Berbagai negara berupaya untuk membuat pertanian lebih efisien dengan mengintegrasikan berbagai teknologi untuk meningkatkan operasinya. Menerapkan perbaikan dalam sistem irigasi sangat penting untuk efisiensi penggunaan air dan berfungsi sebagai kontributor untuk Tujuan Pembangunan Berkelanjutan (SDGs). Sistem irigasi otomatis sangat penting untuk konservasi air, peningkatan ini dapat memiliki peran penting dalam meminimalkan penggunaan air. Teknik pertanian dan perkebunan juga terkait dengan IoT dan otomatisasi, untuk membuat seluruh proses menjadi lebih efektif dan efisien. Sistem sensorik membantu petani untuk lebih memahami tanaman mereka dan mengurangi dampak lingkungan serta melestarikan sumber daya. Melalui sistem canggih ini, pemantauan tanah dan cuaca yang efektif terjadi bersamaan dengan pengelolaan air yang efisien. Sistem irigasi telah ditetapkan sebagai kontributor positif terhadap sistem irigasi yang dioptimalkan yang dapat meningkatkan penggunaan penelitian dan pengembangan berkelanjutan yang berfokus pada peningkatan operasi yang berkelanjutan dan pengurangan biaya.

Mengenal Smart Irrigation System

Pertanian adalah industri yang penting dan juga fondasi ekonomi.  Otomatisasi pertanian merupakan perhatian utama dan topik yang sedang berkembang di semua negara. Populasi dunia meningkat dengan cepat, dan seiring dengan pertumbuhan populasi, permintaan akan makanan pun meningkat. Kebutuhan pangan yang terus berkembang, serta perubahan permintaan konsumen, membuat industri pertanian sangat sulit untuk mengembangkan teknik dan praktik yang memungkinkan mereka untuk sepenuhnya memenuhi kebutuhan dan persyaratan yang terus meningkat. Salah satu sektor yang paling penting dalam masyarakat adalah pertanian, di mana sektor ini mendorong perkembangan yang terjadi. Oleh karena itu, sangat penting untuk memastikan bahwa peningkatan dilakukan dalam industri ini untuk meningkatkan hasil dan hasil secara umum. Teknologi produksi makanan harus mendorong peningkatan dan inovasi besar untuk memenuhi kebutuhan pelanggan yang terus meningkat. Sangat penting untuk memanfaatkan sumber daya pertanian karena sebagian besar negara bergantung pada sektor pertanian. Irigasi pintar muncul sebagai sebuah disiplin ilmu baru yang menggunakan metode intensif data untuk meningkatkan produktivitas pertanian sekaligus mengurangi dampak lingkungan. 

Operasi pertanian modern menghasilkan data dari berbagai sensor, yang mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang lingkungan operasi dan kegiatan operasi. Hal ini memungkinkan pengambilan keputusan yang lebih akurat dan efisien. Selain itu, hal ini memungkinkan pengoptimalan sumber daya dan pencapaian tujuan yang diinginkan dari sektor ini. Air dikonservasi ketika menerapkan teknologi ini dalam sistem irigasi sehingga berperan sebagai kontributor penting bagi Tujuan Pembangunan Berkelanjutan (SDGs) di bawah Perserikatan Bangsa-Bangsa. SDG yang terkait dengan air dan lingkungan dapat dicapai dengan menerapkan sistem irigasi cerdas untuk mencapai manfaat berkelanjutan dan planet yang lebih baik untuk semua. Kualitas penilaian indikator ini bergantung pada kualitas data air yang tersedia. Oleh karena itu, seruan untuk sistem pangan yang lebih sehat dan berkelanjutan menempatkan tuntutan baru pada bagaimana irigasi dikembangkan dan dikelola.

Namun, penyalahgunaan elemen pertanian dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan dan hasil yang negatif. Salah satu alasan utama yang dapat diidentifikasi adalah keterbatasan lahan penampungan air dan kurangnya keahlian di lapangan. Pengambilan air secara terus menerus dari dalam bumi telah mengakibatkan penurunan permukaan air, yang berkontribusi pada pengembangan zona lahan yang tidak terairi. Oleh karena itu, memperbaiki sistem pertanian telah menjadi suatu keharusan dan negara-negara sekarang mencari cara untuk menerapkan kerangka kerja yang efektif di mana sistem dapat berjalan dengan baik.

