Augsnes mitruma monitoringa stacija

Kad dzirdat “augsnes mitruma monitoringa stacija”, pirmais, kas nāk prātā, ir tikai sensors zemē un daži cipari ekrānā. Taču patiesībā šī ir vesela sistēma, kurā pāris procentu mitruma kļūda var nozīmēt vai nu pārmērīgu ūdens patēriņu uz hektāriem, vai arī ražas zudumu. Daudzi joprojām uzskata, ka galvenais ir iegādāties “precīzāko” sensoru, un pārējais ir tehnoloģiju jautājums. Bet es iebilstu: pat ar dārgām iekārtām bez pienācīgas integrācijas lauksaimniecības procesos noderēs maz.

Kā mēs nonācām pie uzraudzības nepieciešamības

Es atceros, ka viens no mūsu pirmajiem projektiem uzņēmumā Shandong Linyao Intelligent Agriculture Technology LLC bija pilienveida apūdeņošanas sistēmas uzstādīšana siltumnīcā netālu no Voroņežas. Pēc tam klients ietaupīja uz sensoriem, nolemjot, ka agronoms “ar aci” noteiks, kad laistīt. Mēnesi vēlāk redzējām, ka dažās vietās ir aizsērējusi, saknes sāka pūt, citos augi bija palēninājuši augšanu. Toreiz kļuva skaidrs: bez objektīviem datiem par augsnes mitrumu pat vismodernākā apūdeņošanas sistēma darbojas akli.

Sākām testēt dažādus sensorus – tenziometrus, kapacitatīvos, rezistīvos. Izrādījās, ka, piemēram, mālainām augsnēm tenziometri rāda dienas aizkavi, bet kapacitatīvie prasa biežu kalibrēšanu. Mums tie bija jāapvieno: līdz 30 cm dziļumā tika uzstādīti kapacitatīvie sensori, bet zemāk - tensiometri. Tas nav saskaņā ar mācību grāmatām, bet praksē tas deva stabilus datus.

Tagad mēs izstrādājam sistēmas priekšviedie lauksaimniecības parki, mēs nekavējoties nosakām daudzlīmeņu uzraudzību. Ne tikai mitrums, bet arī augsnes temperatūra un elektrovadītspēja. Pretējā gadījumā jūs varat palaist garām brīdi, kad sakņu sistēma pārstāj absorbēt mitrumu pat tad, ja ir pietiekams daudzums.

Tehniskas nianses, par kurām specifikācijās rakstīts reti

Viena izplatīta problēma ir tā sauktais "sāls tilta efekts". Sausajos reģionos, kur mēs strādājām, piemēram, Stavropoles teritorijā, mēslošanas līdzekļu sāļi galu galā veido vadošu slāni ap sensoru. Tā rezultātāaugsnes mitruma monitoringa stacijasāk nenovērtēt rādījumus. Sensori ir vai nu jākopj biežāk, vai arī jānovieto nelielā leņķī, lai lietus ūdens notecētu un daļēji izskalotu sāļus.

Vēl viens smalkums ir sensoru atrašanās vieta attiecībā pret apūdeņošanas sistēmu. Ja novietosim to pārāk tuvu pilinātājam, mēs iegūsim pārvērtētas vērtības; ja tas ir pārāk tālu, mēs iegūsim nenovērtētas vērtības. Mēs parasti ievietojam vairākus sensorus zonā, kur mitrums izplatās no emitētāja, un izvadām vidējo svērto vērtību. Tas prasa vairāk aprīkojuma, taču dati ir reprezentatīvi.

Vēl viens punkts ir kalibrēšana dažādiem augsnes veidiem. Ražotāji parasti dod universālas līknes, taču smilšainās un smilšmāla augsnēs tie darbojas atšķirīgi. Katram lielajam projektam mēs veicam lauka kalibrēšanu: ņemam augsnes paraugus, izžāvējam tos laboratorijā un salīdzinām ar sensoru rādījumiem. Tas ir darbietilpīgs, bet bez tā kļūda var sasniegt 10-15%.

