอุณหภูมิและความชื้นด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์, การอ่านค่าและบันทึกข้อมูล, ระบบเครือข่ายไร้สาย, สมาร์ตโฟน, ไทยแลนด์ 4.0, ผักสลัด ไนเตรต ปลูกพืชไม่ใช้ดิน |
| หน่วยงานเจ้าของโครงการ : | คณะเทคโนโลยีการเกษตรและเทคโนโลยีอุตสาหกรรม > ศูนย์บริการวิจัยและพัฒนาการเกษตรและอุตสาหกรรม |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | แผนงานวิจัย/ชุดโครงการวิจัย |
| ลักษณะย่อยโครงการวิจัย : | - |
| ประเภทโครงการ : | โครงการวิจัยใหม่ |
| สถานะของโครงการ : | propersal |
| งบประมาณที่เสนอขอ : | 200000 |
| งบประมาณทั้งโครงการ : | 200,000.00 บาท |
| วันเริ่มต้นโครงการ : | 01 ตุลาคม 2560 |
| วันสิ้นสุดโครงการ : | 30 กันยายน 2561 |
| ประเภทของโครงการ : | งานวิจัยประยุกต์ |
| กลุ่มสาขาวิชาการ : | วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี |
| สาขาวิชาการ : | สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย |
| กลุ่มวิชาการ : | วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีพื้นฐานทางวิศวกรรมศาสตร์ |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | ระดับชาติ |
| สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ : | สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ |
| สร้างความร่วมมือประหว่างประเทศ GMS : | ไม่สร้างความร่วมมือทางการวิจัยระหว่างประเทศ |
| นำไปใช้ในการพัฒนาคุณภาพการศึกษา : | นำไปใช้ประโยชน์ในการพัฒนาณภาพการศึกษา |
| เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต : | เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต |
| ความสำคัญและที่มาของปัญหา : | ฟาร์มอัจฉริยะหรือฟาร์มที่มีการจัดการอย่างถูกต้องแม่นยำ (Smart Farm/ Precision Farm) จัดเป็นนวัตกรรมใหม่ของการเกษตรในยุคดิจิตอลที่มีการนำเอาองค์ความรู้พื้นฐานด้านเทคโนโลยีการเกษตรและวิศวกรรมเทคโนโลยีสารสนเทศมาใช้ในการบริหารจัดการฟาร์ม เช่น GPS GIS remote-sensing proximal-sensing VRT และระบบสนับสนุนการตัดสินใจ (Decision Support System : DSS) โดยส่งข้อมูลทั้งหมดผ่านระบบเครือข่ายสัญญาณอินเตอร์เน็ตไร้สาย และมีการประมวลผลสัญญาณทางไฟฟ้าด้วยโปรแกรมสำเร็จรูป ฟาร์มอัจฉริยะมีขั้นตอนการดำเนินงานแบ่งเป็น 5 ขั้นตอนคือ การเก็บข้อมูล การวินิจฉัยข้อมูล การวิเคราะห์ข้อมูล การปฏิบัติการตามแผน และการประเมินผล โดยมีการจัดการฟาร์มในทุกขั้นตอน คือ การจัดทำแผนที่สภาพดิน การให้น้ำ การให้ปุ๋ย การกำจัดศัตรูพืช การเก็บเกี่ยว การคำนวณต้นทุน กำไร ตลอดจนการวางแผนการเพาะปลูกในฤดูกาลถัดไป การดำเนินการฟาร์มอัจฉริยะ ส่งผลให้เกิดการใช้ปัจจัยการผลิตที่มีประสิทธิภาพ เพิ่มปริมาณผลผลิตที่มีคุณภาพ คุ้มค่าต่อการลงทุน ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ลดต้นทุน ลดการจ้างแรงงาน ประหยัดเวลา และนำไปสู่การเกษตรยั่งยืนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ปัจจุบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันมากขึ้น มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในทุกสาขาอาชีพ ไม่เว้นแม้แต่อาชีพเกษตรกรรมซึ่งจัดเป็นอาชีพหลักของประเทศไทย แต่เป็นที่น่าแปลกใจว่างานวิจัยด้านเทคโนโลยีสารสนเทศส่วนใหญ่กลับไม่ได้เกื้อหนุนต่ออาชีพเกษตร ซึ่งเป็นอาชีพหลักของคนไทยมากนัก อาชีพเกษตรกรยังคงเป็นอาชีพที่ต้องใช้การจัดการแบบในอดีต คือ ต้องเดินตรวจสวน ใส่ปุ๋ยตามเวลาที่กำหนด