با همکاری انجمن هیدرولیک ایران

مروری بر کاربرد هوش مصنوعی در مدیریت هوشمند آبیاری

نوع مقاله : مروری

نویسندگان

گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده
با‏توجه ‏‏به چالش‌‌های فزاینده ناشی از کمبود منابع آب، رشد جمعیت، تغییرات اقلیمی و ضرورت افزایش بهره‌‌وری در کشاورزی، به‌کارگیری فناوری‌‌های نوین همچون هوش مصنوعی (AI) در مدیریت آبیاری به عنوان رویکردی تحول‌آفرین در نظر گرفته می‌شود. این پژوهش با هدف بررسی نقش هوش مصنوعی در بهینه‌سازی آبیاری و مدیریت منابع آب در کشاورزی، به تحلیل ابعاد مختلف از جمله پیشینه آبیاری، روش‌شناسی‌های نوین، گردآوری و تحلیل داده‌ها، الگوریتم‌های تخصیص آب، پایش عملکرد، چالش‌ها، فرصت‌ها و ارائه راهکارهای راهبردی پرداخته است. مطالعه حاضر با بهره‌گیری از بررسی نظام‌مند مقاله علمی معتبر، به بررسی فناوری‌هایی نظیر حسگرهای محیطی، اینترنت اشیاء، یادگیری ماشین، یادگیری عمیق و سامانه‌های تصمیم‌یار پرداخته و عملکرد آن‌ها را در بهبود کارایی مصرف آب و افزایش بازده محصولات ارزیابی نموده است. نتایج نشان می‌دهد که سامانه‌های هوشمند آبیاری می‌توانند مصرف آب را بین ۲۰ تا ۴۰ درصد کاهش داده و عملکرد محصولات را بهبود دهند. همچنین بررسی‌ها نشان داد موانعی نظیر نبود زیرساخت، هزینه اولیه بالا و کمبود داده‌های دقیق، از جمله چالش‌های کلیدی در استفاده از هوش مصنوعی در مدیریت هوشمند آبیاری به شمار می‌روند. در نهایت، پیشنهاداتی جهت توسعه بومی این سامانه‌ها با تاکید بر سیاست‌های حمایتی، بومی‌سازی فناوری و توانمندسازی کشاورزان ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

