Egyedi megoldás a növénytermesztésben: IoT rendszerekkel a biztos termésért

A távérzékelő rendszerek a növényzet fejlődéséről és a környezeti feltételekről rádiófrekvenciás kapcsolaton keresztül képesek adatot gyűjteni a beállított gyakorisággal. A percenként, óránként, naponként rögzített adatokból a termelő okostelefonon is elérhető módon követni tudja a növekedést, a tápanyagháztartást, a vízháztartást és a növénybetegségek és kórokozók megjelenésének kockázati feltételeit.

A Mezőfalvai Zrt. kísérleti területén környezeti paraméter adatgyűjtő rendszert hozott létre a T-Markt Kereskedőház Kft. Ennek a – GINOP PLUSZ-2.1.1-21-2022-00229 pályázati projekt keretében megvalósult – monitoring rendszernek a működését ismertetjük az alábbiakban.

A mérőhálózat szenzorainak száma megközelíti az 500 darabot, amelyek közel 140 darab adatgyűjtőre kapcsolva helyspecifikusan mintavételezik a levegőhőmérséklet, a páratartalom, a levélnedvesség, valamint több mélységben a talajnedvesség, a talajhőmérséklet, a talaj vezetőképesség (EC) és egyéb adatait.

SEQ ábra \* ARABIC 1. ábra – forrás: T-Markt Kereskedőház Kft.

A szóban forgó terület a Közép-Mezőföld kistájon, Nagykarácsony és Sárbogárd közötti területen helyezkedik el. A termőréteg 90-200 cm mészlepedékes csernozjom. A kísérleti 120 ha méretű területen, egyenletesen elosztva 4 kultúrát vetettek el. A 2. ábrán a 2023. évi vetésszerkezet látható.

2. ábra – forrás: T-Markt Kereskedőház Kft.

A 2. ábrán a jobb felső (ÉK) részen látható a 70 méter magas üzemen kívüli katonai rádiótorony „52-es objektum" (3. ábra), amelyre a kísérlet kivitelezői használati engedélyt kaptak. A toronyra a közel 140 db mérőállomás üzemeltetéséhez szükséges LoRaWAN átjárók (Gateway), 2 db Kerlink iStation került felszerelésre.

A telepített LoRaWAN hálózati mérőállomások adatátviteli távolsága a Gateway-től  legrosszabb esetben is kevesebb mint 2.5 km lett, nagyrészt közvetlen rálátással a Gateway egységekre. Ez a távolság (közelség) kicsi zajszintet, nagy sávszélességet és így nagy sebességű LoRaWAN adatátvitelt biztosít. A statisztikai elemzés szerint néhány esetben előfordult 2-3% csomagvesztés a teljes hálózat üzemszerű működése alatt, ami egy ilyen méretű LoRaWAN hálózat esetében, bőven a műszakilag megengedhető határérték alatt marad.

3. ábra – fotó: T-Markt Kereskedőház Kft.

Összesen 108 db kísérleti parcella került kialakításra, ezek a 4. ábrán láthatók. A négyféle növény kultúrában többféle kondícionálószert, többféle dózisban juttatott ki a kísérlet, kontroll területeket is biztosítva a parcellakiosztásban.

SEQ ábra \* ARABIC 4. ábra – forrás: T-Markt Kereskedőház Kft.

A 108 parcellán került elhelyezésre a 137 db mérőállomás a kísérleti céloknak megfelelő szenzorkiosztásban és elhelyezésben. A teljes területen a kísérleti eljáráshoz alakított pontos GNSS pontokba növénykultúránként 33 db mérőállomás került elhelyezésre.

Az 5. ábrán látható kétféle fizikai megjelenésű állományon belüli mérőállomás-családok kerültek alkalmazásra, különböző szenzorkészlettel felszerelve.

5. ábra – forrás: T-Markt Kereskedőház Kft.

Az állományon belüli mérőállomások mellett a teljes területen elosztva 5 db meteorológiai állomást is felszereltek, amelyek a terület szélén, állományon kívül kerültek beépítésre (6. ábra).

6. ábra – fotó: T-Markt Kereskedőház Kft.

A mérőállomások összeállítása, műhely-ellenőrzése és a telepítése, a vetésnek megfelelő ütemezésben 4 etapban készült.

A 7. ábrán a búzaparcellák mérőállomásai láthatók a kitelepítés előtti műhelytesztelés idején.

7. ábra – fotó: T-Markt Kereskedőház Kft.

A mérőállomások konfigurációja 1-7 db szenzort tartalmaz, 4 féle verzióban.

A konfigurációk részleteit, az alkalmazott szenzorok és mért paraméterek leírását lásd ITT.

A területen elhelyezett 500 db szenzort konfigurációtól függően óránként, illetve 15 percenként mintavételezik az adatgyűjtő egységek. Ezekből képződik a naponta kb. 14.000 db rádiófrekvenciás üzenetcsomag (uplink) amelyek a Gateway-en keresztül GSM adatátvitellel, a Loriot hálózati szerverre érkeznek. Erre a szerverre kapcsolódik az egyedi kialakítású diagnosztikai és parametrizáló applikáció. Az applikáció naponta több mint 40.000 db mérési paramétert küld az adatbázis felé.

A csomagküldések periódusa a legtöbb eszköznél 60 perc, 13 db eszköz esetében 15 perc. A csomagok az állomások nagy részénél időben 30 másodperc eltolással kialakított ablakokban lettek felküldve, szétosztva a rendelkezésre álló adáscsend időszakban, azért, hogy csökkenjen az csomag-ütközések valószínűsége.

A 8. ábrán azt a logikai útvonalat ábrázoltuk, amely mutatja, hogy a környezeti szenzorok méréseiből hogyan kerül rögzítésre és felhasználásra a korrelációs analízisben használható kísérleti adatsor.

Az applikáció a beérkezéskor (vagy be nem érkezéskor) kiszűri a hibás vagy hiányzó csomagokat, diagnosztizáljuk a kiesett csomagok forrását, ha szükséges, inicializáljuk a karbantartási folyamatot a keletkezett hiba elhárításához.

8. ábra – forrás: T-Markt Kereskedőház Kft.

A kísérleti adatbázisban kerül feldolgozásra az összes üzemi output mérési adat, az IoT forrású, a kézi mérések, a labor mérések, a kezelések azonosítása, a termelési eredmények, és egyéb forrásból származó mérések eredményei. A termelési szezonban keletkezett különböző forrásokból származó mérési paraméterek, terméseredmények alapján lehet a korrelációs eljárásokkal felismerni, meghatározni és kvalifikálni a leghatékonyabb kezelési eljárásokat.

Ismereteink szerint Magyarországon ez a legkiterjedtebb méretű és eszközszámú Digitális Agrárgazdaságban alkalmazott hálózati mérőrendszer megvalósítás.

Szerző: Dr. Tóth Csaba villamosmérnök, precíziós gazdálkodás szakmérnök

T-Markt Kereskedőház Kft.

2013 Pomáz Határ u 5/A
0626-525-500
www.agrismartgreen.com