صفحة 178 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 6: صف كيفية استخدام المركبات الجوية دون طيار في الزراعة الدقيقة لتطبيقات إنترنت الأشياء.

الإجابة: س6: تُجهَّز المركبات الجوية دون طيار (الدرون) بمستشعرات وكاميرات وتعمل كعُقدة ضمن منظومة إنترنت الأشياء؛ فتطير فوق الحقول لجمع بيانات دقيقة عن المحاصيل والتربة (مثل الصور المرئية/متعددة الأطياف/الحرارية ورصد الإجهاد المائي والآفات)، ثم تُرسل البيانات لاسلكيًا إلى بوابة/منصة إنترنت الأشياء أو السحابة لتحليلها وإنتاج خرائط وتقارير. وبناءً على النتائج تُنفَّذ قرارات الزراعة الدقيقة مثل الري والتسميد والمكافحة بشكل موجَّه وبمعدلات متغيرة، مع متابعة الحقل دوريًا وفي شبه وقت حقيقي.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لنفهم هذا السؤال، فهو يسأل عن كيفية استخدام الدرون (المركبات الجوية دون طيار) في مجال الزراعة الدقيقة، وكيف ترتبط هذه الاستخدامات بتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT). الفكرة هنا هي أن الزراعة الدقيقة تهدف إلى إدارة الحقول الزراعية بدقة عالية بناءً على بيانات محددة، بدلاً من التعامل مع الحقل ككتلة واحدة. الدرون هنا تعمل كأداة لجمع هذه البيانات. تجهز الدرون بمستشعرات وكاميرات متخصصة (مثل الكاميرات متعددة الأطياف أو الحرارية). تطير هذه الدرون فوق الحقل لالتقاط صور وبيانات عن المحاصيل والتربة. هذه البيانات يمكن أن تكشف عن أمور مثل مناطق نقص المياه، أو انتشار الآفات، أو الحالة الصحية العامة للنباتات. الجزء المتعلق بإنترنت الأشياء يأتي هنا: الدرون تعمل كعقدة (node) في الشبكة. فهي لا تجمع البيانات فقط، بل ترسلها لاسلكياً عبر الإنترنت إلى منصة مركزية (مثل بوابة إنترنت الأشياء أو السحابة الإلكترونية). على هذه المنصة، تتم معالجة وتحليل البيانات تلقائياً باستخدام برامج متخصصة. نتيجة التحليل هي إنتاج خرائط وتقارير تفصيلية للحقل. بناءً على هذه التقارير الدقيقة، يمكن للمزارع أو النظام الآلي اتخاذ قرارات مستهدفة. على سبيل المثال، ري منطقة معينة فقط تحتاج للماء، أو تسميد بقعة محددة بنوع وكمية السماد المناسبين، أو مكافحة آفة في مكان ظهورها فقط. هذا هو جوهر الزراعة الدقيقة: معالجة متغيرة المعدلات بناءً على بيانات دقيقة. ميزة استخدام الدرون مع إنترنت الأشياء هي إمكانية جمع البيانات ومتابعة الحقل بشكل دوري وفي وقت شبه حقيقي، مما يوفر مراقبة مستمرة وفعالة. إذن الإجابة هي: **تجهز الدرون بمستشعرات وكاميرات لجمع بيانات دقيقة عن المحاصيل والتربة (كالصور متعددة الأطياف ورصد الإجهاد المائي)، ثم ترسل البيانات لاسلكياً إلى منصة إنترنت الأشياء لتحليلها وإنتاج خرائط. بناءً على النتائج، تُنفذ قرارات الزراعة الدقيقة (كالري والتسميد الموجه) مع متابعة دورية للحقل.**

سؤال 7: صنِّف الأنواع المختلفة لمستشعرات المركبات الجوية دون طيار.

الإجابة: س7: تُصنَّف مستشعرات الدرون إلى: 1) مستشعرات الملاحة والتحكم: مثل GPS، ووحدة القياس بالقصور الذاتي IMU (مقياس تسارع + جيروسكوب)، والبوصلة/المغناطيسية، والبارومتر/مقياس الارتفاع. 2) مستشعرات التصوير والاستشعار عن بُعد: كاميرا RGB، وكاميرات متعددة الأطياف، وفائقة الأطياف، وحرارية/تحت الحمراء. 3) مستشعرات قياس المسافة وتجنب العوائق: مثل LiDAR، والموجات فوق الصوتية، وأحيانًا الرادار. 4) مستشعرات بيئية (حسب المهمة): مثل الحرارة، والرطوبة، وشدة الإضاءة، و/أو الغازات.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** مستشعرات الدرون هي الأجهزة الإلكترونية التي تركب عليها لجمع المعلومات من البيئة المحيطة أو للتحكم في طيرانها. السؤال يطلب تصنيفها، أي تقسيمها إلى مجموعات رئيسية بناءً على وظيفة كل مجموعة.
2. **الخطوة 2 (التصنيف حسب الوظيفة):** يمكننا تصنيف هذه المستشعرات إلى أربع فئات رئيسية: 1. **مستشعرات الملاحة والتحكم:** وظيفتها الأساسية هي مساعدة الدرون على معرفة موقعها والتوجه والتحليق بشكل مستقر وآمن. تشمل: نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ووحدات القياس بالقصور الذاتي (IMU) التي تحتوي على مقاييس التسارع والجيروسكوبات، والبوصلة المغناطيسية لتحديد الاتجاه، والبارومتر لقياس الضغط الجوي وتقدير الارتفاع. 2. **مستشعرات التصوير والاستشعار عن بُعد:** هذه هي المستشعرات التي تجمع البيانات عن الهدف أو المنطقة المراد دراستها (مثل الحقل الزراعي). تشمل: الكاميرات العادية (RGB)، والكاميرات متعددة الأطياف التي تلتقط أطوالاً موجية محددة لا تراها العين (مفيدة لصحة النبات)، والكاميرات فائقة الطيف (لتحديد مواد معينة)، والكاميرات الحرارية التي تلتقط الحرارة المنبعثة من الأجسام. 3. **مستشعرات قياس المسافة وتجنب العوائق:** تساعد الدرون على قياس المسافة بينها وبين العوائق لتجنب الاصطدام، أو لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد دقيقة. أشهرها: مستشعرات الليدار (LiDAR) التي تستخدم الليزر، والمستشعرات فوق الصوتية، وأحياناً الرادار. 4. **مستشعرات بيئية (حسب المهمة):** قد تُركب مستشعرات إضافية لأغراض محددة تعتمد على طبيعة المهمة. مثل: مستشعرات لقياس درجة الحرارة المحيطة، والرطوبة، وشدة الإضاءة، أو حتى تركيز غازات معينة في الجو.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن، التصنيف هو: **1) مستشعرات الملاحة والتحكم (GPS، IMU، بوصلة). 2) مستشعرات التصوير والاستشعار عن بُعد (كاميرات RGB، متعددة الأطياف، حرارية). 3) مستشعرات قياس المسافة وتجنب العوائق (LiDAR، فوق صوتية). 4) مستشعرات بيئية (حسب المهمة، مثل حرارة ورطوبة).**

ما الدور الأساسي للمركبات الجوية دون طيار (الدرون) في منظومة إنترنت الأشياء للزراعة الدقيقة؟

• أ) تعمل كمركز تحكم رئيسي لبرمجة أنظمة الري والتسميد الآلية في المزرعة.
• ب) تعمل كعقدة لجمع بيانات دقيقة عن المحاصيل والتربة وإرسالها لاسلكياً لتحليلها.
• ج) تستخدم بشكل أساسي لنقل المنتجات الزراعية من الحقل إلى مراكز التوزيع.
• د) تعمل كخوادم سحابية لتخزين البيانات التاريخية للمزرعة فقط.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تعمل كعقدة لجمع بيانات دقيقة عن المحاصيل والتربة وإرسالها لاسلكياً لتحليلها.

الشرح: 1. تُجهَّز الدرون بمستشعرات وكاميرات متخصصة (متعددة الأطياف/حرارية). 2. تطير فوق الحقول لجمع بيانات دقيقة عن صحة النباتات والتربة. 3. ترسل البيانات لاسلكياً إلى بوابة أو منصة إنترنت الأشياء. 4. يتم تحليل البيانات لإنتاج خرائط وتقارير تدعم اتخاذ قرارات الزراعة الدقيقة.