Sektor pertanian dan praktik pertanian berkelanjutan melihat penggunaan modern untuk sistem dan solusi kecerdasan buatan (AI). Selama beberapa dekade terakhir, para akademisi sangat tertarik dengan bidang keberlanjutan multidimensi dalam berbagai disiplin ilmu. Keberlanjutan mencakup berbagai topik, termasuk iklim, ekologi, ekonomi hijau, keamanan pangan, pertanian berkelanjutan, teknologi bersih, dan lain-lain, karena sifatnya yang multidisiplin. Oleh karena itu, perhatian yang lebih baru telah difokuskan pada penyediaan AI di bidang pertanian.

Sistem irigasi pintar meningkatkan kinerja dan merupakan teknik baru yang mengotomatiskan sistem irigasi dan menghemat penggunaan air. Teknik ini menyesuaikan irigasi berdasarkan kondisi tanah dan cuaca yang sebenarnya, oleh karena itu memungkinkan petani untuk memenuhi permintaan mereka dengan teknik adopsi baru yang menghemat air untuk proses irigasi. Sistem irigasi pintar meliputi akuisisi data (sensor), kontrol irigasi, komunikasi nirkabel, pemrosesan data dan deteksi kesalahan. Masing-masing komponen ini dapat digunakan dalam perangkat IoT.

Sistem Irigasi Pintar
Internet of Things (IoT), perangkat ponsel pintar, dan sensor adalah teknologi yang semakin memungkinkan petani untuk mengetahui status ladang mereka secara tepat, termasuk suhu tanah, jumlah air yang dibutuhkan, kondisi cuaca, dan masih banyak lagi. IoT dapat dianggap sebagai perpanjangan dari internet saat ini ke semua perangkat yang dapat berkomunikasi dengan peralatan elektronik dan terhubung ke internet, membuat perangkat menjadi mudah digunakan dan mudah ditangani. Sejalan dengan itu, IoT terkait dengan otomatisasi semua bidang pertanian dan proses pertanian untuk membuat seluruh proses menjadi lebih produktif dan efisien. Penggunaan sensor juga penting bagi petani untuk lebih memahami tanaman mereka, mengurangi dampak lingkungan dan melestarikan sumber daya. Oleh karena itu, dengan penggunaan pertanian pintar, petani diberi kesempatan untuk menghasilkan panen dengan menggunakan lebih sedikit sumber daya, seperti pupuk, air, dan benih. Makalah ini bertujuan untuk menyoroti kontribusi irigasi pintar menggunakan Internet of Things (IoT) dan sistem sensorik dengan SDGs. 

Pemantauan tanah dan cuaca
Sistem pemantauan yang efisien dan efektif berdampak pada perkembangan dan pertumbuhan tanaman dan sangat penting dalam merancang sistem kontrol irigasi yang efektif untuk meningkatkan produksi pangan dengan kehilangan air yang minimum. Pemantauan dalam konteks khusus irigasi presisi menanamkan pengumpulan data, yang secara memadai mengarah untuk mencerminkan status real-time tanaman, tanah, dan cuaca di area irigasi melalui penggunaan Internet of Things (IoT) dan Jaringan Sensor Nirkabel (WSN). Dalam rangka membangun sistem pemantauan waktu nyata, IoT telah menghasilkan metode teknologi berbiaya rendah yang mengarah pada peningkatan sistem kontrol dan pemantauan untuk proses irigasi. Selain itu, WSN juga memberikan kontribusi yang signifikan dalam pemantauan waktu nyata untuk pertanian presisi. Dalam teknik ini, jaringan node sensor nirkabel dikembangkan untuk merasakan, menghitung, dan mengirimkan informasi dari berbagai parameter.

Kelembaban tanah dianggap sebagai parameter penting yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman. Pemantauan kadar air tanah yang efektif dapat dianggap sebagai hal yang sangat penting untuk memastikan jadwal irigasi yang optimal. Penginderaan kelembaban tanah berfokus pada jenis berbasis kapasitansi berbiaya rendah yang pada dasarnya didasarkan pada prinsip kerja perangkat dielektrik. Tujuan dari pemantauan tanah adalah untuk mengukur kadar air tanah melalui penggunaan teknologi berbasis sumur dalam sistem irigasi pintar. Sensor kelembaban tanah ditanam di zona akar pohon, semak, atau rumput yang mengarah pada pengukuran tingkat kelembaban tanah secara tepat dan mengirimkan hasil pembacaan ke pengontrol. Dengan menggunakan metode ini, informasi penting diteruskan untuk memahami bagaimana kegiatan terkait harus dirancang dan dilakukan untuk hasil yang optimal.