Integrācija ar citām sistēmām - kur ir grūtības

Kad mēs izstrādājām projektu priekšaugstas kvalitātes lauksaimniecības laukiRostovas apgabalā saskārās ar protokolu saderības problēmu.Monitoringa stacijano viena ražotāja, apūdeņošanas kontrolieri no cita, analīzes programmatūra no trešā. Man bija jāraksta starpposma vārteja, kas konvertēja datus vienā formātā. Tagad Shandong Linyao Intelligent Agriculture Technology Co., Ltd. mēs cenšamies izmantot atvērto API aprīkojumu, pat ja tas ir nedaudz dārgāks.

Svarīgs aspekts ir attālo staciju elektroapgāde. Saules paneļi ne vienmēr ir uzticams risinājums, īpaši mākoņainā laikā. Vienā no fermām nācās apvienot: saules baterijas + mazjaudas vēja ģenerators + rezerves baterijas. Tas sadārdzināja sistēmu, bet nodrošināja nepārtrauktu uzraudzību visas sezonas garumā.

Datu pārsūtīšana arī nav vienkārša. Lauka apstākļos GSM sakari ir nestabili, satelīta kanāli ir dārgi. Mēs bieži izmantojam radio modemus 868 MHz joslā, taču tas prasa rūpīgu reljefa apsvēršanu. Kalnainās vietās jāinstalē retranslatori, kas sarežģī infrastruktūru.

Gadījumu izpēte – kas izdevās un kas ne

Pagājušajā gadā Krasnodaras apgabala dārzkopības sektorā ieviesām uzraudzības sistēmu. Tur uzdevums bija ne tikai kontrolēt mitrumu, bet arī prognozēt laistīšanu, ņemot vērā laika apstākļus. Mēs esam savienojušiesaugsnes mitruma monitoringa stacijaslaikapstākļu sensoriem un izstrādāja algoritmu, kurā tika ņemta vērā iztvaikošana. Rezultātā saimniecība samazināja ūdens patēriņu par 22%, nezaudējot ražu.

Bet bija slikta pieredze ar projektu Tatarstānā. Tur sensorus uzstādījām tikai augsnes virskārtā (0-50cm); neņēmām vērā, ka augļu kokiem sakņu sistēma sasniedz 1,5 metrus. Sausuma periodā kokiem sākās mitruma trūkums, lai gan pēc stacijas rādījumiem viss bija normāli. Nācās pārinstalēt sensorus dažādos dziļumos – varēja izvairīties no papildu izmaksām.

Tagad vietnē https://www.lyzhihuinongye.ru mēs ievietojam ieteikumus par sensoru uzstādīšanas dziļumu dažādām kultūrām. Tas ir tieši šīs sliktās pieredzes rezultāts - labāk dalīties ar kļūdām, nevis tās atkārtot.

Tehnoloģiju attīstības perspektīvas

Tagad mēs pārbaudām sistēmu, kurā dati nomonitoringa stacijastiek ievadīti neironu tīklā, kas analizē ne tikai pašreizējo mitrumu, bet arī tā izmaiņu dinamiku un prognozē optimālo laistīšanas laiku. Pagaidām algoritms ir jāuzlabo - dažreiz tas rada dīvainus ieteikumus, kad pēkšņi mainās laika apstākļi. Taču virziens ir daudzsološs.

Vēl viens interesants virziens ir multispektrālās kameras apvienojumā ar augsnes mitruma datiem. Ļauj noteikt apgabalus ar ūdens stresu augos pat pirms tas kļūst redzams ar neapbruņotu aci. Vienā no viedo lauksaimniecības parku projektiem šī kombinācija palīdzēja laikus atklāt meliorācijas problēmas noteiktās teritorijās.

Domāju, ka tuvākajos gadosaugsnes mitruma monitoringa stacijaskļūs par neatņemamu ne tikai lielo saimniecību, bet arī vidējo lauku saimniecības uzņēmumu sastāvdaļu. Galvenais, lai tehnoloģijas paliktu praktiskas un ienesīgas, nevis tikai “viedās rotaļlietas”. Uzņēmumā Shandong Linyao Intelligent Agriculture Technology LLC mēs strādājam tieši pie tā — progresīvo attīstību savienojam ar lauksaimniecības ražotāju reālajām vajadzībām.