GR1009533B - Συστημα εφαρμογης διαφοροποιημενης λιπανσης σε καλλιεργεια δημητριακων με χρηση πολυφασματικων/υπερφασματικων καμερων - Google Patents

Abstract

Σύστημα εφαρμογής μεταβλητής ποσότητας λιπάσματος σε έναν αγρό όπου καλλιεργούνται δημητριακά. Η μεταβλητή δόση επιτυγχάνεται μέσω αναγνώρισης της κατάστασης της θρέψης των φυτών με τη χρήση υπερφασματικών/πολυφασματικών αλλά και οπτικών καμερών για εκτίμηση της θρέψης των φυτών καθώς ο γεωργικός ελκυστήρ κινείται εντός του αγρού και διεξάγει τη λίπανση. Έτσι αποφεύγεται η σπατάλη του λιπάσματος σε ορισμένες περιοχές του αγρού και η έλλειψη λιπάσματος σε άλλες. Το μηχάνημα μπορεί να εγκατασταθεί σε οποιοδήποτε γεωργικό ελκυστήρα και λειτουργεί αυτόματα μετακινώντας ηλεκτρικούς βραχίονες που είναι εγκατεστημένοι στις θυρίδες του λιπασματοδιανομέα ώστε να επιτυγχάνεται η μεταβολή στη δόση.

Description

Σύστημα Εφαρμογής Διαφοροποιημένης λίπανσης σε καλλιέργεια Δημητριακών με χρήση πολυφασματικών/ υπερφασματικών καμερών.

Τεχνικό Πεδίο στο οποίο αναφέρεται η εφεύρεση

Η παρούσα εφεύρεση αφορά μια μέθοδο, συσκευή και μια υποδομή εξυπηρετητή για την εφαρμογής διαφοροποιημένης λίπανσης με τη χρήση πολυφασμαηκών/υπερφασματικών καμερών εκτίμησης θρέψης μιας φυτείας δημητριακών. Αφορά χρήση στερεών λιπασμάτων και εγκαθίσταται σε έναν κοινό γεωργικό ελκυστήρα. Έχει στόχο την αύξηση της παραγωγής, την μείωση των εισροών λιπάσματος και την προστασία του περιβάλλοντος σύμφωνα με την αιτιολογική έκθεση των αξιώσεων. Η παρούσα εφεύρεση επίσης σχετίζεται και με την κατασκευή μιας ηλεκτρονικής πλακέτας, ενός συστήματος ελέγχου του λιπασματοδιανομέα, ενός λογισμικού, ενός τερματικού ασύρματης επικοινωνίας με το διαδίκτυο καθώς επίσης και μιας μεθόδου στατιστικής ανάλυσης των δεδομένων που καταγράφονται.

Στάθμη προηγούμενης Τεχνικής και Αξιολόγηση αυτής

Στην γεωργία, η αξιολόγηση της σωστής ποσότητας λιπάσματος που πρέπει να εφαρμοστεί σε μια καλλιέργεια είναι τεράστιας σημασίας. Ο ελλιπής εφοδιασμός μιας καλλιέργειας σε λίπασμα μπορεί να οδηγήσει σε κακή ανάπτυξη της φυτείας, μείωση της παραγωγής και υποβάθμιση της ποιότητας των παραγόμενων προϊόντων. Αντίθετα, η υπερλίπανση μπορεί να οδηγήσει σε περιβαλλοντικά προβλήματα όπως ο υπερτροφισμός και η μόλυνση των υπόγειων υδάτων. Εκτός αυτού, οι πλεονάζουσες ποσότητες λιπάσματος σίγουρα μεταφράζονται σε επιπλέον οικονομική απώλεια του παραγωγού για αγορά λιπασμάτων. Συνεπώς θα ήταν πολύ χρήσιμο να υπάρχει ένας τρόπος/σύστημα το οποίο θα αξιολογεί την κατάσταση της θρέψης, ανάπτυξης, υγείας της φυτείας κατά τη διαδικασία της λίπανσης σε έναν αγρό, και να διαφοροποιεί τη δόση του λιπάσματος που εφαρμόζεται σε κάθε σημείο του αγρού. Περισσότερο σε κάποιο σημείο όπου η ανάπτυξη των φυτών είναι κακή και λιγότερο σε κάποιο σημείο του αγρού όπου τα φυτά χαρακτηρίζονται από ευρωστία. Η διαφορά στη θρέψη που περιγράφεται εντός του ίδιου του αγρού, εμφανίζεται λόγω των διαφορετικών ποιοτικών και φυσικών χαρακτηριστικών του χώματος από ένα σημείο σε σχέση με ένα άλλο.

