Seracılıkta Otomasyon ve İzleme Uygulamaları

Sera tarımı genellikle otomasyon, bilgi işlem ve robotik teknolojilerinin uygulanması için uygun bir alandır. Verimli seralarda uygulanan bazı teknoloji örnekleri, sıcaklık ve nemin kontrolü, toprak hazırlığı ve su ve besinlerin sağlanmasıdır. Robotlar, çevresel izleme ve kontrol, mahsul izleme, tedarik ve tedavi, haşere ve hastalık tespiti gibi seraların zorlu koşulları nedeniyle insanların yapamayacağı bazı görevleri yerine getirebilir.
Seraların çevresel izlenmesi, sadece mahsullerin büyümesini kontrol etmek için değil, aynı zamanda ürünlerin izlenebilirliğini belirlemek için de ilginçtir. Günümüzde seraların çevresel izlemesi için kullanılan sistemlerin çoğu kablosuz sensör ağlarına (WSN’ler) dayanmaktadır. Yine de robotlar, sensörler için mobil platformlar olarak uygulanmaya başlanmaktadır.
Seralar, karmaşık çok girdili çok çıktılı sistemler olarak düşünülebilir. Literatür, seraların koşullarının modellenmesi ve kontrol edilmesi için çok sayıda öneri toplamaktadır. Bazıları analitik denklemler (örneğin kütle ve enerji dengeleri) uygulayarak sera modellerini elde ederken geri kalanı süreç modellerini (örneğin sinir ağları veya bulanık kümeler)Bu modellerin gözden geçirilmesi, verimliliğin artmasına sebep olarak kazancın artmasını sağlamaktadır.
Girdi değişkenleri, seraları harekete geçirmeye ve çevre koşullarını değiştirmeye izin verir. Literatür tarafından dikkate alınan en ilgili değişkenler havalandırma, ısıtma, sisleme , gölgeleme ve CO 2 enjeksiyonu gibi sistemlerdir. Havalandırma sistemleri, hava sıcaklığı, nem ve bileşimi etkileyen sera ve çevre arasındaki hava değişimini kontrol eder. Isıtma sistemleri, ısı kayıplarını telafi etmek ve sıcaklıkları yeterli aralıkta tutmak için kullanılır. Sisleme sistemleri, nemi artırmak ve sıcaklığı düşürmek için havaya su püskürtür. Gölgeleme sistemleri, seranın aşırı ısınmasını önlemek için kapakların ışınlanmasını kontrol eder. Son olarak, CO 2 enjeksiyon sistemleri bitkilerin fotosentezini geliştirmek için kullanılır.
Çıktı değişkenleri, seranın durumunun uygun sensörlerle ölçülebileceğini tanımlar ve iklim kontrolünün hedefidir. Literatür tarafından toplanan en ilgili değişkenler hava sıcaklığı, hava nemi, güneş radyasyonu ve CO 2 konsantrasyonudur. Ek olarak, seranın durumu üzerinde etkisi olan ve ölçülmesi ve kontrol edilmesi gereken bazı değişkenler vardır. Bu bozukluklar dış sıcaklığı, dış nem, rüzgar hızı, rüzgar yönü, dış CO 2 konsantrasyonu, kapak sıcaklığı, bitki sıcaklığını ve toprak sıcaklığı.
Sera yetiştiriciliğinin robotların önemli bir rol oynayabileceği bir diğer görevi de mahsul denetimi ve işlemesidir. Yabani otların, zararlıların ve hastalıkların tespiti doğrudan ve dolaylı yöntemlerle mümkündür. Doğrudan yöntemler, RGB ve 3D görüntüleri elde etmeye ve bilgisayarla görme tekniklerini uygulamaya dayanmaktadır. Dolaylı olanlar serada numune almak ve laboratuvarda analiz etmek zorundadır. Yer robotları, hassasiyeti artırmak ve ürünleri rasyonalize etmek için ekinlere işlem ve gübre uygulamak için kullanılabilir.
Dikim ve hasat, önemli miktarda çalışma gerektiren mevsimlik görevlerdir. Literatür, bu görevleri otomatikleştirmek için bazı öneriler içermektedir. Bu öneriler, farklı robot türlerini (yer mobil ve demiryolu robotları), sensörleri (esas olarak RGB ve 3D kameralar ve lazer tarayıcılar) ve efektörleri (manipülatörler ve yakalayıcılar) dikkate almaktadır.