แต่ไม่ได้คำนึงถึงธาตุอาหารที่มีอยู่ในดินก่อนแล้ว การจัดการโรคแมลงเมื่อเจอปัญหาการระบาด และอาจจะใช้สารเคมีเกินอัตราความจำเป็นที่ต้องใช้ อีกทั้งยังประสบปัญหาด้านราคาผลผลิตตกต่ำในขณะที่ต้นทุนในการผลิตสูงขึ้น ปัญหาด้านกระบวนการจัดการ การดูแลรักษา การจัดการโรคแมลง การเก็บเกี่ยวและการจำหน่ายผลผลิต ล้วนแล้วแต่เป็นปัญหาที่สำคัญในการทำการเกษตรทั้งสิ้น รวมไปถึงการใช้ทรัพยากรที่มีอยู่อย่างไม่มีประสิทธิภาพ ทั้งทรัพยากรที่มีอยู่ในธรรมชาติ เช่น ดิน น้ำแสงแดด อากาศ และทรัพยากรที่ต้องเพิ่มเติมเข้าไป เช่น ปุ๋ย สารกำจัดศัตรูพืช ถือเป็นปัจจัยที่มีความสำคัญต่อการผลิตทางการเกษตร การผลิตสินค้าเกษตรอย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องมีปัจจัยการผลิตที่ดีร่วมกับระบบการจัดการที่ดี การตัดสินใจว่าควรปลูกพืชชนิดใด เลี้ยงสัตว์ชนิดใด และใช้ปัจจัยการผลิตชนิดใดที่เหมาะสมต่อพื้นที่นั้น ก็นับเป็นปัจจัยที่สำคัญต่อการผลิตทางการเกษตร แต่ในปัจจุบันกลับพบว่างานวิจัยทางด้านการเกษตรของไทยไม่ได้ก้าวตามโลกที่ได้ข้ามไปสู่ยุค IT (Information Technology) ซึ่งแตกต่างจากประเทศที่พัฒนาแล้วที่ให้ความสำคัญกับงานวิจัยในศาสตร์ที่จะทาให้การเกษตรกรรมของศตวรรษที่ 21 เป็นอาชีพที่ทันสมัย (ธีรเกียรติ์ เกิดเจริญ, 2550) โดยมีการนำเอาเทคโนโลยีสารสนเทศมาใช้ให้เกิดประโยชน์และผสมผสานกับเทคโนโลยีด้านอื่นๆ เช่น คอมพิวเตอร์ อิเล็กทรอนิกส์ ไอที สื่อสาร เซ็นเซอร์เทคโนโลยีชีวภาพ ดาวเทียม รวมทั้งนาโนเทคโนโลยีเข้ามาช่วยในการจัดการฟาร์ม ซึ่งจะส่งผลให้การทำฟาร์มในรูปแบบเดิมก้าวข้ามไปสู่ฟาร์มอัจฉริยะ (Smart Farm หรือ Intelligent Farm) หรือที่ได้รับการขนานนามว่า “ฟาร์มที่มีการจัดการอย่างถูกต้องแม่นยำ” (Precision Farm) (Soni, Mandloi, & Jain 2011) ดังนั้น การทำฟาร์มอัจฉริยะจึงเป็นแนวทางที่เหมาะสมต่อการทำการเกษตร เพื่อให้เกิดการนำเทคโนโลยีสารสนเทศ และการใช้เทคโนโลยีด้านอื่นๆ ไปประยุกต์ใช้เพื่อให้เกิดการผลิตสินค้าเกษตรที่เหมาะสม ปลอดภัย และเพียงพอต่อความต้องการของประชากรที่จะเพิ่มสูงขึ้นในอนาคต อีกทั้งยังช่วยส่งเสริมให้มีการใช้ทรัพยากรอย่างคุ้มค่า ไม่ทำลายสิ่งแวดล้อม นำไปสู่การทำการเกษตรแบบยั่งยืนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม |
| จุดเด่นของโครงการ : | การนำเอาเทคโนโลยีสารสนเทศมาปรับใช้กับการทำการเกษตร เพื่อให้มีประสิทธิภาพการผลิตที่สูงขึ้น มีการนำเอาเทคโนโลยีในรูปแบบต่างๆ มาประยุกต์ใช้ในการจัดการมากขึ้น ทำให้สามารถลดแรงงานด้านการเกษตร ซึ่งในปัจจุบันแรงงานในส่วนของภาคเกษตรก็จะยิ่งลดลงไปเรื่อยๆ ยิ่งในประเทศที่พัฒนาแล้วก็จะยิ่งมีแรงงานภาคการเกษตรที่ลดลง แต่ประเทศดังกล่าวหันมาให้ความสนใจภาคการเกษตรมากขึ้น ดังนั้น จึงได้มีการนำเอาเทคโนโลยีด้านต่างๆ มาช่วยในการจัดการ ส่งผลให้เกิดการผลิตสินค้าเกษตรที่มีคุณภาพและปริมาณที่เพียงพอต่อความต้องการของตลาด ซึ่งประเทศไทยเองจัดเป็นประเทศที่มีความเกี่ยวพันกับการเกษตรมาตั้งแต่สมัยโบราณ ประชากรในประเทศประกอบอาชีพเกษตรกรรมเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้น ภาครัฐจึงควรหันมาให้ความสำคัญในด้านการทำการเกษตรแบบอัจฉริยะ และควรนำเอาเทคโนโลยีสารสนเทศมาใช้กับภาคเกษตรให้มากขึ้น นำไปสู่การเกษตรยั่งยืนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมต่อไปในอนาคต การให้ปุ๋ยในฟาร์มอัจฉริยะมีแนวคิด วิเคราะห์ความอุดมสมบูรณ์ของดินที่ปลูกพืชก่อน จากนั้นจัดทำแผนที่ดิน (Soil Mapping) เพื่อเก็บเป็นข้อมูลเบื้องต้นว่าดินในบริเวณนั้นๆ มีความอุดมสมบูรณ์ในระดับใด มีแร่ธาตุอะไรบ้างและมีในปริมาณที่เพียงพอ ขาด หรือเกิน จากนั้นข้อมูลจะถูกส่งไปเก็บไว้ในฐานข้อมูลที่เชื่อมโยงกับแผนที่ดินของฟาร์ม เข้าสู่ขั้นตอนการประมวลผล และส่งต่อไปยังเครื่องหยอดปุ๋ยบนรถไถที่ติดตั้งระบบ GPS (Global Positioning System) ทำให้การหยอดปุ๋ยสามารถกำหนดได้ว่าจะหยอดปุ๋ยชนิดใด ปริมาณเท่าใด และจะหยอดลงบริเวณตำแหน่งใดในฟาร์ม เพื่อให้เพียงพอต่อความต้องการของพืช และช่วยลดอัตราการสูญเสียปุ๋ยหรือลดระดับความเป็นพิษของปุ๋ยที่มีต่อพืชปลูกนั้นด้วย (Maheswari, Ashok, & Prahadeeswaran, 2008) |
| วัตถุประสงค์ของโครงการ : | 1. เพื่อสร้างและออกแบบระบบควบคุมด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ที่สามารถตรวจวัดและควบคุมปัจจัยที่มีผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของพืชได้
2. เพื่อออกแบบและพัฒนาระบบการตรวจวัดปัจจัยที่มีผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของพืชที่สามารถอ่านและบันทึกค่าได้ตามเวลาจริง Real-time ผ่านระบบเครือข่ายไร้สายแบบ Zigbee รายงานผลลัพธ์และควบคุมผ่านอุปกรณ์สมาร์ตโฟนได้
3. เพื่อสนับสนุนตอบสนองตามนโยบายปฏิรูปไทยแลนด์ 4.0 เพื่อสร้างและพัฒนาการทำงานได้อย่างชาญฉลาด มีประสิทธิภาพ มีความน่าเชื่อถือ มีความปลอดภัย ยั่งยืน และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งสามารถทำให้เกิดขึ้นได้โดยการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีระบบสื่อสารสารสนเทศ (ICT) ระบบเซนเซอร์ ระบบเก็บข้อมูล และเทคโนโลยีทางด้านการควบคุมอัตโนมัติ
4. เพื่อเผยแพร่ความรู้ด้านระบบการตรวจวัดและการควบคุมปัจจัยที่มีผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของพืชได้อย่างถูกต้องเป็นชุดสาธิตแบบอย่างให้กับประชาชน องค์กรภายนอก ชุมชนในท้องถิ่น วิสาหกิจอุตสาหกรรมขนาดกลางและขนาดย่อม
5. เพื่อพัฒนาสารละลายธาตุอาหารให้เหมาะกับการเจริญเติบโตของผักสลัดในระบบการปลูกพืชไม่ใช้ดิน
6. เพื่อพัฒนาสารละลายธาตุอาหารให้สามารถผลิตผักสลัดที่มีปริมาณไนเตรทเหมาะสม |
| ขอบเขตของโครงการ : | งานวิจัยนี้จะทำศึกษาและออกแบบระบบควบคุมด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ที่สามารถตรวจวัดและควบคุมปัจจัยที่มีผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของพืชด้วยอุปกรณ์เซนเซอร์ที่สามารถอ่านและบันทึกค่าได้ตามเวลาจริง Real-time ผ่านระบบเครือข่ายไร้สายแบบ Zigbee รายงานข้อมูลและควบคุมการทำงานผ่านอุปกรณ์สมาร์ตโฟน ตอบสนองตามนโยบายปฏิรูปไทยแลนด์ 4.0 มีเป้าหมายเพื่อสร้างและพัฒนาระบบการตรวจวัดและควบคุมที่ทำงานได้อย่างชาญฉลาด โดยสามารถใช้ทรัพยากรที่มีอยู่น้อยลง (Doing more with Lass) มีประสิทธิภาพ มีความน่าเชื่อถือ มีความปลอดภัย ยั่งยืน และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งสามารถทำให้เกิดขึ้นได้โดยการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีระบบสื่อสารสารสนเทศ (ICT) ระบบเซนเซอร์ ระบบเก็บข้อมูล และเทคโนโลยีทางด้านการควบคุมอัตโนมัติเพื่อทำให้สามารถรับรู้ข้อมูลสถานะต่างๆ ในระบบมากขึ้นเพื่อใช้ในการตัดสินใจอย่างอัตโนมัติ ถือเป็นส่วนหนึ่งของพันธะกิจที่สำคัญของมหาวิทยาลัยราชภัฏนครสวรรค์ การให้ความช่วยเหลือทางวิชาการและการพัฒนาท้องถิ่น โดยทำให้เครือข่ายชุมชนและสังคมใกล้เคียงได้รับความรู้ที่เกิดการเรียนรู้ร่วมกันในด้านวิชาการด้านเทคโนโลยีและนวัตกรรมที่ตอบสนองกับความต้องการของชุมชนในท้องถิ่น |