زارع، قدسیه، داورپناه، مجتبی، و سالارپور، ماشااله. (1400). بررسی عوامل مؤثر بر پذیرش فناوری‌های نوین آبیاری در بین کشاورزان منطقهٔ سیستان. مجله اقتصاد کشاورزی ایران، 8(4)، 23-32. https://www.sid.ir/paper/1053406/fa
Abuzanouneh, K. I. M., Al‑Wesabi, F. N., Albraikan, A. A. R., Al Duhayyim, M., & Hamza, M. A. (2022). Design of Machine Learning Based Smart Irrigation System for Precision Agriculture. Computers, Materials & Continua, 72(1). https://doi.org/10.32604/cmc.2022.022648
Ali, A., Hussain, T., & Zahid, A. (2025). Smart irrigation technologies and prospects for enhancing water use efficiency for sustainable agriculture. AgriEngineering, 7(4), 106. https://www.mdpi.com/2624-7402/7/4/106
Anjum, M. N., Cheema, M. J. M., Hussain, F., & Wu, R. S. (2023). Precision irrigation: Challenges and opportunities. In Precision Agriculture: Evolution, Insights and Emerging Trends (pp. 85–101). Elsevier. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780443189531000076
Angelakis, A. N., Zaccaria, D., Krasilnikoff, J., Salgot, M., Bazza, M., Roccaro, P., ... & Fereres, E. (2020). Irrigation of World Agricultural Lands: Evolution through the Millennia. Water, 12(5), 1285. https://www.mdpi.com/2073-4441/12/5/1285
Bayar, J., Ali, N., Cao, Z., Ren, Y., & Dong, Y. (2025). Artificial intelligence of things (AIoT) for precision agriculture: Applications in smart irrigation, nutrient and pest management. Smart Agricultural Technology, 5, 100860. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772375525008603
Colizzi, L., Dimauro, G., Guerriero, E., & Lomonte, N. (2025). Artificial intelligence and IoT for water saving in agriculture: A systematic review. Smart Agricultural Technology, 11, 101008. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772375525002412
Del-Coco, M., Leo, M., & Carcagnì, P. (2024). Machine learning for smart irrigation in agriculture: How far along are we? Information, 15(6), 306. https://www.mdpi.com/2078-2489/15/6/306
Elshaikh, A., Elsiddig Elsheikh, & Mabrouki, J. (2024). Applications of Artificial Intelligence in Precision Irrigation. Journal of Environmental & Earth Sciences, 6(2), 176–186. https://nchr.elsevierpure.com/en/publications/applications-of-artificial-intelligence-in-precision-irrigation/
Fader, M., Gerten, D., Krause, M., Lucht, W., & Cramer, W. (2013). Spatial decoupling of agricultural production and consumption: Quantifying dependences of countries on food imports due to domestic land and water constraints. Environmental Research Letters, 8(1), 014046. https://iopscience.iop.org/1748-9326/8/1/014046/pdf/1748-9326_8_1_014046.pdf
Ghahroodi, E. M., Noory, H., & Liaghat, A. M. (2015). Performance evaluation study and hydrologic and productive analysis of irrigation systems at the Qazvin irrigation network (Iran). Agricultural Water Management, 148, 189–195. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2014.10.003
Giaffreda, R., Antonelli, F., & Spada, P. (2019). Promoting sustainable agricultural practices through incentives. In 2019 IEEE International Workshop on Metrology for Agriculture and Forestry (MetroAgriFor), 1–6. IEEE. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8909281/
Hammouch, H., El-Yacoubi, M., Qin, H., & Berbia, H. (2024). A systematic review and meta-analysis of intelligent irrigation systems. IEEE Access, 12, 10577970. https://ieeexplore.ieee.org/iel8/6287639/10380310/10577970.pdf
Jaiswal, N., Kumar, T. V., & Shukla, C. (2025). Smart drip irrigation systems using IoT: a review of architectures, machine learning models, and emerging trends. Discover Agriculture, 3, 253. https://link.springer.com/article/10.1007/s44279-025-00430-1
Jena, S. P., & Chakravarty, S. (2024). Internet of things-based remote monitoring and classification of Spinacia oleracea leaf disease using deep learning approach. International Journal of Web and Grid Services, 20(2), 138597. https://www.inderscienceonline.com/doi/abs/10.1504/IJWGS.2024.138597
Kashyap, P. K., Kumar, S., Jaiswal, A., Prasad, M., & Gandomi, A. H. (2021). Towards precision agriculture: IoT‑enabled intelligent irrigation systems using deep learning neural network. IEEE Sensors Journal, 21(16), 17479–17491. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9388691/
Liakos, K. G., Busato, P., Moshou, D., Pearson, S., & Tsouros, D. (2018). Machine learning in agriculture: A review. Sensors, 18(8), 2674. https://www.mdpi.com/1424-8220/18/8/2674
Martelli, A., Rapinesi, D., Verdi, L., Donati, I. I. M., Dalla Marta, A., & Altobelli, F. (2025). Smart irrigation for management of processing tomato: a machine learning approach. Irrigation Science, 43(11), 1407–1424. https://link.springer.com/article/10.1007/s00271-024-00993-9