Dua sistem utama berbasis sensor kelembaban tanah dapat dianggap sebagai sistem irigasi siklus bersuspensi dan irigasi sesuai permintaan. Siklus yang ditangguhkan lebih seperti pengontrol pengatur waktu tradisional yang memiliki jadwal penyiraman, durasi, waktu mulai, dan waktu akhir. Perbedaannya adalah bahwa sistem akan secara otomatis menghentikan irigasi terjadwal berikutnya ketika tanah memiliki kelembaban yang cukup. Di sisi lain, irigasi air sesuai permintaan tidak memerlukan pemrograman atau durasi irigasi apa pun. Ambang batas ditetapkan oleh pengguna dalam teknik ini yang memulai proses irigasi ketika kelembaban tanah gagal memenuhi tingkat yang dibutuhkan.

Selanjutnya, pemantauan cuaca adalah proses menilai cuaca di area dan sekitarnya untuk area tanam yang luas. Dengan kata lain, kondisi lingkungan di area kerja dianalisis untuk mengidentifikasi risiko dan mengembangkan strategi yang dapat digunakan untuk mengurangi risiko tersebut. Implementasi WSN dapat dianggap sebagai cara penting dimana berbagai sensor yang berbeda saling terhubung satu sama lain untuk memantau kondisi lingkungan fisik. Pemantauan waktu nyata terjadi bersamaan dengan analisis data dari sensor yang dipasang melalui loop umpan balik yang selanjutnya mengarah untuk mengaktifkan perangkat kontrol. Sistem pemantauan cuaca berbasis IoT lainnya telah dibuat untuk memantau dan menilai lingkungan tanaman seperti kelembaban, suhu udara, kecepatan angin, radiasi matahari, dan kontrol kelembaban di dalam tanah. Penggunaan sensor berbasis cuaca diambil di dalamnya yang dihubungkan dengan standar komunikasi nirkabel untuk transfer data real-time. Melalui penggunaan metode ini, menjadi mungkin untuk mendapatkan informasi rinci mengenai cuaca yang pada akhirnya dapat membantu dalam mengembangkan metode yang dapat mendukung proses irigasi dalam jangka panjang.

Pengelolaan air
Manajemen air dapat dianggap sebagai konsep yang sangat penting dalam hal irigasi. Kelangkaan air bersih telah menjadi perhatian secara global sehingga sektor pertanian bersama dengan industri lainnya harus memberikan perhatian dan fokus pada masalah ini. Pengelolaan air dapat dianggap sebagai pengelolaan kelembaban tanah untuk memastikan bahwa tingkat dan kuantitas air yang optimal diterapkan pada waktu yang tepat. Pengelolaan air yang efektif sangat penting untuk sektor pertanian karena dapat mengurangi biaya dan meningkatkan produksi tanaman. Pengelolaan air juga sangat penting karena memungkinkan organisasi di sektor pertanian untuk mengelola sumber daya dan melaksanakan kegiatan yang diperlukan dengan tepat. Faktanya berbagai proyek sedang dilakukan pada skala yang berbeda, sangat penting untuk memahami apakah proyek-proyek ini akan dilakukan secara efektif atau tidak.

IoT dan sistem pintar yang digunakan dalam irigasi 

Teknologi komunikasi
Sehubungan dengan implementasi perangkat IoT, teknologi komunikasi yang digunakan dapat dianggap sebagai poin penting dan penting untuk mencapai operasi yang sukses. Teknologi komunikasi selanjutnya dapat dianggap sebagai teknologi yang digunakan sesuai dengan lingkungan dimana teknologi tersebut akan diterapkan. Teknologi utama yang digunakan dalam IoT untuk irigasi dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori. Salah satunya dapat dianggap sebagai perangkat yang berfungsi sebagai node dan mengarah untuk meneruskan atau mengirimkan jumlah data yang kecil pada jarak pendek serta memiliki konsumsi energi yang rendah. Akibatnya, perangkat lainnya adalah perangkat yang memiliki kemampuan untuk mengirimkan data dalam jumlah besar dalam jarak jauh, dengan konsumsi energi yang tinggi. Ada berbagai standar nirkabel yang dapat digunakan dalam komunikasi perangkat IoT dan umumnya dapat diklasifikasikan antara perangkat yang berkomunikasi pada jarak jauh atau dekat.

