Cyberfizyczna ochrona przed mrozem w sadzie
Cyberfizyczna ochrona przed mrozem oparta na autonomicznym systemie ogrzewającym jest w stanie zapobiec uszkodzeniu kwiatów drzew owocowych. Takie urządzenie opracowali badacze ze Stanowego Uniwersytetu w Pensylwanii.
Cyberfizyczna ochrona kwiatów drzew przed mrozem to nowy kierunek w ochronie sadów przed skutkami tego zjawiska. Jednakże w odróżnieniu od dotychczasowych rozwiązań oferuje on zupełnie odmienne podejście do tematu wiosennego zabezpieczenia sadów przed ujemną temperaturą.
Spis treści
Cyberfizyczna ochrona kwiatów jabłoni przed zimnem
Wiosenne przymrozki mogą mieć niszczycielski wpływ na produkcję jabłek. Ponadto ocieplający się klimat przyczynie się do coraz wcześniejszego kwitnienia drzew, co czyni je bardziej podatnymi na szkodliwe skutki nagłych mrozów. Dotychczas prowadzone przez sadowników próby zapobiegania zamarzaniu kwiatów jabłoni poprzez ogrzewanie koron drzew okazywały się zazwyczaj mało efektywne.
Dlatego by poradzić sobie z narastającym problemem, naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Pennsylwani opracowali system, którego zadaniem jest cyberfizyczna ochrona przed mrozem. Podejmuje on decyzje dotyczące ogrzewania na podstawie danych o temperaturze i kierunku wiatru w czasie rzeczywistym. System składa się z urządzenia monitorującego temperaturę, grzejnika zasilanego propanem, który automatycznie dostosowuje kierunek i kąt pracy w zależności od kierunku wiatru. Wszystkie te urządzenia umieszczono na bezzałogowym pojeździe naziemnym, który służy do przemieszczania systemu grzewczego po sadzie jabłoniowym.
Jak efektywna jest cyberfizyczna ochrona przed mrozem?
Wyniki badań nad systemem opublikowano niedawno w czasopiśmie Computers and Electronics in Agriculture. Pokazują one, że cyberfizyczny system ochrony przed mrozem znacznie ograniczył uszkodzenia pąków jabłoni w dwóch testach wykonanych przy niskich temperaturach. W porównaniu z podobnymi niechronionymi sekcjami sadu w pobliżu, wdrożenie cyberfizycznej ochrony przed mrozem w jednym teście ponad dwukrotnie wydłużyło czas, w którym korony były chronione, a w innym prawie trzykrotnie.
Dlaczego zdecydowano się na taki system?
Zastosowanie ciepła jest jedną z najskuteczniejszych metod zapobiegania uszkodzeniom pąków kwiatowych jabłoni. Jednakże sadownicy nierzadko mają trudności z określeniem, kiedy i gdzie zastosować ogrzewanie w swoich sadach. Według badacza Longa He, adiunkta inżynierii rolniczej i biologicznej, który jest jednym z autorów projektu, sadownicy często nie mają siły roboczej do prac związanych z ochroną sadów przed przymrozkami. Dlatego często prowadzi to albo do zmniejszenia plonów jabłek, albo do marnowania energii. Ponadto plantatorzy często obawiają się podejmowania aktywnych działań ochronnych, ponieważ wiatr może sprawić, że wysiłki związane z ogrzewaniem będą nieskuteczne.
Jak mówi Long He:
Wiatr często traktuje się jako niekontrolowalny czynnik, gdy plantatorzy wdrażają ochronę grzewczą w sadach, ponieważ ma on duży wpływ na wydajność ogrzewania. Dlatego aby sprostać wyzwaniom stojącym przed sadownikami, opracowaliśmy system zdolny do monitorowania środowiska w sadzie i podejmowania działań w odpowiedzi na uzyskiwane dane. System ten wykorzystuje czujniki temperatury i wiatru do monitorowania zmian środowiskowych. Następnie na ich podstawie podejmuje odpowiednie decyzje dotyczące ogrzewania.
Jak algorytmy mogą usprawnić sadownictwo?
Badanie to, które miało miejsce w Russell E. Larson Agricultural Research Center Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii było najnowszym przeprowadzonym przez grupę badawczą zajmującą się inteligentnym rolnictwem na Wydziale Inżynierii Rolniczej i Biologicznej. Pierwsza autorka badań, asystentka Weiyun Hua, najpierw określiła wzorce przenoszenia ciepła w sadzie jabłoniowym. Wykorzystała ona do tego celu obrazy zarejestrowane przez kamerę termowizyjną zainstalowaną na dronie latającym i zweryfikowany model numeryczny.
Następnie włączyła do modelu wyniki wcześniej opublikowanych badań, przeprowadzonych przez grupę, która stworzyła algorytm do identyfikacji etapów kwitnienia jabłoni. Dzięki tym danym przygotowała mapę temperatury krytycznej uszkodzeń, którą wykonano za pomocą kamery lotniczej zamontowanej na dronie. Ponadto w badaniach tych wykorzystano również dronową kamerę termowizyjną do określenia mapy temperatury. Posłużyła ona następnie do wygenerowania mapy zapotrzebowania na ciepło. Hua wykorzystała wszystkie te informacje do zaplanowania ścieżki dla bezzałogowego pojazdu naziemnego w celu realizacji zadań związanych z ogrzewaniem.
Hua zauważa, że całkowity koszt sprzętu użytego do budowy jednostki testowej w tym badaniu wyniósł około 5000 USD. Z tego najdroższy był pojazd za 4500 USD. Z kolei grzejnik kosztował 200 USD zaś mikrokomputery — 100 USD.7
Reasumując, cyberfizyczna ochrona przed mrozem w sadzie, wykorzystującą odpowiednie algorytmy i autonomiczne pojazdy, to kolejny krok w rozwoju automatyzacji w sadach. Obecnie automaty zbierają już owoce, wykonują opryski w miejscach ognisk chorób czy zwalczają chwasty w uprawach.
Źródło: growingproduce
Obserwuj nas w Google News. Bądź na bieżąco!