Mehedi, I. M., Hanif, M. S., Bilal, M., & Vellingiri, M. T. (2024). Remote sensing and decision support system applications in precision agriculture: Challenges and possibilities. IEEE Access, 12, 10477982. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10477982/
Menezes, S. M., da Silva, G. F., & da Silva, M. M. (2024). Pulse drip irrigation improves yield, physiological responses, and water-use efficiency of sugarcane. Environmental and Sustainability Conservation Science. https://link.springer.com/article/10.1007/s41101-024-00258-8
Miller, T., Mikiciuk, G., Durlik, I., Mikiciuk, M., Łobodzińska, A., & Śnieg, M. (2025). The IoT and AI in Agriculture: The Time Is Now—A Systematic Review of Smart Sensing Technologies. Sensors, 25(12). http://www.turjaf.com/index.php/TURSTEP/article/view/551
Mohyuddin, G., Khan, M. A., Haseeb, A., & Mahpara, S. (2024). Evaluation of machine learning approaches for precision farming in smart agriculture system: a comprehensive review. IEEE Access, 12, 10504121. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10504121/
Mousavi, S. M., & Khademzadeh, A. (2022). The role of low‑power wide‑area network technologies in Internet of Things: A systematic and comprehensive review. Digital Communications and Networks, 8(4), 503–522. https://doi.org/10.1002/dac.5036
Oğuztürk, G. E. (2025). AI‑driven irrigation systems for sustainable water management: A systematic review and meta‑analytical insights. Smart Agricultural Technology, 11, 100982. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772375525002151
Pereira, L. S., Cordery, I., & Iacovides, I. (2012). Improved indicators of water use performance and productivity for sustainable water conservation and saving. Agricultural Water Management, 108, 39–51. https://ideas.repec.org/a/eee/agiwat/v108y2012icp39-51.html
Saikai, Y., Peake, A., & Chenu, K. (2023). Deep reinforcement learning for irrigation scheduling using high-dimensional sensor feedback. PLOS Water, 2(9), e0000169. https://journals.plos.org/water/article?id=10.1371/journal.pwat.0000169
Seyedzadeh, A., & Khazaee, P. (2022). Irrigation management evaluation of multiple irrigation methods using performance indicators. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 28(4), 345–356. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/09715010.2021.1891470
Singh, A., Kumar, R., & Sharma, P. (2025). A comprehensive review of recent advances in intelligent controller development for smart irrigation systems. Discover Computing, 28, Article 239. https://link.springer.com/article/10.1007/s10791-025-09762-4
Sui, R. (2017). Irrigation scheduling using soil moisture sensors. Journal of Agricultural Science, 10(1), 1–11. U.S. Department of Agriculture. https://www.ars.usda.gov/ARSUserFiles/60663500/Publications/Sui/2018/Sui_2018_JAS_10-1-1-11.pdf
Tace, Y., Elfilali, S., Tabaa, M., & Leghris, C. (2023). Implementation of smart irrigation using IoT and artificial intelligence. Mathematical Modeling and Computing, 10(2), 575–589. https://doi.org/10.23939/mmc2023.02.575
Togneri, R., Dos Santos, D. F., Camponogara, G., Nagano, H., Custodio, G., Prati, R., & Fernandes, S. (2022). Soil moisture forecast for smart irrigation: The primetime for machine learning. Expert Systems with Applications, 208, 118229. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0957417422009563
Touil, S., Richa, A., & Fizir, M. (2022). A review on smart irrigation management strategies and their effect on water savings and crop yield. Irrigation and Drainage, 71(4), 1234–1250. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ird.2735
Vallejo‑Gómez, D., Osorio, M., & Hincapié, C. A. (2023). Smart irrigation systems in agriculture: A systematic review. Agronomy, 13(2), 342. https://www.mdpi.com/2073-4395/13/2/342
Wolfert, S., Ge, L., Verdouw, C., & Bogaardt, M.-J. (2017). Big Data in Smart Farming – A review. Agricultural Systems, 153, 69–80. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308521X16303754
Zhao, H., Di, L., Guo, L., Zhang, C., & Lin, L. (2023). An automated data-driven irrigation scheduling approach using model simulated soil moisture and evapotranspiration. Sustainability, 15(17), 12908. https://www.mdpi.com/2071-1050/15/17/12908
ارسال نظر در مورد این مقاله
نام را وارد کنید.
نشانی پست الکترونیکی را به درستی وارد کنید.
وابستگی سازمانی را به درستی وارد کنید.
توضیحات را وارد کنید (حداقل 50 حرف)
CAPTCHA Image
شناسه امنیتی را به درستی وارد کنید.
دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 37
امنیت غذا و بهره وری آب
پاییز 1404
صفحه 156-163

  • تاریخ دریافت 26 خرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 12 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 25 مرداد 1404