Salah satu teknologi komunikasi yang paling banyak digunakan dan efektif telah diidentifikasi sebagai Wifi karena aksesibilitasnya yang memungkinkan. Lebih lanjut telah diidentifikasi bahwa perangkat berbiaya rendah saat ini untuk IoT sebagian besar mengarah pada dukungan Wi-Fi, dan meskipun memiliki keterbatasan (cakupan area dan jangkauan), ini dianggap sebagai metode yang efektif secara keseluruhan. Global System for Mobile communication (GSM) lebih lanjut telah diidentifikasi sebagai teknologi nirkabel yang tersebar luas yang menyediakan komunikasi jarak jauh dan yang dibutuhkan hanyalah paket seluler dari penyedia layanan yang beroperasi dan berfungsi di area tertentu. Dua teknologi penting lainnya yang telah ditetapkan baru-baru ini adalah Long Range (LoRa) dan Message Queuing Telemetry Transport (MQTT). LoRa menyediakan jangkauan yang sangat jauh, dan hal ini membuat teknologi ini sangat layak dan berguna untuk daerah terpencil yang tidak memiliki layanan apa pun. Di sisi lain, meskipun MQTT juga telah menjadi protokol yang tersebar luas karena memiliki overhead yang rendah dan konsumsi daya yang rendah, MQTT belum banyak digunakan untuk sistem irigasi.

Teknologi Cloud
Dua sistem penyimpanan yang paling penting dan paling banyak digunakan adalah cloud dan database tradisional. Sistem penyimpanan ini sangat penting bagi berbagai organisasi yang bekerja di berbagai industri dan sektor karena memberikan kesempatan untuk menyimpan dan mengakses informasi yang berguna saat dibutuhkan. Melalui sistem penyimpanan tersebut, konsep big data telah terjadi yang mendefinisikan kumpulan data dalam jumlah besar yang digunakan untuk perusahaan untuk berbagai tujuan. Sehubungan dengan layanan yang dibutuhkan yang diminati dalam IoT, sangat penting untuk menggunakan middleware. Dengan penggunaan middleware, memungkinkan untuk menghubungkan program-program yang pada awalnya belum dikembangkan untuk saling terhubung satu sama lain. Klasifikasi middleware IoT lebih lanjut didasarkan pada fitur yang berbeda dan bantuan perlindungan interface.

Mempertimbangkan penggunaan cloud di sektor pertanian dan khususnya pada sistem berbasis irigasi, data dikumpulkan dan diproses dengan menggunakan sensor. Dalam beberapa penelitian, telah disimpulkan lebih lanjut bahwa data diproses di cloud itu sendiri, dan pengguna dapat melihat informasi dengan menghubungkan ke cloud. Penggunaan cloud dalam irigasi terutama dilakukan dalam hal menyimpan data yang dipantau dan kemudian mengambilnya saat dibutuhkan. Teknologi cloud menyediakan opsi berbayar dan gratis bagi pengguna untuk menyimpan, menilai, dan menampilkan data pada berbagai perangkat dan platform. Fakta bahwa teknologi ini digunakan untuk menyimpan informasi yang terkait dengan pekerjaan secara signifikan berkontribusi untuk meningkatkan efisiensi kinerja secara keseluruhan. Data yang disimpan diakses dalam berbagai kesempatan dan untuk berbagai tujuan, di mana penelitian dan pengembangan juga dapat dianggap sebagai salah satu penggunaan yang paling penting. Fasilitas teknologi cloud telah memungkinkan banyak organisasi di sektor pertanian untuk menyimpan dan melihat informasi yang membantu meningkatkan efisiensi dan efektivitas kerja.

Manfaat sistem IoT dalam irigasi

Ada berbagai manfaat yang terkait dengan sistem IoT dalam irigasi dan beberapa di antaranya dapat dianggap sebagai pengurangan konsumsi air secara keseluruhan, efisiensi biaya yang tinggi, efisiensi kinerja yang tinggi, konsumsi energi yang lebih rendah, pemborosan tanaman yang lebih rendah, dan banyak lagi.

Salah satu manfaat utama dari sistem IoT dalam irigasi terkait dengan konsumsi air yang lebih rendah. Selain itu, sebagian besar pekerjaan yang terkait dengan irigasi diotomatisasi melalui pendekatan seperti itu, sehingga jumlah air yang digunakan untuk proses irigasi rendah. Dalam cara irigasi tradisional sebagian besar penanganan dan operasi dilakukan secara manual, sejumlah besar air terbuang dalam proses irigasi di mana campur tangan manusia diperlukan. 

Dengan irigasi pintar, tidak ada atau lebih sedikit keterlibatan manusia dengan sumber daya air. Selain itu, efisiensi biaya yang tinggi adalah salah satu manfaat lain yang terkait dengannya karena penggunaan air yang lebih rendah dan ketepatan dalam prosesnya memungkinkan penghematan biaya dan pengeluaran secara keseluruhan. Konsumsi energi juga berkurang secara signifikan melalui pendekatan ini karena mesin harus bekerja dalam waktu yang lebih singkat dan interval yang terencana terjadi selama proses yang menurunkan penggunaan energi secara keseluruhan.