Tarım 5.0

ÖNSÖZ

Sanayi devriminden sonra, esas olarak makinalaşmanın ortaya çıkmasından bu yana ve yeşil devrim sürecinde, insanlar ve makinalar, insanları beslemek için ürün yetiştirmek amacıyla verimli bir şekilde işbirliği yapmaktadır. Ancak, önümüzdeki yıllarda nüfus artışıyla yüzleşmek için, sadece üretkenliği artırarak insanları beslemek değil, aynı zamanda bunu mümkün olan en verimli ve saygılı şekilde yapmak, diğer bir deyişle sürdürülebilir olarak üretmek amacıyla da başarılı olmak için ekstra bir çaba gerekmektedir. Bu zorlukla yüzleşmek için, son on yılda, özellikle güvenilir tarımsal verilere erişim ve bunlardan en uygun anlamı çıkarmak için, gelişmiş bilgisayar teknikleri gibi teknolojide dikkate değer gelişmeler ortaya çıkmaktadır. Dijital teknoloji tarafından yönlendirilen bu yeni yaklaşım, yetiştiricilerin tekrarlayan, fiziksel olarak zorlu ve sıkıcı saha görevlerinden kaçınma girişiminde işçilerden ziyade ürünlerinin denetçisi olarak hareket etmeleri gerektiğini ima etmektedir. Bu modern tarımsal çerçevede, veri çok önemlidir ve bilgi tabanlı yönetim döngüsü, kavram ve görevleri birleştiren pratik bir yaklaşım sağlar.

Tarım 5.0’dan en iyi şekilde yararlanmak için, kullanıcılara, ideal olarak modern teknolojileri öğrenmeye ve tarıma uygulamaya istekli genç çiftçilere derin eğitim verilmesi ve gelecek nesillere bir yenilenme sağlanması gerekmektedir. 21. yüzyılda gıda üretiminin getirdiği zorluklarla yüzleşmek için, veriye dayalı yönetimin tüm gücünü gösterebilen modern ve sürdürülebilir bir tarıma doğru ilerlemek amacıyla doğru zaman gibi görünmektedir. Tarım 5.0’a geçiş, önümüzdeki on yıl için çoğu büyük tarım ekipmanı imalatçısının gündeminde yer almaktadır. Bu nedenle, tarım robotlarının bir sonraki - daha akıllı-nesil tarım makinaları olarak kabul edilmesi durumunda, ekipman imalatçıları bu hamlede kilit bir rol oynayacaktır.

Tarımsal üretimin yaygınlaşması, insanlığın çevre üzerindeki en büyük etkilerinden biri olmuştur. Birçok habitatlar tarımsal üretim için dönüştürülmüştür. Tarımsal üretim, biyoçeşitlilik için en büyük baskılardan birisidir. Tarımsal üretimin, iklim değişikliğini azaltacak şekilde enerji üretme ve kullanma konusunda önemli bir işlevi vardır. Tarımsal üretim işletmelerinde, fosil yakıtlar yerine düşük karbonlu yenilenebilir enerjiler kullanmak, çiftlik sahiplerinin enerji kaynakları üzerindeki kontrolünü artırabilir, maliyetleri azaltabilir ve iklim değişikliği ile mücadele edilebilir. Tarım temelli biyoyakıtların üretimi ve kullanımı konusunda, çevresel ve sosyal sorumluluğun dikkatle değerlendirilmesi ve biyolojik kökenli enerji üretiminden kaynaklanan emisyonların titiz ve kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi gereklidir.

Türkiye Cumhuriyeti’nin 100. kuruluş yılı anısına hazırlamış olduğum bu bilgi seti, başta kurucu lider ve bilge önder Mareşal Gazi Mustafa Kemal ATATÜRK olmak üzere, kurtuluş savaşı ve kuruluş mücadelesinde büyük bir özveri ile görev alan bütün insanlara ve ülkemizde tarımsal mekanizasyon eğitim ve araştırmalarının öncülerine ithaf olunur. Değerli eserleri ve önemli katkıları için en içten teşekkürlerimi ve sonsuz saygılarımı sunarım.