| ผลที่คาดว่าจะได้รับ : | 1. สามารถเผยแพร่ความรู้และให้บริการด้านการตรวจวัดและควบคุมปัจจัยที่มีผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของพืชด้วยอุปกรณ์เซนเซอร์ผ่านระบบเครือข่ายไร้สาย รายงานข้อมูลและควบคุมการทำงานผ่านอุปกรณ์สมาร์ตโฟนได้ อย่างถูกต้องเป็นระบบแบบอย่างให้กับประชาชน กลุ่มเกษตรสมาคมชาวไร่อ้อยเขต 11 นครสวรรค์ องค์กรภายนอกในชุมชนวิสาหกิจอุตสาหกรรมขนาดกลางและขนาดย่อมได้ด้วยตัวเอง
2. สามารถนำองค์ความรู้และผลลัพธ์ที่ได้จากโครงการวิจัยนี้ไปประยุกต์ใช้ในการบูรณาสำหรับการจัดการเรียนการสอนให้กับนักศึกษาคณะเทคโนโลยีการเกษตรและเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏนครสวรรค์
3. สามารถเพิ่มความตระหนักรู้ให้กับกลุ่มเกษตรสมาคมชาวไร่อ้อยเขต 11 นครสวรรค์ และประชาชนในชุมชน และด้านความคุ้มค่าเชิงเศรษฐศาสตร์ ในการลดการใช้พลังงานซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก โดยรายงานสรุปและผลลัพธ์ที่ได้จากโครงการวิจัยนี้จะช่วยเป็นแรงผลักดันตามนโยบายปฏิรูปไทยแลนด์ 4.0
4. สามารถนำองค์ความรู้และผลลัพธ์ที่ได้จากการพัฒนางานวิจัยนี้ไปประยุกต์ใช้ในการเพิ่มผลผลิตในการเพาะปลูกพืชลดการใช้น้ำ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เพื่อการพัฒนาอย่างยั่งยืน ช่วยลดรายจ่ายในภาคการผลิตของธุรกิจขนาดเล็ก สอดคล้องตามนโยบายปฏิรูปไทยแลนด์ 4.0 สตาร์ทอัพ-SMEs สังคมมีความเข้มแข็งและยั่งยืน ส่งผลให้ประชาชนในชุมชนมีคุณภาพชีวิตที่ดีขึ้น
5. ได้สูตรสารละลายธาตุอาหารที่เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของผักสลัดที่ปลูกในระบบการปลูกพืชไม่ใช้ดิน
6. ได้ทราบปริมาณไนเตรทในผักสลัดที่ปลูกในระบบการปลูกพืชไม่ใช้ดิน |
| การทบทวนวรรณกรรม/สารสนเทศ : | ในกระแสการบริโภคพืชผักที่เพิ่มขึ้นนั้นก็มีข้อสงสัยในความปลอดภัยจากการบริโภคผักสลัดที่ต้องปลูกอยู่ในสารละลายธาตุอาหารตลอดเวลา ซึ่งธาตุอาหารที่เป็นข้อสงสัย คือ ไนโตรเจน ซึ่งรูปที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ คือ ไนเตรท แต่ถ้าพืชรับไนเตรทมากเกินไป เมื่อผู้บริโภคได้รับไนเตรทเข้าสู่ร่างกายอาจทำให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพได้ ไนเตรทสามารถเปลี่ยนเป็นไนไตรท์ในอาหารและในร่างกายของมนุษย์ได้ โดยปฏิกิริยาของแบคทีเรีย ไนเตรทในผักสดและผลไม้ที่จะนำมาบริโภคต้องไม่เกิน 4,000 มิลลิกรัม/กิโลกรัม น้ำหนักสด ปริมาณการสะสมของไนเตรทขึ้นอยู่กับชนิดของพืช อายุพืช ฤดูกาลปลูกและชนิดของปุ๋ยไนโตรเจนที่ให้กับพืช ดังนั้นผู้วิจัยจึงสนใจศึกษาการพัฒนาสารละลายธาตุอาหารที่มีผลต่อการเจริญเติบโต ปริมาณไนเตรทของผักสลัด (Lactuca sativa L.) ที่ปลูกในระบบการปลูกพืชไม่ใช้ดิน แบบ Nutrient Film Technique (NFT) |
| ทฤษฎี สมมุติฐาน กรอบแนวความคิด : | 8.1 กรอบแนวคิดของโครงการวิจัย
นวัตกรรมโรงเรือนเกษตรอัจฉริยะเป็นการออกแบบโรงเรือนระบบปิดซึ่งระบบควบคุมการจัดการโรงเรือนอัตโนมัติ ตามชนิดของพืช ด้วยระบบ IOT จัดการน้ำ ปุ๋ย อุณหภูมิ ความชื้น ในโรงเรือน โดยปรแกรมควบคุมผ่าน Smartphone โดยโรงเรือนจะปรับสภาพแวดล้อม ด้วยการออกแบบความสูงที่เหมาะสม ลดความร้อน มีระบบอัตโนมัติควบคุม การทำงานพัดลมดูดอากาศร้อนใต้หลังคา ระบบปรับลดอุณหภูมิให้กับพืช และม่านบังแสงภายในโรงเรือน วัสดุประกอบโรงเรือน ที่ได้มาตรฐานและคุณภาพสากล ด้วยเหล็กมีคุณภาพดีเหมาะสมกับงานด้านการเกษตร และระบบการให้น้ำในโรงเรือนแบบครบวงจร ออกแบบให้เหมาะสมตามชนิดของพืชและพื้นที่การเพาะปลูก