Smart and Sustainable IoT-Driven Vertical Farming Solution for Agricultural Challenges in Pakistan
Solución de agricultura vertical inteligente y sostenible basada en IoT para los desafíos agrícolas en Pakistán
Solução de agricultura vertical inteligente e sustentável baseada em IoT para desafios agrícolas no Paquistão
| 2025 | |
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Energía solar Eficiencia hídrica Agricultura impulsada por el IoT Agricultura vertical Agricultura sostenible Agriculture Solar Energy Water Efficiency, Sustainable Agriculture Vertical Farming Agricultura orientada por IoT Energia solar Eficiência hídrica Agricultura sustentável Agricultura vertical |
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| Inglés | |
| Universidad de Montevideo | |
| REDUM | |
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http://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/1727
https://hdl.handle.net/20.500.12806/2783 |
|
| Acceso abierto | |
| Atribución 4.0 Internacional |
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|---|---|
| author | Ur Rehman, Sadiq |
| author2 | Adeel Mannan, Muhammad Ahsan Shaikh, Muhammad Uzair, Muhammad |
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| dc.description.en-US.fl_txt_mv | Agriculture in Pakistan faces critical challenges such as water scarcity, inefficient resource use, and climate change impacts, particularly in urban and peri-urban areas. This study presents a smart, solar-powered vertical farming system designed to address these issues by integrating capacitive soil moisture sensors, temperature and humidity sensors (DHT22), and light sensors (BH1750), controlled via Raspberry Pi 4. The off-grid system, powered by a 100-watt solar panel and battery, features intelligent irrigation driven by a Random Forest algorithm to optimize water use. Over a six-week trial cultivating cherry tomatoes, the system achieved a 60–65% yield increase, 40% energy savings, and a 28.57% reduction in water consumption compared to traditional methods. While promising, limitations include the small trial size and lack of long-term environmental impact data. Scalability challenges such as cost, maintenance, and local constraints must be addressed for wider adoption. Future work will focus on expanding crop varieties, enhancing AI integration, and improving accessibility for small-scale farmers to support sustainable urban agriculture and food security in Pakistan. |
| dc.description.es-ES.fl_txt_mv | La agricultura en Pakistán enfrenta desafíos críticos como la escasez de agua, el uso ineficiente de los recursos y los impactos del cambio climático, particularmente en áreas urbanas y periurbanas. Este estudio presenta un sistema de cultivo vertical inteligente alimentado con energía solar, diseñado para abordar estos problemas mediante la integración de sensores capacitivos de humedad del suelo, sensores de temperatura y humedad (DHT22) y sensores de luz (BH1750), controlados mediante Raspberry Pi 4. El sistema autónomo, alimentado por un panel solar de 100 vatios y una batería, cuenta con riego inteligente impulsado por un algoritmo de Bosque Aleatorio para optimizar el uso del agua. Durante un ensayo de seis semanas cultivando tomates cherry, el sistema logró un aumento del 60-65% en el rendimiento, un ahorro de energía del 40% y una reducción del 28,57% en el consumo de agua en comparación con los métodos tradicionales. Si bien es prometedor, las limitaciones incluyen el pequeño tamaño del ensayo y la falta de datos de impacto ambiental a largo plazo. Es necesario abordar los desafíos de escalabilidad, como el costo, el mantenimiento y las restricciones locales, para una adopción más amplia. El trabajo futuro se centrará en ampliar las variedades de cultivos, mejorar la integración de la IA y mejorar la accesibilidad para los pequeños agricultores para apoyar la agricultura urbana sostenible y la seguridad alimentaria en Pakistán. |
| dc.description.pt-BR.fl_txt_mv | A agricultura no Paquistão enfrenta desafios críticos, como a escassez de água, a utilização ineficiente dos recursos e os impactos das alterações climáticas, particularmente nas áreas urbanas e periurbanas. Este estudo apresenta um sistema de agricultura vertical inteligente, alimentado a energia solar, concebido para lidar com estas questões, integrando sensores capacitivos de humidade do solo, sensores de temperatura e humidade (DHT22) e sensores de luz (BH1750), controlados através do Raspberry Pi 4. O sistema off-grid, alimentado por um painel solar de 100 watts e bateria, possui uma irrigação inteligente acionada por um algoritmo Random Forest para otimizar a utilização da água. Ao longo de um teste de seis semanas de cultivo de tomate-cereja, o sistema obteve um aumento de 60–65% na produtividade, 40% de poupança de energia e uma redução de 28,57% no consumo de água em comparação com os métodos tradicionais. Embora promissor, as limitações incluem o pequeno tamanho do teste e a falta de dados de impacto ambiental a longo prazo. Os desafios de escalabilidade, como o custo, a manutenção e as restrições locais, devem ser abordados para uma adoção mais ampla. O trabalho futuro irá focar-se na expansão das variedades de culturas, na melhoria da integração da IA e na melhoria da acessibilidade para os pequenos agricultores para apoiar a agricultura urbana sustentável e a segurança alimentar no Paquistão. |
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Este estudio presenta un sistema de cultivo vertical inteligente alimentado con energía solar, diseñado para abordar estos problemas mediante la integración de sensores capacitivos de humedad del suelo, sensores de temperatura y humedad (DHT22) y sensores de luz (BH1750), controlados mediante Raspberry Pi 4. El sistema autónomo, alimentado por un panel solar de 100 vatios y una batería, cuenta con riego inteligente impulsado por un algoritmo de Bosque Aleatorio para optimizar el uso del agua. Durante un ensayo de seis semanas cultivando tomates cherry, el sistema logró un aumento del 60-65% en el rendimiento, un ahorro de energía del 40% y una reducción del 28,57% en el consumo de agua en comparación con los métodos tradicionales. Si bien es prometedor, las limitaciones incluyen el pequeño tamaño del ensayo y la falta de datos de impacto ambiental a largo plazo. Es necesario abordar los desafíos de escalabilidad, como el costo, el mantenimiento y las restricciones locales, para una adopción más amplia. El trabajo futuro se centrará en ampliar las variedades de cultivos, mejorar la integración de la IA y mejorar la accesibilidad para los pequeños agricultores para apoyar la agricultura urbana sostenible y la seguridad alimentaria en Pakistán.A agricultura no Paquistão enfrenta desafios críticos, como a escassez de água, a utilização ineficiente dos recursos e os impactos das alterações climáticas, particularmente nas áreas urbanas e periurbanas. Este estudo apresenta um sistema de agricultura vertical inteligente, alimentado a energia solar, concebido para lidar com estas questões, integrando sensores capacitivos de humidade do solo, sensores de temperatura e humidade (DHT22) e sensores de luz (BH1750), controlados através do Raspberry Pi 4. O sistema off-grid, alimentado por um painel solar de 100 watts e bateria, possui uma irrigação inteligente acionada por um algoritmo Random Forest para otimizar a utilização da água. Ao longo de um teste de seis semanas de cultivo de tomate-cereja, o sistema obteve um aumento de 60–65% na produtividade, 40% de poupança de energia e uma redução de 28,57% no consumo de água em comparação com os métodos tradicionais. Embora promissor, as limitações incluem o pequeno tamanho do teste e a falta de dados de impacto ambiental a longo prazo. Os desafios de escalabilidade, como o custo, a manutenção e as restrições locais, devem ser abordados para uma adoção mais ampla. 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