Prof.Dr. Hasan Hüseyin ÖZTÜRK
Adana, Ekim-2023

İÇİNDEKİLER

1. GIDA-SU-ENERJİ İLİŞKİLERİ…………………………………... 1
1.1. Giriş……………………………………………………………… 1
1.2. Su-Enerji-Gıda İlişkisi…………………………………………… 3
1.3. Tartışma Ve Sonuçlar……………………………………………. 7
2. TARIMSAL ÜRETİMİN GELİŞME AŞAMALARI…………….. 8
2.1. Giriş…………………………………………............................... 8
2.2. Tarımın Gelişme Aşamaları……………………………………... 9
2.3. Tarım Ve Endüstri Devrimleri…………………………………... 11
2.3.1. Tarımsal Üretimin Gelişme Aşamaları…………………... 13
2.4. Veriye Dayalı Tarım: Tarım 4.0………………………………… 14
2.5. Nesnelerin İnterneti: Bilgi Toplama……………………………. 19
2.6. Büyük Veri: Büyük Verilerin Analizi…………………………… 19
2.7. Tarım 5.0: Robotik Ve Yapay Zeka…………………………….. 20
3. TARIMDA DİJİTAL DÖNÜŞÜM………………………………… 23
3.1. Bağlantı………………………………………………………….. 24
3.2. Şeffaflık…………………………………………………………. 24
3.3. Yönetim…………………………………………………………. 24
3.4. Sonuç……………………………………………………………. 25
4. AKILLI TARIM……………………………………………………. 26
4.1. Hassas Tarım……………………………………………………. 26
4.2. Tarım 4.0………………………………………………………… 29
4.2.1. Dijital Teknolojiler……………………………………….. 30
4.2.1.1. Endüstri 4.0……………………………………… 30
4.2.1.1.1. Nesnelerin İnterneti…………………... 31
4.2.1.1.2. Bulut Bilişim………………………….. 31
4.2.1.1.3. Büyük Veri…………………………… 32
4.2.1.1.4. Yapay Zeka…………………………… 33
4.2.1.1.5. Tarımsal Robotlar…………………….. 34
4.2.1.1.6. Blok Zinciri…………………………… 35
4.2.2. Tarım 4.0 Uygulamaları………………………………….. 37
4.2.2.1. İzleme……………………………………………. 38
4.2.2.2. Kontrol…………………………………………… 38
4.2.2.3. Tahmin…………………………………………… 38
4.2.2.4. Lojistik…………………………………………… 39
4.2.3. Hassas Tarımdan Örnekler……………………………….. 39
4.2.3.1. Hassas Hayvancılık……………………………… 39
4.2.3.1.1. Hassas Hayvancılıkta İnternet………... 44
4.2.3.2. Hassas Sulama…………………………………… 50
4.2.3.3. Blok Zinciri Tabanlı Elektronik Tarım………….. 52
4.2.4. Dijital Geçiş Ve Zorluklar………………………………... 54
5. YENİLENEBİLİR ENERJİ VE ÇEVRE TEKNOLOJİLERİ….. 55
5.1. Agrivoltaikler……………………………………………………. 55
5.2. Aquavoltaik……………………………………………………... 56
5.3. Güneş Enerjili İzleme Sistemi………………………………….. 57
5.3.1. Ürün Ve Toprak İzleme………………………………….. 57
5.3.2. Çevresel İzleme………………………………………….. 58
5.3.3. Su İzleme………………………………………………… 60
5.4. Güneş Enerjili Pivot Sulama Sistemi…………………………… 61
5.5. Entegre Gıda Ve Enerji Sistemleri……………………………… 62
6. TARIM 5.0 VE UZAKTAN ALGILAMA………………………... 64
6.1. Tanımlama………………………………………………………. 64
6.2. Tarımda Uzaktan Algılama……………………………………... 64
6.3. Algılayıcılar…………………………………………………….. 66
6.4. Uydu……………………………………………………………. 70
6.5. Uzaktan Kontrollü Uçaklar……………………………………... 75
6.6. Uydu Ve Uzaktan Kontrollü Uçak……………………………… 80
7. TARIMDA İNSANSIZ HAVA ARACI KULLANIMI…………... 81
7.1. İnsansız Hava Aracı……………………………………………... 81
7.2. İnsansız Hava Araçlarının Tarihsel Gelişimi…………………… 83
7.3. Yararları Ve Mevcut Dönüşüm…………………………………. 83
7.4. İnsansız Hava Araçlarının Sınıflandırılması……………………. 84
7.4.1. Dikey Kalkış Ve İniş Yapan İnsansız Hava Araçları…….. 92
7.5. İnsansız Uçuş Sistemleri………………………………………… 94