Κάτι τέτοιο δεν λαμβάνει χώρα στην παραδοσιακή μέθοδο λίπανσης, όπου ο παραγωγός εφαρμόζει σταθερή ποσότητα λιπάσματος σε όλη την έκταση του αγρού χωρίς να λαμβάνει υπ όψιν του τη χωρική παραλλακτικότητα που εμφανίζεται. Εκτός αυτού, στην παραδοσιακή μέθοδο λίπανσης των αγρών εμφανίζονται και τα προβλήματα απόφασης για τη σωστή ποσότητα και εκτέλεσης της απόφασης αυτής. Τα προβλήματα απόφασης εστιάζονται στο γεγονός ότι χωρίς τη χρήση οπτικών ή άλλων αισθητήρων προσδιορισμού της κατάστασης θρέψης της φυτείας, οι γεωπόνοι είναι αναγκασμένοι να χρησιμοποιούν στοιχεία βιβλιογραφίας ή την προσωπική τους κρίση για να συμβουλέψουν τον παραγωγό για την ποσότητα λιπάσματος πρέπει να εφαρμοστεί στο χωράφι του.

Αν εξεταστεί η απίθανη περίπτωση όπου ο γεωπόνος λάβει τη σωστή απόφαση σχετικά με την ποσότητα του λιπάσματος, συνεχίζει να υπάρχει το πρόβλημα της αδυναμίας, σε μικρό ή μεγάλο βαθμό, εφαρμογής με ακρίβεια, συμβουλής του γεωπόνου με τους υπάρχοντες στο εμπόριο λιπασματοδιανομείς.

Αποκάλυψη της εφεύρεσης

Είναι γνωστό από την επιστημονική έρευνα ότι το χρώμα των φυτών είναι άμεσα συνδεδεμένο με την κατάσταση της θρέψης τους. Μία εκτίμηση της επάρκειας αζώτου λοιπόν σε καλλιέργεια δημητριακών μέσω της μέτρησης της ανακλώμενης από αυτά ακτινοβολίας, είναι εφικτή μέσω της χρήσης πολυφασματικών/υπερφασματικών καμερών για εκτίμηση δεικτών βλάστησης που σχετίζονται με τη θρέψη των φυτών, όπως για παράδειγμα ο δείκτης του NDVI.

Το αντικείμενο της παρούσας εφεύρεσης είναι να μειώσει ή να εξαλείψει εντελώς τα προβλήματα που προαναφέρθηκαν.

Επίσης, το αντικείμενο της εφεύρεσης είναι να παρέχει ένα πρόγραμμα που με εύκολο και γρήγορο τρόπο, να προσδιορίζει τις ανάγκες λίπανσης σε καλλιέργειες δημητριακών βασιζόμενο σας μετρήσεις της ανακλώμενης από τα φυτά ακτινοβολίας.

Για να πετύχει τα παραπάνω αντικείμενα, η παρούσα εφεύρεση αποτελείται από τα μέρη που την χαρακτηρίζουν και τις ανεξάρτητες αξιώσεις που θα παρουσιαστούν στη συνέχεια.