Seralarda Evresel İzleme

Yukarıda bahsedildiği gibi robotların çalışabileceği tarımsal uygulamalardan biri de seraların çevresel takibidir. Seraların zorlu şartlarında sürekli bir çalışma gerektirdiğinden bu görev insanlar tarafından yapılamaz. Robotların bu görevdeki alternatifleri, çevresel koşulların uzaysal değişkenliğini yakalayamayan sabit sensörler ve çalışma sırasında ilgi noktalarına taşınamayan sensör ağlarıdır.
Önerilen çözüm, çevresel değişkenleri ölçen ve bunların uzaysal ve zamansal değişkenliklerini toplayan çok robotlu bir sistemdir. Bu bilgi, seranın hem üretkenliğini hem de kalitesini belirleyen mahsul koşullarını kontrol etmenin anahtarıdır. Çoklu robot sistemi, belirli alanlarda çalışan yer ve hava birimleri olan küçük ekiplere ayrılmıştır. Bir baz istasyonu, robotların eylemlerini koordine ederek ve ölçümlerini toplayıp depolayarak görevi kontrol eder.
İlk çalışmada hava sıcaklığını, nemi, parlaklığı ve karbondioksit konsantrasyonunu ölçmek için bir mini İHA kullanılmıştır. Sensörler bu değişkenleri boyutlarına, ağırlıklarına, aralıklarına, çözünürlüklerine ve maliyetlerine göre ölçmek için seçilmiştir. Bu sensörler, ölçümleri toplayan ve Wi-Fi ağı üzerinden baz istasyonuna gönderen bir Raspberry Pi bilgisayar aracılığıyla entegre edilmiştir.

Seralarda Çevresel İzleme

Yapılan bir çalışmada quadcopter’ın aerodinamik çalışması ve duyusal sistemle gerçek deneyimler karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, quadcopter’ın duyusal sistem olarak kullanımını doğruladı ve sensörlerin optimum konumunu belirlemiştir. (Quadrotor çerçevesinin merkezi ve üstü) Sonraki bir çalışma, pervanelerin etkisini en aza indiren ve daha az hata ve dalgalanma elde eden gaz konsantrasyonunu ölçmek için bir oda geliştirilmiştir.
İkinci çalışma, zemin sıcaklığını ve nemi ölçmek için orta büyüklükte bir UGV’yi tanıtılmıştır. Özellikle, mesafe kızılötesi sıcaklık sensörünü ve temaslı iletkenlik nem sensörünü kullandık. . Ek olarak, çalışma serayı minimum sürede kaplamak için yol planlama ve takip etme stratejileri üzerinde alışılmıştır. Hava ve yer robotlarının farklı güçlü ve zayıf yönleri vardır. Hava robotları, koridorlarda hızlı ve çevik hareket edebilir ve 3D uzayda herhangi bir noktaya ulaşabilir. Öte yandan, yer robotları serayı örtmek için daha fazla özerkliğe ve kazaları önlemek için daha sağlamlığa sahiptir. Bu nedenle, heterojen bir ekip her iki tür robotun potansiyelinden yararlanabilir.
Çoklu robot sisteminin takım stratejisi şu şekildedir: UGV, İHA’yı görevlerini geliştirirken bir platform üzerinde taşır ve gerektiğinde İHA kalkar, bazı görevleri yerine getirir ve UGV’ye iner. Bu şekilde, çoklu robot sistemi, koridorlardaki engellerden kaçınmanın yanı sıra anormal ölçümlerin kaynağını bulabilir. Yapılan bu araştırmalar gelecekteki ana zorlukları, İHA’ların navigasyonu ve UGV ve İHA’nın özerkliğiyle ilgilidir. İnsansız hava araçlarının serada dolaşması, senaryo kapalı olduğu ve doluluk oranı yüksek olduğu için bir zorluktur. Her iki robotun özerkliği sürekli çalışma için gereklidir ve daha iyi piller ve şarj sistemleri gerektirir.

Kaynakça:
researchgate.net/publication/341031255_An_Automated_Greenhouse
controlbyweb.com/applications/smart-greenhouse.html

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu