baner_formula_2024

PolitykaRolna.eu

Internet Rzeczy w systemach monitoringu pogody i warunków glebowych

Internet Rzeczy
Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp
VK
Email

O tym że wpływu zmian klimatycznych na produkcję rolną nie należy lekceważyć wie każdy rolnik. Warunki pogodowe są najważniejszą zmienną wpływającą na kondycję upraw i ostateczne plony.

Rolnik nie ma wpływu pogodę i klimat jednakże poprzez odpowiednie praktyki rolnicze oraz bieżące monitorowanie warunków pogodowych i ich przywidywanie może minimalizować wpływ zagrożeń wynikających z pogodą. Przydatne w tym celu okazują się rozwiązania techniczne i cyfrowe połączone ze sobą w jeden system nazywany Internetem Rzeczy. Poniżej piszemy czym jest Internet Rzeczy, jakie zawiera elementy i jak może on wspierać rolników w zarządzaniu produkcją rolną.   

Czym jest Internet Rzeczy?

Internet Rzeczy (IoT – Internet of Things) jest swego rodzaju systemem w którym do Internetu podpięte są różnego rodzaju urządzenia, maszyny, sensory, chmury obliczeniowe, komputery i urządzenia mobilne (smartfon, tablet), które mogą się ze sobą komunikować. Na przykład dane z czujników umieszczonych w różnych miejscach poprzez łącze internetowe są przesyłane do chmury obliczeniowej (instalacji informatycznej oferującej olbrzymie pojemności dyskowe do przechowywania danych) a stąd są one dostępne na komputerach czy smartfonach. Z drugiej strony poprzez łącze internetowe z poziomu komputera czy smartfonu można na odległość uruchamiać urządzenia czy instalacje.

Internet Rzeczy znajduje coraz szersze zastosowanie w przemyśle gdzie za pomocą różnego rodzaju sensorów zarządzający przedsiębiorstwem mogą monitorować przebieg procesów produkcyjnych co pozwala na szybsze i skuteczniejsze podejmowanie decyzji produkcyjnych oraz biznesowych.    

Internet Rzeczy wkracza także do rolnictwa. Przede wszystkim rozwiązania IoT pozwalają monitorować to co się dzieje na polu, w szklarni czy w budynku inwentarskim. Za pomocą IoT rolnik może zdalnie sterować pracą różnych urządzeń i instalacji w gospodarstwie. Przykładem może być deszczownia bądź instalacja regulująca klimat w szklarni.

Układ pomiarowy wpięty w Internet Rzeczy może być wykorzystany w bieżącym monitorowaniu warunków pogodowych panujących nad daną uprawą oraz warunków glebowych. W skład takiego systemu wchodzą umieszczone na polach w danym gospodarstwie stacje pogodowe oraz czujniki polowe.

Podstawową zaletą własnych stacji pogodowych jest to że mierzą one parametry pogody w obszarze konkretnych pól na których zostały umieszczone a obsługujące je algorytmy dokładnie dla tych obszarów dokonują prognozy pogody. Natomiast ogólnodostępne informacje o zdarzeniach pogodowych zachodzących w danej okolicy pochodzą ze scentralizowanych źródeł np. stacji pogodowej znajdującej się na najbliższym lotnisku. Z tego względu że warunki pogodowe mogą się znacznie różnić nawet w obrębie kilku kilometrów informacje dotyczące pogody z ogólnodostępnych serwisów nie są w pełni wiarygodne na potrzeby danego gospodarstwa. Nawet kilkustopniowa różnica temperatur czy wielkości opadów pomiędzy poszczególnymi obszarami w gospodarstwie mogą mieć ogromny na działania jakie rolnik powinien podjąć w danej uprawie na danym polu. Stąd też posiadanie własnych systemów pomiarowych umożliwia pozyskanie dokładnych danych o warunkach pogodowych oraz zlokalizowanych prognoz pogody, które będą spersonalizowane dla konkretnego gospodarstwa pola.