تلميح: فكر في الوظيفة الأساسية للدرون في جمع المعلومات ونقلها.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

أي من المجموعات التالية تصنف بشكل صحيح مستشعرات المركبات الجوية دون طيار حسب وظيفتها؟

• أ) مستشعرات داخلية، مستشعرات خارجية، مستشعرات لاسلكية، مستشعرات سلكية.
• ب) مستشعرات الملاحة، مستشعرات التصوير، مستشعرات قياس المسافة، مستشعرات بيئية.
• ج) مستشعرات بصرية، مستشعرات صوتية، مستشعرات حركية، مستشعرات كيميائية.
• د) مستشعرات للطيران، مستشعرات للتصوير، مستشعرات للاتصال، مستشعرات للطاقة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: مستشعرات الملاحة، مستشعرات التصوير، مستشعرات قياس المسافة، مستشعرات بيئية.

الشرح: 1. مستشعرات الملاحة والتحكم (مثل GPS، IMU) لتحديد الموقع والاستقرار. 2. مستشعرات التصوير والاستشعار عن بُعد (كاميرات RGB، متعددة الأطياف) لجمع البيانات. 3. مستشعرات قياس المسافة وتجنب العوائق (مثل LiDAR) للسلامة ورسم الخرائط. 4. مستشعرات بيئية (حسب المهمة) لقياس عوامل مثل الحرارة والرطوبة.

تلميح: ركز على الوظيفة الأساسية لكل مجموعة من المستشعرات.

التصنيف: تصنيف | المستوى: متوسط

ما الهدف النهائي من تحليل البيانات التي تجمعها الدرون في تطبيقات الزراعة الدقيقة؟

• أ) تخفيض تكلفة شراء وتشغيل المركبات الجوية دون طيار على المدى الطويل.
• ب) استبدال العمالة البشرية في الحقل بشكل كامل بالمعدات الآلية.
• ج) اتخاذ قرارات مستهدفة ودقيقة للعمليات الزراعية مثل الري والتسميد والمكافحة.
• د) إنشاء قاعدة بيانات مرئية لأغراض التسويق والإعلان عن المزرعة فقط.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: اتخاذ قرارات مستهدفة ودقيقة للعمليات الزراعية مثل الري والتسميد والمكافحة.

الشرح: 1. جمع البيانات الدقيقة عن الحقل (صحة النبات، رطوبة التربة). 2. إرسال البيانات وتحليلها في منصة إنترنت الأشياء. 3. إنتاج خرائط وتقارير توضح مناطق الاحتياج المختلفة داخل الحقل الواحد. 4. تمكين المزارع أو النظام الآلي من تنفيذ عمليات زراعية دقيقة ومتغيرة المعدلات بناءً على تلك الخرائط.

تلميح: فكر في كيفية استخدام المعلومات المستخلصة من البيانات.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب

أي من المستشعرات التالية يُصنَّف ضمن فئة 'مستشعرات الملاحة والتحكم' في الدرون؟

• أ) الكاميرا الحرارية لقياس درجة حرارة المحاصيل.
• ب) مستشعر LiDAR لرسم خرائط ثلاثية الأبعاد للتضاريس.
• ج) وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) التي تحتوي على مقياس تسارع وجيروسكوب.
• د) مستشعر الرطوبة لقياس محتوى الماء في التربة.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) التي تحتوي على مقياس تسارع وجيروسكوب.

الشرح: 1. مستشعرات الملاحة والتحكم تساعد الدرون على التوجيه والطيران المستقر. 2. تشمل: نظام GPS لتحديد الموقع، ووحدة IMU (مقياس تسارع + جيروسكوب) لقياس الحركة والاتجاه، والبوصلة المغناطيسية، والبارومتر لقياس الارتفاع. 3. وحدة IMU هي مكون أساسي في هذه الفئة لمراقبة التسارع والزوايا.

تلميح: هذه المستشعرات تساعد الدرون على معرفة وضعيتها والتحليق بثبات.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل