डॉ. धिरज निकम, डॉ. विशाल गमे, स्मिता प्रचंड

Irrigation Management : शेती, उद्योग आणि दैनंदिन मानवी क्रियाकलापांसाठी पाणी हा सर्वात महत्त्वाचा घटक आहे. पाण्याचे स्रोत मर्यादित असताना त्यावरील लोकसंख्या व अन्य ताण सातत्याने वाढत आहेत. अशा स्थितीमध्ये शेती सिंचनासाठी पाण्याची उपलब्धता ही सातत्याने कमी होत चालली आहे. ‘प्रति थेंब अधिक उत्पादन’ घेण्यासाठी आधुनिक सिंचन पद्धतींचा, त्यातही कृत्रिम बुद्धिमत्ता आधारित पद्धतींचा अवलंब करण्याची गरज वाढत आहे.

गेल्या काही वर्षामध्ये आपण ठिबक सह विविध सूक्ष्म सिंचन पद्धतीचा अवलंब करत आहोत. मात्र ते माणसांच्या अंदाजावरच चालवले जात असल्याने अपेक्षेप्रमाणे सिंचन कार्यक्षमता मिळण्यात अडचणी येत आहेत. हे टाळण्यासाठी सिंचनाच्या पद्धती अधिक स्मार्ट करण्याची गरज भासत आहे.

स्मार्ट सिंचन म्हणजे पिकांची पाण्याची नेमकी गरज, हवामानातील विविध घटक, माती किंवा माध्यमाची क्षमता याचा विचार करून दिले गेलेले पाणी होय. त्यासाठी विविध प्रकारच्या सेन्सर्सचा वापर करून मिळालेल्या माहितीच्या आधारे कृत्रिम बुद्धिमत्तेच्या (एआय) साह्याने सिंचनाचे नियोजन करणे गरजेचे आहे. यातून  पाण्याचा अपव्यय टाळला जाणार आहे.

शेतामध्ये विविध प्रकारचे सेन्सर्स आणि नियंत्रण प्रणाली यामध्ये इंटरनेटच्या साह्याने सातत्याने माहितीची देवाणघेवाण केली जाते. याला ‘इंटरनेट ऑफ थिंग्ज (IoT)’ असे म्हणतात. त्यात आवश्यक ते निर्णय घेण्याची प्रक्रियाही आजवरच्या विविध पॅटर्न नुसार कृत्रिम बुद्धिमत्तेच्या साह्याने केली जाते.

सिंचन पद्धतींमध्ये कृत्रिम बुद्धिमत्तेच्या वापरामुळे पाण्याचा वापर  २५% पर्यंत  कमी होऊ शकतो. योग्य वेळी आणि योग्य प्रमाणात सिंचन प्राप्त झाल्यामुळे पीक उत्पादनात २० ते ३०%  वाढ होत असल्याचे निष्कर्ष आहेत. अर्थात, सध्या हे प्राथमिक स्तरावर असले तरी कृत्रिम बुद्धिमत्ता ही सतत विकसित होत राहणारी प्रणाली असल्याने भविष्यात त्याची कार्यक्षमता वाढतच जाणार आहेत.

कृत्रिम बुद्धिमत्ता आधारित सिंचनाची प्रमुख वैशिष्ट्ये ः

१. हवामान आणि पाण्याच्या गरजेचे विश्लेषणात्मक अंदाज

एआय अल्गोरिदम हवामानातील बदलत्या घटकांचा सातत्याने अंदाज मिळवत असते. त्यासाठी मागील अनेक वर्षांचा माहितीसाठा मिळवून विश्लेषण केले जाते. त्याला शेतातील सेन्सर्सद्वारे प्राप्त झालेली प्रत्यक्ष स्थितीची माहिती यांची सांगड

घातली जाते. त्यानंतर सिंचनाचा निर्णय घेतला जातो. हवामानाची माहितीचे विश्लेषण केले जात असल्याने पाण्याच्या उपलब्धतेचा अंदाजही आधीच मिळवता येणे शक्य होते. त्यानुसार, शेतकऱ्यांना सिंचनाचे वेळापत्रक बसवणे व ते कार्यक्षमतेने नियंत्रित करणे यासाठी मदत केली जाते.

यासाठी महात्मा फुले कृषी विद्यापीठाने ‘फुले इरिगेशन शेड्युलर’ हे ॲप तयार केले आहे. त्याद्वारे हवामानाचा अंदाज घेऊन व मातीच्या प्रकाराप्रमाणे विविध पिकांसाठी जमिनीच्या ओलाव्यानुसार सिंचन किती व कधी द्यायचे हे अचूक सांगितले जाते.

२. केवळ अंदाजाऐवजी माहितीसाठ्यावर आधारित निर्णय ः

पूर्वी शेतकरी सिंचनासाठी केवळ स्वतःच्या ज्ञानावर किंवा अंदाजावर अवलंबून असत. त्याऐवजी एआय तंत्रज्ञान आणि सेन्सर्स यांच्या एकत्रिकरणातून माहितीसाठ्यावर आधारित सिंचनाचे अचूक निर्णय घेणे शक्य होते.

त्यासाठी  एआय अल्गोरिदम, विविध सेन्सर्स (हवामान सेन्सर्स, माती सेन्सर्स, वनस्पती सेन्सर्स), निरिक्षणासाठी ड्रोन आणि उपग्रह इमेजिंगद्वारे गोळा केलेला माहितीसाठा यांचे यांच्या एकत्रित विश्लेषणातून खत, पाणी यांचे निर्णय घेतले जातात. अशा प्रकारे सिंचनासोबतच कीड नियंत्रणासाठीही विद्यापीठाने विविध मॉड्युल्स तयार केले आहेत, त्यांचा वापरही करता येतो.

३. जमिनीतील ओलाव्याचे संवेदन (Moisture Sensing)

स्मार्ट सेन्सर्स जमिनीतील आर्द्रतेच्या पातळीचे सतत निरीक्षण करतात.  जमिनीत वेगवेगळ्या खोलीवर बसविलेले हे सेन्सर्स ओलाव्याची माहिती नियमितपणे पुरवत असतात. पाण्याची पातळी एका विशिष्ट टप्प्यापर्यंत कमी झाल्यानंतर आपोआप सूचना सिंचन प्रणालीला दिल्या जातात. त्यानुसार प्रत्येक पिकाला योग्य वेळी योग्य प्रमाणात पाणी मिळेल, याचा विचार करून सिंचन धोरण ठरवले जाते. अचूक सिंचन धोरणामुळे पाण्याचा अपव्यय कमी होतो. उपलब्ध पाण्यामध्ये पिकांची जोपासना अधिक चांगल्या प्रकारे करणे शक्य होते.

४. पिकाचे निरीक्षण

पिकाच्या निरिक्षणासाठी ऑन-फिल्ड सेन्सर्स, ड्रोन किंवा उपग्रहाद्वारे घेतल्या गेलेल्या प्रतिमा यांचा वापर केला जातो. त्यातून पिकामध्ये दिसणाऱ्या पाण्यासह विविध घटकांच्या कमतरता, कीड रोगांचा प्रादुर्भाव यांचा संभाव्य अंदाज घेता येतो. पिकातील विविध ताण, पानातील आर्द्रता आणि तापमान  वेळीच जाणून पिकाचे आरोग्य जपण्यासाठी आवश्यक त्या उपाययोजना वेळीच करता येतात.

५. रिमोट मॉनिटरिंग आणि कंट्रोल

कृत्रिम बुद्धिमत्तेवर आधारित स्वयंचलित सिंचन पद्धत मोबाईल ॲप किंवा वेब इंटरफेसद्वारे दूरस्थपणे नियंत्रित करता येते. वास्तविक बहुतांश निर्णय हे कृत्रिम बुद्धिमत्तेवर आधारित घेतले जाता. मात्र आवश्यक तिथे शेतकऱ्याला जर बदल करायचे असतील, तर तेही दूरवरूनच करणे शक्य होते.

स्मार्ट सिंचन पद्धतीचे फायदे

१. जलसंधारण

कृत्रिम बुद्धिमत्तेवर संचालित स्मार्ट सिंचन पद्धती जमिनीतील आर्द्रता पातळी, हवामानाची परिस्थिती आणि वनस्पतींच्या आवश्यकतांवर लक्ष ठेवण्यासाठी प्रगत अल्गोरिदमचा फायदा घेतात.  ही डेटावर आधारित रणनीती शेतकऱ्यांना प्रभावीपणे पिकांचे सिंचन काटेकोरपणे करण्यास मदत करते. परिणामी पाण्याचा अपव्यय कमी होतो.

२. वाढलेले पीक उत्पादन -

पिकाच्या वाढीसाठी जास्तीत जास्त आदर्श स्‍थिती निर्माण करण्याचा प्रयत्न असते. त्यामुळे उपलब्ध जल व अन्य संसाधनामध्येही जास्तीत जास्त चांगल्या प्रकारे पिकांचे व्यवस्थापन करणे शक्य होते. त्याचा प्रत्यक्ष उत्पादनात वाढ मिळून शेतकऱ्यांच्या फायद्यामध्ये वाढ होते.

३. उत्पादनाची प्रत सुधारते

एआय तंत्रज्ञानाद्वारे तापमान, जमिनीची स्थिती, सूर्यप्रकाश आणि आर्द्रता यासह अनेक घटकांचे विश्लेषण करून प्रत्येक रोपाला आदर्श स्थितीत संसाधने उपलब्ध केली जातात. एआय आधारित स्मार्ट सिंचनामुळे पिकाला पाण्याचा ताण किंवा अतिपाणी या दोन्ही परिस्थितीपासून वाचवले जाते. त्याचा फायदा उत्पादनाची प्रत सुधारण्यातून मिळतो. उत्तम प्रतीच्या शेतीमालाला बाजारात अधिक दर मिळण्यास मदत होते.

४. ऊर्जा वापराची कार्यक्षमता वाढते

एआय आधारित स्मार्ट सिंचन पद्धती पाण्याची मागणी आणि हवामानाच्या अंदाजानुसार पाणी देण्याचे वेळापत्रक ठरवले जाते. योग्य वेळी योग्य प्रमाणात यंत्रणा चालवली जात असल्याने ऊर्जेचा वापर कार्यक्षमतेने होतो. त्यासोबतच पाण्याची गळती शोधून वाया जाणाऱ्या पाणीही वाचवले जाते. आपल्या भागातील विजेची उपलब्धता लक्षात घेऊन त्यानुसार नियोजन केले जाते.  या व्यतिरिक्त जल-कार्यक्षम व्हॉल्व आणि कमी-पॉवरचे सेन्सर्स वापरले जात असल्यामुळे एकूणच प्रणालीचा टिकाऊपणा आणि ऊर्जा वापर कार्यक्षमता सुधारते.

५. खर्चात बचत

एआय आधारित स्मार्ट सिंचन पद्धतीमुळे सिंचन प्रक्रिया संपूर्ण स्वयंचलित होते. त्यासाठी आवश्यक माणसांची गरज कमी होते. खते, पाणी व अन्य संसाधनाची कार्यक्षमता वाढल्यामुळे त्यांचे प्रमाण कमी लागते. परिणामी अशा प्रणालींसाठी प्रारंभिक भांडवल जास्त लागत असले तरी पुढील देखभाल खर्चात मोठी बचत होते.

सिंचन वेळापत्रक काटेकोर करण्यासाठी सेन्सर्स आधारित एआय तंत्रज्ञान ः

शेतकऱ्यांकडे पाण्याची उपलब्धता मर्यादित होत असताना उपलब्ध पाण्याचा काटेकोर वापर करण्याची गरज वाढत चालली आहे. आपल्या विभागातील आणि शेतातील परिस्थितीचा प्रत्यक्ष वेळेवर माहिती उपलब्ध होण्यासाठी वेगवेगळ्या प्रकारचे सेन्सर्स उपयोगी ठरतात. या सर्व सेन्सर्समध्ये माहितीची देवाणघेवाण करण्यासाठी इंटरनेट आधारित विशिष्ट प्रणाली (आयओटी) वापरल्या जातात.

मागील काही वर्षांची माहिती आणि सध्या शेतातून मिळत असलेल्या माहितीचे विश्लेषण करण्याची एक प्रणाली असते. त्यामध्ये वेगवेगळ्या अल्गोरिदममध्ये कशा प्रकारे कार्य करायचे, याचे एक प्रारूप तयार असते. त्यानुसार योग्य तो निर्णय घेऊन, तो निर्णय प्रत्यक्ष कार्य करणाऱ्या सेन्सर्सला दिला जातो. त्यानुसार त्या त्या प्रणाली काम करतात. उदा. सिंचन सुरू किंवा बंद करणे, खत मिश्रित पाणी देणे- थांबवणे इ.

शेतीमध्ये सिंचनासोबत विविध बाबींमध्ये अधिक शाश्वत पद्धतींकडे आपल्याला जावे लागणार आहे. विशेषतः सिंचनाशी निगडित कृत्रिम बुद्धीमत्ता आधारित प्रणाली शेतीमध्ये फारच उपयुक्त ठरू शकतात. हे आधुनिक शेतीचे भविष्य राहणार आहे.

डॉ. धिरज निकम, ९०४९६१७१२४

(सहाय्यक प्राध्यापक, मविप्र कर्मयोगी दु. सि. पाटील कृषी महाविद्यालय, नाशिक.)

--------------------------