Informacje zebrane z różnych czujników mogą być wykorzystywane w wielu obszarach produkcji rolnej tym w planowaniu i wykonywaniu takich zabiegów jak siew, sadzenie, ochrona chemiczna, nawożenie, nawadnianie oraz zbiór.

Struktura systemu rolniczego Internetu Rzeczy

Struktura systemu Internetu Rzeczy składa się z kilku warstw. Najniższą warstwą są czujniki pomiarowe zbierające dane z danych obszarów lub obiektów. Czujniki te (w przypadku rolnictwa np. czujniki glebowe) zintegrowane są z tzw. stacjami bazowymi (bramkami) do których przesyłają dane najczęściej bezprzewodowo. W rolnictwie rolę bramek pełnią często stacje meteo. Z bramek dane za pomocą sieci GSM (3G, 4G czy też 5G) trafiają albo na serwery w przedsiębiorstwie bądź do chmur obliczeniowych. W przypadku tych ostatnich (bardziej preferowanych dla gospodarstw rolnych) dane za pomocą Internetu dostępne są z poziomu smartfonu lub tabletu. W chmurach obliczeniowych znajdują się specjalne programy obrabiające dane na przydatne informacje.

Specjalne algorytmy są też potrzebne do obróbki danych ze stacji pogodowych i czujników polowych. Dzięki nim rolnicy uzyskują coś więcej niż tylko suche dane w postaci zmierzonych wartości.

O czym mówią czujniki?

Stacje pogodowe wyposażone są w szereg czujników mierzących takie wartości jak: temperatura i wilgotność powietrza, ciśnienie atmosferyczne, kierunek i siła wiatru, poziom nasłonecznienia, poziom promieniowania UV. Czujniki glebowe mogą mierzyć temperaturę gleby i jej wilgotność, zawartość wody w glebie, pH gleby czy nawet zawartość w glebie azotu, fosforu i potasu.

Temperatura i wilgotność gleby to kluczowe czynniki wpływające na kiełkowanie nasion. Wraz z pomiarem temperatury powietrza można określić czy już jest odpowiednia pora do wykonania siewu lub sadzenia. Temperatura gleby w danym terminie pozwala również stwierdzić czy można wykonać nawożenie azotem. 

Prędkość i kierunek wiatru mają istotny wpływ na jakość wykonywanego oprysku i znoszenie cieczy. Istotny wpływ na jakość oprysku ma też temperatura i wilgotność powietrza. Dzięki systemom mierzącym te wartości rolnicy wiedzą czy mogą wyjechać z opryskiwaczem na pole czy raczej powinni zrezygnować z zabiegu.

Stacje pogodowe wyposażone w deszczomierze, czujniki wilgotności gleby i inne czujniki pozwalające określić ewapotranspirację są bardzo pomocne w ocenianiu potrzeb w zakresie nawadniania upraw.

Temperatura i wilgotność powietrza mają też wpływ na pojawienie się i rozwój chorób grzybowych. Wykorzystujące te dane specjalne algorytmy (tzw. modele  chorobowe) są coraz częstszym wyposażeniem systemów pomiarowych IoT. Dzięki nim rolnicy są zawczasu ostrzegani przed ryzykiem wystąpienia choroby.

Rozmieszczone w różnych miejscach gospodarstwa czujniki mierzące różne wartości stają się bardzo ważnym narzędziem w planowaniu prac agrotechnicznych i podejmowaniu decyzji dotyczących celowości wykonania zabiegów w określonych terminach. Przekłada się to na korzyści finansowe oraz środowiskowe.

dr inż. Jacek Skudlarski

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Czytaj więcej

Rewolucja Rolnictwa Regeneratywnego

Fundacja Rozwoju Rolnictwa Terra Nostra wspólnie z jednym ze swoich partnerów EIT Food Poland stworzyła cykl publikacji naukowych będących rodzajem przewodnika po