ไม่ต้องห่วงเรื่องพืชขาดน้ำ/ปุ๋ย ทั้งนี้ ระบบเทคโนโลยีเซ็นเซอร์เป็นระบบที่สามารถติดตามข้อมูลสิ่งแวดล้อมต่างๆ ทางการเกษตรรวมถึงการใช้งานด้านอื่นๆ ได้หลากหลาย โดยใช้เซ็นเซอร์ที่เหมาะสมในการวัดอุณหภูมิ และความชื้นอากาศ ความเข้มแสง ความชื้นดิน ปริมาณน้ำฝน ความเร็วและทิศทางลม เป็นต้น โดยคุณสมบัติเด่นของระบบเซ็นเซอร์คือการติดตามข้อมูลสิ่งแวดล้อมต่างๆ ได้ในช่วงเวลาเดียวกัน แบบ Real time monitoring ตั้งค่าที่ต้องการควบคุม (lower-upper limit และแจ้งเตือนในกรณีที่ค่าต่างๆ ที่กำลังติดตามออกนอกช่วงควบคุมที่ตั้งไว้ บันทึกข้อมูลได้ถึง 2 ปี มีฟังก์ชันในการสั่งงานอุปกรณ์ต่างๆ ตามค่าที่เซนเซอร์ วัดได้ และระบบเซ็นเซอร์ดังกล่าวนี้ยังสามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์และรับส่งข้อมูลระหว่างกันด้วยเทคโนโลยีไร้สาย เช่น WiFi เป็นต้น สามารถส่งข้อมูล แจ้งเตือน และสั่งการผ่านโทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์เชื่อมต่อเครือข่ายคอมพิวเตอร์ ทำให้ประหยัดค่าใช้จ่ายใช้งานสะดวก
8.2 การปลูกพืชไม่ใช้ดิน (Hydroponics)
การปลูกพืชไร้ดิน หรือ ไฮโดรโปนิกส์ หมายถึง เทคโนโลยีการปลูกพืชไม่ใช้ดิน ตรงกับคำในภาษาอังกฤษ คือ Hydroponics โดย W.F.Gericke มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เป็นคนตั้งขึ้นจากคำในภาษากรีก 2 คำ คือ Hydro แปลว่า น้ำ และ Ponos แปลว่า ทำงานหรือแรงงาน รวมกันเป็น การทำงานที่เกี่ยวกับน้ำ เขาเป็นคนแรกที่นำเทคนิคการปลูกพืชแบบนี้ไประยุกต์ใช้เพื่อปลูกพืช ในราวต้นศตวรรษที่ 19 จากการทดลองของเขาพบว่าวิธีนี้สามารถปลูกพืชได้เกือบทุกชนิด อาจแบ่งเป็น 2 รูปแบบ คือ การปลูกพืชโดยให้ส่วนของรากแช่อยู่ในสารละลายธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืชโดยตรง หรือปลูกบนวัสดุอื่นที่ไม่ใช่ดินและรดด้วยสารละลายธาตุอาหารหรือน้ำปุ๋ย วัสดุที่ใช้ปลูกพืชอาจจะเป็น สารอนินทรีย์ เช่น กรวด ทราย หิน ที่ได้จากธรรมชาติหรือที่มนุษย์ทำขึ้นมา เช่น เพอร์ไลท์ (Perlite) เวอร์มิคิวไลท์ (Vermiculite) ร็อกวูล (Rockwool) หรือสารอินทรีย์เช่น พีท (Peat) มอส (Moss) ขี้เลื่อย เปลือกไม้ เปลือกมะพร้าวสับ ขุยมะพร้าว แกลบสดและถ่านแกลบ เป็นต้น วิธีการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดิน สามารถแบ่งได้เป็น 3 ระบบ ดังนี้ (อานัฐ ตันโช, 2549) การปลูกพืชในสารละลาย (Water Culture) การปลูกพืชในสารละลาย เป็นระบบที่เรียกวา ไฮโดรโพนิคส์อย่างแท้จริง วิธีการนี้ได้รับความนิยมมาก หลักการสำคัญ คือ ให้ธาตุอาหารพืชในรูปของสารละลาย ให้รากพืชจุ่มลงในสารละลายธาตุอาหารพืชโดยตรง และค้ำจุนลำต้น ระบบการปลูกพืชในสารละลาย แบ่งย่อยออกเป็น 3 ระบบที่สำคัญ คือ ระบบสารละลายธาตุอาหารไหลเป็นฟิมล์บาง (Nutrient Film Technique, NFT) เป็นการปลูกพืชในรางตื้นๆ มีความลาดเอียง 1-3% ให้สารละลายไหลผ่านรากเป็นแผ่นฟิมล์บางๆ 2-3 มิลลิเมตร สารละลายจะไหลหมุนเวียนผ่านรากตลอดเวลา โดยปั้มน้ำ ระบบรากลอยในสารละลายธาตุอาหารลึก (Deep Floating Technique, DFT) เป็นการปลูกพืชในสารละลายลึก 15-20 เซนติเมตร ในกระบะที่ไม่มีความลาดเอียงปลูกบน แผ่นโฟมหรือวัสดุลอยน้ำได้ เพื่อยึดลำต้น มีการหมุนเวียนสารละลายจากถังพักมาใช้ใหม่ โดยใช้ปั้ม การหมุนเวียนช่วยเพิ่มปริมาณออกซิเจนให้สารละลาย ระบบรากแช่ในสารละลายธาตุอาหารส่วนหนึ่ง และอีกส่วนหนึ่งลอยในอากาศ (Dynamic Root Floating Technique, DRFT) พัฒนามาจากระบบของ ดร.เกอริค (Prof. Dr.William F.Gericke) ให้รากแช่อยู่ในน้ำส่วนหนึ่ง และอีกส่วนหนึ่งลอยอยู่ในอากาศสร้างรากอากาศ เพื่อช่วยหายใจ ทำให้พืชเจริญอยู่ในสารละลายที่มีอุณหภูมิสูงได้ดีกว่าระบบอื่นๆ การปลูกพืชในวัสดุปลูก (Substrate Culture) เป็นวิธีการปลูกพืชในวัสดุที่ไม่ใช่ดิน เช่น วัสดุที่เป็นสารอินทรีย์ ได้แก่ มะพร้าวสับ แกลบ ฟางข้าว เปลือกถั่ว ชานอ้อย ฯลฯ และวัสดุที่เป็นสารอนินทรีย์ เช่น ทราย กรวด ดินเผา เพอร์ไลต์ เวอร์มิคูไรท์ ร็อควู ฯลฯ สำหรับประเทศไทย ปัจจุบันนิยมใช้กาบมะพร้าวสับ ในการปลูกพริกหวาน มะเขือเทศ และแตงเมลอน ระบบนี้นิยมกันมากในเขตที่มีแหล่งน้ำน้อย และใช้ปลูกพืชที่มีอายุเก็บเกี่ยวยาว ระบบปลูกพืชให้รากลอยอยู่ในอากาศ (Aeroponics) เป็นระบบปลูกพืชที่รากพืชไม่ได้จุ่มอยู่สารละลายธาตุอาหารพืช แต่จะลอยอยู่ในอากาศ และได้รับธาตุอาหารพืช โดยการพ่นสารละลาย ที่มีธาตุอาหารพืชในรูปละอองน้ำคล้ายๆหมอก เป็นระยะๆ อย่างต่อเนื่อง |
| วิธีการดำเนินการวิจัย และสถานที่ทำการทดลอง/เก็บข้อมูล : | วิธีการดำเนินงานวิจัย
การทำงานของระบบฟาร์มอัจฉริยะจะมีการกำหนดรูปแบบการทำงานออกเป็นขั้นตอน เพื่อทำหน้าที่ในการจัดการฟาร์ม ทำให้ผู้ใช้งานสามารถดำเนินการและตรวจสอบได้ทุกขั้นตอนการทำงานของฟาร์มอัจฉริยะแยกได้เป็น 5 ขั้นตอน ดังนี้ (ธีรพงศ์ มังคะวัฒน์, 2554)
1. การเก็บรวบรวมข้อมูล (Data Collection) คือ การเก็บข้อมูลของดิน น้ำแสง ภูมิอากาศ ผลผลิต เป็นต้น ด้วยวิธีการและเทคโนโลยีต่าง ๆ เช่น เครือข่ายเซ็นเซอร์ สถานีตรวจวัดอากาศ ภาพถ่ายดาวเทียม เครื่องสแกนสภาพดิน เป็นต้น
2. การวินิจฉัยข้อมูล (Diagnostics) คือ การสร้าง กรอง และเก็บข้อมูลที่เป็นประโยชน์เข้าสู่ฐานข้อมูลซึ่งมักจะใช้เทคโนโลยีภูมิสารสนเทศ (GIS)
3. การวิเคราะห์ข้อมูล (Analysis) คือ การวิเคราะห์ข้อมูล การทำนายผลผลิตเชิงพื้นที่ รวมไปถึงการวางแผนจัดการ เช่น เทคโนโลยี Crop Modeling ซึ่งจะนำข้อมูลต่างๆ มาทำโมเดลเพื่อหาความสัมพันธ์กับผลผลิตได้
4. การดำเนินการตามแผนปฏิบัติงาน (Precision Field Operations) คือ การปฏิบัติการตามแผนที่วางไว้ เช่น การหยอดปุ๋ยด้วยรถขับเคลื่อนด้วย GPS การติดตั้งโปรแกรมการให้น้ำการให้ปุ๋ยหรือยาฆ่าแมลงด้วยแคปซูลนาโน ซึ่งสามารถควบคุมการปลดปล่อยตามเงื่อนไขที่กำหนด เป็นต้น
5. การประเมินผล (Evaluation) คือ การประเมินผลการปฏิบัติงานว่ามีประสิทธิภาพมากน้อยเพียงใด คุ้มค่าแก่การลงทุนหรือไม่ โดยใช้เทคโนโลยีด้านการเงินและเศรษฐศาสตร์อุตสาหกรรม
หลักการทำงานของสมาร์ทฟาร์มหรือเกษตรอัจฉริยะเป็นรูปแบบการทำเกษตรแบบใหม่ที่จะทำให้ การทำไร่ทำนามีภูมิคุ้มกันต่อสภาพภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลงไป โดยการนำเอาข้อมูลของภูมิอากาศทั้งในระดับพื้นที่ย่อย (Microclimate) ระดับไร่ (Mesoclimate) และระดับมหภาค (Macroclimate) มาใช้ในการบริหารจัดการ ดูแลพื้นที่เพาะปลูก เพื่อให้สอดคล้องกับสภาพอากาศที่เกิดขึ้น รวมถึงการเตรียมพร้อมรับมือกับสภาพอากาศที่จะเปลี่ยนแปลงไปในอนาคต ระบบสมาร์ทฟาร์มจะบูรการข้อมูล Microclimate และ Mesoclimate จากเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย (Wireless Sensor Networks) ที่ติดตั้งตามจุดต่างๆ ภายในไร่นา (ข้อมูล อุณหภูมิ ความชื้น ในดินและในอากาศ แสง ลม น้ำฝน) กับข้อมูลอุตุนิยมวิทยา Macroclimate (เรดาร์ ข้อมูลดาวเทียม โมเดลสภาพอากาศ) ที่มีอยู่บนอินเตอร์เน็ต และนำเสนอต่อเกษตรกร เจ้าของไร่ ผ่านทางเว็บไซต์ โดยจะมีการเก็บข้อมูลเป็นฐานข้อมูลของไร่ เพื่อใช้ประกอบการตัดสินใจ และ ดำเนินกิจกรรมต่างๆ การวางแผนการเพาะปลูก การให้น้ำ ให้ปุ๋ย และ ยา เป็นต้น ข้อมูลจากสถานีตรวจวัดอากาศ และ สถานีตรวจวัดดิน ตามจุดต่างๆที่ถูกติดตั้งอยู่ภายในไร่จะถูกรวบรวมและส่งข้อมูลแบบไร้สาย มายังคอมพิวเตอร์ในบ้านของเจ้าของไร่ โดยสามารถติดตามข้อมูลได้แบบเรียลไทม์ได้หลายช่องทาง ทั้งจากโปรแกรมแสดงผลบนคอมพิวเตอร์กลางภายในไร่ หรือดูข้อมูลบนอินเตอร์เน็ตผ่านทางเว็บไซต์ก็สามารถทำได้ ทำให้เจ้าของไร่สามารถดูแลและจัดการไร่ของตัวเองได้ตลอดเวลา ไม่ว่าจะอยู่ที่ใดก็ตาม ไม่ว่าจะโดยการใช้คอมพิวเตอร์ แท็บเล็ต หรือ สมาร์ทโฟน ในปัจจุบันระบบสมาร์ทฟาร์มได้ถูกติดตั้งและใช้งานจริงกับไร่องุ่นกราน-มอนเต้ที่เขาใหญ่ และไร่มะเขือม่วงของบริษัท ชวี่ เฉวียน ฟูดส์ จำกัด ที่อำเภอเวียงป่าเป้า จังหวัดเชียงราย โดยทั้งสองบริษัทได้ใช้ประโยชน์จากข้อมูลที่ได้จากสถานีตรวจวัดอากาศและสถานีตรวจวัดดิน ในการวางแผนการทำการเกษตร การนำเอาข้อมูลทางด้านภูมิศาสตร์ และสภาพภูมิอากาศ มาหาความสัมพันธ์ กับผลผลิตที่เกิดขึ้นจากเกษตรกรรม โดยมีสมมติฐานว่าปัจจัยเหล่านั้นมีผลโดยตรงกับปริมาณและคุณภาพของผลผลิต ข้อมูลที่น่าจะเกี่ยวข้อง กับการผลิต ได้แก่ ปริมาณแสงที่พืชได้รับ ปริมาณน้ำฝนที่ตกลงไป และปริมาณน้ำที่ระเหยขึ้นมา ลักษณะของดินที่เพาะปลูก ซึ่งข้อมูลเหล่านี้ สามารถได้มาจากดาวเทียมและสถานีวัด เป็นงานที่น่าจะพัฒนาขึ้นในประเทศไทยให้เกิดความเข้มแข็ง ตัวอย่างที่คณะวิจัยของมหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ ได้เคยศึกษาได้แก่การศึกษารอบการปลูกของมังคุด โดยนำข้อมูลภูมิศาสตร์ และสภาพภูมิอากาศของสวนมังคุด ในแปลงปลูกภาคใต้ ภาคตะวันออก และภาคอีสานตอนล่าง มาหาความสัมพันธ์กับผลผลิตมังคุด โดยการสร้างโมเดลที่เรียกว่า “โมเดลของน้ำที่พืชใช้งานได้จริง” (Plant Avaliable Water – PAW) นำมาสู่การสนับสนุนสมมติฐานที่ว่ามังคุดเป็นพืชที่เก็บเกี่ยวได้เพียงปีละหนึ่งครั้งเท่านั้น และสามารถทำนายได้ว่า หากปีใดมีฝนตกและมีการทิ้งช่วงที่ดีพอ จะมีผลผลิตมังคุดที่ดี และผลผลิตมังคุดจะแย่หากมีฝนชุกจนเกินไป ข้อมูลสภาพภูมิอากาศที่ได้จากดาวเทียม เป็นข้อมูลเฉลี่ยเชิงพื้นที่บริเวณกว้าง ซึ่งความจริงแล้ว ในฟาร์มหรือไร่นา ที่มีขนาดใหญ่ที่แม้จะอยู่ในพื้นที่เดียวกัน ก็ยังอาจมีผลผลิต ที่แตกต่างกันในแต่ละพื้นที่ย่อยๆได้ ดังนั้นจึงต้องมีการเก็บข้อมูลสภาพแวดล้อม ณ พื้นที่จริงด้วย ในเวลาแบบเรียลไทม์ ปัจจุบันเซ็นเซอร์ตรวจสภาพอากาศ หรือ Weather Station ได้พัฒนาไปมาก ทำให้สามารถส่งข้อมูลแบบไร้สาย จากสถานที่ติดตั้งในสวนให้มายังบ้านเจ้าของได้ ทั้งนี้ ได้มีการพัฒนาไปหลายรูปแบบ เช่น มีการลดขนาดให้เล็กลง และสามารถเชื่อมเครือข่ายข้อมูลแบบตามใจชอบ หรือ แบบ ad hoc เช่น หากนำเซ็นเซอร์เหล่านี้ไปติดตั้งตามจุดต่างๆ ข้อมูลทั้งหมด จะกระโดดไปมาจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง จนมาถึงคอมพิวเตอร์ของเจ้าของสวนได้ ทำให้เซ็นเซอร์ไร้สายนี้ สามารถนำไปติดตั้งครอบคลุมพื้นที่ได้กว้าง ขอเพียงให้เซ็นเซอร์แต่ละตัวอยู่ในรัศมีทำการของเซ็นเซอร์อีกตัวก็พอ เซ็นเซอร์ตรวจสภาพอากาศ จะบันทึกข้อมูลและรายงานผลมายังบ้านเจ้าของสวน ทำให้สามารถตัดสินใจได้ทันท่วงที เช่น ในประเทศสหรัฐอเมริกา มีการนำไปใช้ในสวนองุ่น และสามารถทราบล่วงหน้าถึงน้ำค้างแข็ง ที่จะเกิดขึ้น และนำไปสู่การปกป้องผลผลิต ปัจจุบันคณะผู้วิจัย เป็นผู้นำในการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์ตรวจสภาพอากาศแบบ Micro-climate Monitoring ได้แก่ ข้อมูลอุณหภูมิในดินและในอากาศ ความชื้นในดินและในอากาศ ความเข้มแสง ความเร็วลม ความดันอากาศ และการนำไปใช้ หาความสัมพันธ์กับสภาพผลผลิต ซึ่งคณะผู้วิจัย ได้พัฒนาซอฟต์แวร์สำหรับใช้วิเคราะห์ข้อมูล พยากรณ์อากาศ ณ ตำแหน่งของฟาร์มว่าจะเกิดอะไรขึ้น รวมไปถึงการสื่อสารข้อมูลผ่านระบบอินเตอร์เน็ต เทคโนโลยี Micro-climate Monitoring นี้ สามารถนำมาใช้ควบคุม และจัดการการเปิดปิดระบบรดน้ำสำหรับพืชได้ โดยวิเคราะห์จากความต้องการน้ำของพืช ภายใต้สภาพอากาศแบบนั้นๆ หากเป็นฟาร์มปศุสัตว์ ก็สามารถนำมาใช้ตัดสินใจเปิด-ปิดระบบระบายอากาศ หรือ ยาฆ่าเชื้อโรค เป็นต้น คณะผู้วิจัยประกอบด้วย ทีมงานของนักวิทยาศาสตร์ วิศวกร และนักคอมพิวเตอร์ ทำให้สามารถพัฒนาทั้งระบบซอฟต์แวร์ และ ฮาร์ดแวร์ ได้ โดยสามารถพัฒนา Solution ให้เหมาะกับโจทย์ ของเกษตรความแม่นยำสูงที่ผู้ใช้ต้องการ เช่น โปรแกรมควบคุม การจ่ายน้ำในฟาร์มและไร่นาตามข้อมูลวิเคราะห์จากสภาพแวดล้อม หรือการควบคุมระบบอื่นๆ ในฟาร์ม โดยอาศัยข้อมูลจากสถานีตรวจอากาศ และ เครือข่ายของเซ็นเซอร์โมเลกุล รวมไปถึงข้อมูลจากดาวเทียมต่างๆ โครงการ ไร่อัจฉริยะเป็นการประยุกต์และใช้งานเทคโนโลยี Precision Farming / Intelligent Farming / Smart Farm ในไร่ โครงการนี้เป็นการผสมผสาน เทคโนโลยีหลายๆ ชนิด เพื่อให้เจ้าของไร่ หรือผู้จัดการฟาร์ม สามารถเฝ้าติดตาม ความเป็นไปภายในไร่ จากอินเตอร์เน็ต และ โทรศัพท์มือถือ โดยอาศัยเทคโนโลยี Multi-functional and Multi-dimensional Sensors เช่น
• เซ็นเซอร์ตรวจวัดสภาพภูมิอากาศ จะตรวจสภาพอุณหภูมิ และความชื้นในอากาศ ความเร็วและทิศทางลม ปริมาณน้ำฝน พลังงานแสงอาฑิตย์ที่ตกกระทบ ความเคลื่อนไหวของมวลอากาศในไร่
• เซ็นเซอร์ดินจะตรวจอุณหภูมิ และความชื้นในดิน กล้องวิดีโออะเรย์ จะรายงานกิจกรรมและความเป็นไปในไร่
• จมูกอิเล็กทรอนิกส์ จะตรวจสภาพทางเคมีของดิน ติดตามคุณภาพขององุ่น และไวน์ที่ผลิตออกมา รวมทั้งการวิจัยและพัฒนารสชาติของไวน์ร่วมกับนักชิมไวน์
• เทคโนโลยี Machine Vision จะตรวจสอบความเป็นไปของต้นพืช สภาพผลผลิต รวมไปถึงการตรวจวัดแมลงและศัตรูพืช
• เซ็นเซอร์ตรวจวัดพืช จะตรวจวัดการเติบโตของต้นพืช การออกดอก การออกลูก กิจกรรมของใบพืช สุขภาพของต้นพืช เทคโนโลยีเรดาห์จะตรวจสอบ ทำแผนที่สภาพดิน และลักษณะการเติบโตของรากในไร่ รวมไปถึงการนำไมโครชิพ และ GPS มาใช้ติดตามกิจกรรมในไร่
ข้อมูลต่างๆ ที่กล่าวมาทั้งหมด จะถูกรวบรวมและแสดงผลอย่าง Real Time และนำออกมาให้เจ้าของไร่ได้รับรู้ ผ่านซอฟต์แวร์ช่วยตัดสินใจ ที่บูรณาการข้อมูลภูมิสารสนเทศ และ อุตุนิยมวิทยาทั้งระดับไร ่และระดับภูมิภาค |
| คำอธิบายโครงการวิจัย (อย่างย่อ) : | คณะผู้วิจัยวางแผนถ่ายทอดเทคโนโลยีรวมทั้งผลการวิจัยโดยส่งผลงานเผยแพร่ไปยังนักศึกษา ประชาชนที่ผ่านการอบรมเชิงปฏิบัติการดำเนินการวิจัยและพัฒนากิจกรรมและฝึกอบรมด้านการการตรวจวัดและควบคุมปัจจัยที่มีผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของพืชด้วยอุปกรณ์เซนเซอร์ผ่านระบบเครือข่ายไร้สาย รายงานข้อมูลและควบคุมการทำงานผ่านอุปกรณ์สมาร์ตโฟนได้อย่างถูกต้องเป็นระบบแบบอย่างให้กับประชาชนตามนโยบายปฏิรูปไทยแลนด์ 4.0 สตาร์ทอัพ-SMEs และการคัดเลือกผู้ที่มีศักยภาพ มาจัดตั้งทีมเทคนิค เพื่อให้บริการวิชาการให้กับกลุ่มเกษตรสมาคมชาวไร่อ้อยเขต 11 นครสวรรค์และให้คำแนะนำปรึกษากับประชาชนในท้องถิ่น บูรณการอยู่ในส่งเสริมการเรียนการสอน รวมทั้งเผยแพร่ในวารสารวิชาการอย่างน้อย 2 ฉบับ และเว็บไซต์ของสถาบัน |
| จำนวนเข้าชมโครงการ : | 1629 ครั้ง |