7.6. İnsansız Hava Araçlarının Kullanım Alanları…………………... 94
7.6.1. Uzaktan Algılama………………………………………... 94
7.6.2. Taşıma……………………………………………………. 96
7.6.3. Bilimsel Araştırma……………………………………….. 96
7.6.4. Hassas Saldırılar………………………………………….. 96
7.6.5. Arama Ve Kurtarma……………………………………… 96
7.7. Özerklik…………………………………………………………. 97
7.8. Dayanıklılık ……………………………………………………. 97
7.9. İnsansız Hava Araçlarının Karşılaştırılması……………………. 99
7.10. Tarımda İnsansız Hava Aracı Kullanımı……………………… 110
7.10.1. Tarımsal Uzaktan Kumandalı Uçak Tasarımı…………. 110
7.11. Dron Seçimi…………………………………………………… 111
7.12. Uçuş Planlama Ve Veri Toplama……………………………... 111
7.13. Görüntü İşleme Ve Yazılım…………………………………… 115
8. TARIMSAL ÜRETİMDE DRON UYGULAMALARI………….. 118
8.1. Dron Teknolojisinin Tarımda Uygulanması…………………….. 118
8.1.1. Ürün İzleme Ve Değerlendirme………………………….. 121
8.1.2. Değişken Oranlı Gübreleme……………………………… 123
8.1.3. Hastalık Sürveyansı………………………………………. 124
8.1.4. Patojen Gözetimi…………………………………………. 124
8.1.5. Kuş Gözetimi…………………………………………….. 124
8.1.6. Sulama Ve Gübreleme…………………………………… 126
8.1.7. Toprak Ve Tarla Analizi…………………………………. 126
8.1.8. Yabancı Ot Kontrolü……………………………………... 126
8.1.9. Ürün Hasadı………………………………………………. 127
8.1.10. Ürün Sigortası…………………………………………… 127
8.1.11. Mekanik Tozlaşma……………………………………… 127
8.1.12. Ürün Ve Ağaç Plantasyonu……………………………... 128
8.1.13. Orman Uygulamaları……………………………………. 128
8.1.14. Hayvancılık Uygulamaları………………………………. 128
8.2. Ekonomik Yönler……………………………………………….. 129
8.3. Entegre Uzaktan Kumandalı Uçak Teknolojisi…………………. 129
8.4. Sonuçlar Ve Gelecekteki Beklentiler…………………………… 130
9. HASSAS TARIMDA İNTERNET UYGULAMALARI…………. 132
9.1. Giriş…………………………………………………………….. 132
9.2. Hassas Tarımın Gelişmesi………………………………………. 133
9.2.1. Hassas Tarım…………………………………………….. 134
9.2.2. Tesis Tarımı……………………………………………… 135
9.2.3. Sözleşmeli Tarım………………………………………… 136
9.3. Tarımda İnternet Uygulamaları…………………………………. 137
9.3.1. Tarla Tarımında İnternet Kullanımı……………………… 137
9.3.2. Su Ürünleri Yetiştiriciliğinde İnternet Kullanımı………... 137
9.3.3. Hayvan Yetiştiriciliğinde İnternet Kullanımı……………. 138
9.3.4. Serada İnternet Kullanımı……………………………….. 139
9.3.5. Bitki Fabrikalarında İnternet Kullanımı…………………. 140
9.3.6. Fotovoltaik Sistemlerde İnternet Kullanımı……………... 140
9.3.7. Güneş Enerjili Lambalar İçin İnternet Kullanımı………. 141
10. TARIMSAL VERİ TOPLAMA, DEPOLAMA VE ANALİZ….. 143
10.1. Nesnelerin İnterneti Teknolojisi……………………………… 143
10.1.1. Tarımsal Kitle Algılama……………………………… 143
10.1.1.1. Türleri………………………………………. 145
10.1.1.2. İşlem………………………………………... 146
10.1.1.3. Zorluklar…………………………………… 147
10.1.1.3.1. Kaynak Sınırlamaları………….......... 147
10.1.1.3.2. Gizlilik, Güvenlik Ve Veri Bütünlüğü 147
10.2. Bitki Fenotipi Bilgi Sistemi…………………………………... 148
10.3. Veri Depolama Teknolojisi…………………………………... 149
10.4. Veri Toplama Teknolojisi……………………………………. 149
10.4.1. Sensörler Ve Sürücüler……………………………….. 150
10.4.2. Tarımsal Uydular İle Uzaktan Algılama……………… 151
10.4.3. Tarımsal Blokzinciri…………………………………. 151
10.4.3.1. Tarihi Gelişim………………………………. 151
10.4.3.2. Yapı Ve Tasarım……………………………. 153
10.4.3.3. Bloklar……………………………………… 154
10.4.3.4. Blok Süresi………………………………….. 155
10.4.3.5. Kesinlik……………………………………... 155
10.4.3.6. Türleri………………………………………. 155
10.4.3.6.1. Genel Blokzincirleri……………. 155
10.4.3.6.2. Özel Blokzincirleri……………... 156
10.4.3.6.3. Hibrit Blokzincirleri……………. 156
10.4.3.7. Blokzinciri Kullanım Alanları……………… 156
10.4.3.7.1. Tedarik Zincirinde Blokzincir………. 157
10.4.3.7.2. Tarımda Blokzinciri Kullanımı……… 158
10.4.3.8. Blokzinciri İle Birlikte Çalışabilirlik………. 158
10.5. Veri Analizi Teknolojisi……………………………………… 158
10.5.1. Yapay Zeka………………………………………….. 159
10.5.1.1. Tarihsel Gelişim…………………………… 161
10.5.1.2. Hedefler……………………………………. 164
10.5.1.2.1. Akıl Yürütme Ve Problem Çözme…. 164
10.5.1.2.2. Bilgi Temsili………………………... 164
10.5.1.3. Makine Öğrenimi………………………….. 166
10.5.1.3.1. Doğal Dil İşleme………………. 167
10.5.1.3.2. Algılama……………………….. 167
10.5.1.3.4. Sosyal Zeka……………………. 168
10.5.1.3.5. Genel Zeka……………………. 168
10.5.1.4. Araçlar……………………………………... 168
10.5.1.4.1. Arama Ve Optimizasyon……… 168
10.5.1.4.2. Mantık…………………………. 169
10.5.1.5. Belirsiz Karşılaştırma İçin Olasılık……….. 170
10.5.1.6. Sınıflandırıcılar Ve İstatistiksel Öğrenme… 171
10.5.1.7. Yapay Sinir Ağları………………………… 172
10.5.1.8. Derin Öğrenme……………………………. 175
10.5.1.9. Özel Diller Ve Donanım………………….. 176
10.5.1.10. Uygulamalar……………………………… 176
10.5.1.11. Tarımsal Yapay Zeka……………………. 177
10.5.2. Uç Bilgi İşlem……………………………………….. 178
10.5.2.1. Tanımı……………………………………… 178
10.5.2.2. Kavram…………………………………….. 179
10.5.2.3. Gizlilik Ve Güvenlik………………………. 180
10.5.2.4. Ölçeklenebilirlik…………………………… 180
10.5.2.5. Güvenilirlik………………………………… 180
10.5.2.6. Hız…………………………………………. 181
10.5.2.7. Etkinlik…………………………………….. 181
10.5.2.8. Uygulamalar……………………………….. 182
10.5.2.9. Tarımsal Uç Bilgi İşlem…………………… 182
11. SÜRÜCÜSÜZ TRAKTÖR………………………………………... 184
11.1. Tarihsel Gelişimi……………………………………………... 185
11.2. Teknoloji……………………………………………………… 187
11.2.1. Tam Otonom………………………………………….. 188
11.2.2. Denetimli Otonom……………………………………. 188
11.3. Güvenlik……………………………………………………… 189
12. HASSAS TARIMDA GÜVENLİK ZORLUKLARI……………. 190
12.1. Tarımsal Üretimde Güvenlik Sorunları………………………. 190
12.1.1. Zor Koşullar…………………………………………... 190
12.1.2. Tarım Ekipmanlarından Kaynaklanan Tehditler……... 190
12.2. Bilgi Teknolojisinde Güvenlik Zorlukları……………………. 191
12.2.1. Yetkisiz Erişim……………………………………….. 191
12.2.2. Düğüm İletişiminin Kesilmesi……………………….. 192
12.2.3. Tesis Hasarı………………………………………….. 192
12.2.4. Kötü Amaçlı Veri Saldırıları…………………………. 193
12.2.5. Kontrol Sistemine İzinsiz Giriş………………………. 194
13. BİLGİ TEKNOLOJİLERİ İÇİN GÜVENLİK VE GİZLİLİK
ÖNLEMLERİ……………………………………………………... 195
13.1. Amaç Ve Kapsam……………………………………………. 195
13.2. Hassas Tarım İçin Güvenlik Önlemleri……………………… 196
13.2.1. Kimlik Doğrulama ve Erişim Kontrolü…………….... 196
13.2.2. Gizliliği Koruma……………………………………... 197
13.3. Veri Bütünlüğü için Blokzinciri Tabanlı Çözümler…………. 198
13.4. Kriptografi Ve Anahtar Yönetimi…………………………… 198
13.5. Fiziksel Karşı Önlemler……………………………………… 199
13.6. Saldırı Belirleme Sistemleri…………………………………. 199
14. GELECEK EĞİLİMLER VE GÜVENLİK KONULARI……… 200
14.1. Beşinci Nesil İletişim (5G)…………………………………… 201
14.2. Sis Bilişim (FC) ve Her Şeyin İnterneti (IoE)………………... 201
14.3. Yenilenebilir Enerji Yönetim Sistemi (Yenilenebilir EMS)…. 203
14.4. Yazılım Tanımlı Ağ (SDN)…………………………………... 204
14.5. Sanal Gerçeklik (VR) ve Artırılmış Gerçeklik (AR)………… 205
14.6. Akıllı Tarım için Siber Güvenlik Veri Kümeleri……………. 205
14.7. Sonuç Ve Öneriler…………………………………………… 205
14.7.1. Öneriler………………………………………………. 207
15. BİTKİ STRESİNİN UZAKTAN ALGILANMASI…………….. 208
15.1. Giriş………………………………………………………….. 208
15.2. Stres Belirleme İçin Niteliksel Uzaktan Algılama Yöntemleri 211
15.2.1. Floresan Spektroskopisi……………………………… 213
15.2.2. VIS/NIR Spektroskopisi……………………………... 214
15.2.3. Termal Görüntüleme…………………………………. 217
15.2.4. Floresan Görüntüleme……………………………….. 218
15.2.5. Çoklu Ve Hiperspektral Görüntüleme……………….. 219
15.3. Kantitatif Kesinlik Yöntemleri………………………………. 220
15.3.1. Moleküler Yöntemler………………………………... 220
15.3.2. Metabolomik………………………………………… 221
15.4. Pozitron Emisyon Tomografisi……………………………… 225
15.4.1. Morfolojik Bitki Görüntüleme Teknikleri…………... 225
15.4.2. Bitki Pozitron Emisyon Tomografisi……………….. 227
15.5. Sonuçlar Ve Gelecek Beklentiler……………………………. 231
16. OPTİK SENSÖRLER VE MAKİNE ÖĞRENİMİ İLE BİTKİ
STRESİNİN BELİRLENMESİ………………………………….. 233
16.1. Giriş………………………………………………………….. 233
16.2. Bitki Dokularının Spektral Özellikleri………………………. 235
16.3. Sensörler Ve Veri Toplama………………………………….. 237
16.3.1. Hiperspektral Görüntüleme………………………….. 238
16.3.2. Multispektral Görüntüleme Ve Spektroskopi……….. 240
16.3.3. RGB Görüntüleme…………………………………… 241
16.3.4. Termal Görüntüleme/Termografi……………………. 241
16.3.5. Floresan Spektroskopisi……………………………… 243
16.3.6. Floresan Görüntüleme……………………………….. 245
16.3.7. Sensörlerin Kombinasyonu………………………….. 246
16.4. Veri İşleme İçin Makine Öğrenimi………………………….. 247
16.4.1. Ön İşleme……………………………………………. 248
16.4.1.1. Renk Alanı Dönüşümü…………………….. 248
16.4.1.2. Boyutsal Küçülme…………………………. 249
16.4.1.3. Bölütleme………………………………….. 250
16.4.1.4. Özellik Çıkarma…………………………… 251
16.4.2. Sınıflandırma İçin Makine Öğrenimi Algoritmaları… 251
16.4.2.1. Destek Vektör Makinesi………………….. 252
16.4.2.2. Yapay Sinir Ağı…………………………… 254
16.4.2.3. Derin Öğrenme……………………………. 255
16.5. Sonuç Ve Öneriler…………………………………………... 255
17. GELECEĞİN TARIMSAL ÜRETİM SİSTEMLERİ………….. 257
17.1. Tarım Ve Gıda Sisteminin Dijital Dönüşümü………………... 258
17.1.1. Dijitalleşme Ve Altyapı Zorlukları………………….... 260
17.2. Çok İşlevli Peyzajlarda Biyoçeşitlilik ……………………….. 263
17.3. Sağlık Ve Beslenme İle İlgili Gelişmeler…………………….. 264
17.4. Besinlerin Döngüselliği………………………………………. 265
17.5. Sürdürülebilir Ve Döngüsel Araştırma Yaklaşımı…………… 266
17.6. İnsanlar Ve Uygulamalar…………………………………….. 267
KAYNAKLAR…………………………………………………………. 267