1 - Μία μέθοδος που συνδυάζεται με τη χρήση της παρούσας εφεύρεσης με σκοπό να προσδιοριστεί η μέγιστη δυνατή δυναμική της καλλιέργειας στην οποία πρόκειται να εφαρμοστεί διαφοροποιημένη λίπανση και αποτελείται από τα παρακάτω βήματα:

- Ο παραγωγός οριοθετεί εντός του αγρού του μια περιοχή εμβαδού τουλάχιστον 5 τετραγωνικά μέτρα όπου φροντίζει να την εφοδιάζει με επαρκή ποσότητα λιπάσματος σε τακτά χρονικά διαστήματα (π.χ. κάθε 15 μέρες), για όσο διαρκεί μια καλλιεργητική περίοδος. Αυτή η περιοχή θα λειτουργήσει ως δείκτης της μέγιστης δυνατής θρέψης/δυναμικής που μπορεί να επιτευχθεί στη συγκεκριμένη χρονική στιγμή που θα διενεργηθεί λίπανση του αγρού. Στο εξής αυτή η περιοχή θα καλείται «μάρτυρας».

-Πριν από κάθε λίπανση, ο παραγωγός επισκέπτεται τον «μάρτυρα» και λαμβάνει μέτρηση με την πολυφασματική/υπερφασματική κάμερα. Η τιμή των δεικτών βλάστησης που λαμβάνεται (π.χ. δείκτης NDVI) λειτουργεί ως τιμή-στόχος για την υπόλοιπη καλλιέργεια. Εναλλακτικά, ο παραγωγός μπορεί να αναθέσει στο ίδιο το σύστημα να δημιουργήσει μόνο του μια περιοχή «μάρτυρα» ρίχνοντας μεγαλύτερη ποσότητα λιπάσματος στα πρώτα μέτρα που θα διανύσει εισερχόμενο στον αγρό ανεξάρτητα από τη μέτρηση που λαμβάνει. Αυτή η περιοχή θα έχει υπερ-λιπανθεί και θα αποτελεί τον νέο μάρτυρα κατά την επόμενη λίπανση που θα πραγματοποιηθεί.

-Στη συνέχεια γεμίζει τον λιπασματοδιανομέα με μικρή ποσότητα λιπάσματος πχ 80 κιλά, εισάγει την ποσότητα αυτή στην οθόνη που βρίσκεται εντός της καμπίνας και ξεκινά να λιπαίνει. Η συγκεκριμένη ποσότητα εξαντλείται σύντομα. Μόλις αυτό συμβεί, ο παραγωγός σταματά την πορεία του με τον γεωργικό ελκυστήρα εντός του αγρού και αναθέτει στο σύστημα να υπολογίσει την απόσταση που έχει διανύσει και τα κιλά του λιπάσματος που είχε γεμίσει στον λιπασματοδιανομέα. Το σύστημα με αυτό τον τρόπο μπορεί να προσαρμόσει την εξίσωση υπολογισμού της ροής κατάλληλα ώστε να πετύχουμε τη σωστή ροή για κάθε μορφή λιπάσματος. Αυτό είναι απαραίτητο καθώς κάθε λίπασμα του εμπορίου, έχει δικό του μέγεθος κόκκων και διαφορετικό ειδικό βάρος. Συνεπώς για ένα δεδομένο άνοιγμα της θυρίδας του λιπασματοδιανομέα, παρατηρείται διαφορετική ροή ανά μονάδα χρόνου.

-Στη συνέχεια γεμίζει πλήρως τον λιπασματοδιανομέα του και ξεκινά η διαδικασία της λίπανσης διασχίζοντας κυκλικά τον αγρό. Η μονάδα gps καταγράφει την πορεία και καταχωρεί τα όρια του χωραφιού στη μνήμη του συστήματος.

-Μετά την καταγραφή των ορίων του αγρού, ο παραγωγός συνεχίζει να λιπαίνει κατά τη συνηθισμένη κατεύθυνση τον αγρό του. Η πρώτη πορεία που θα πραγματοποιήσει, θα καταχωρηθεί ως ξεκίνημα και στη συνέχεια, το σύστημα θα τον οδηγεί με κατάλληλες ενδείξεις στην οθόνη ώστε να κινείται σε παράλληλες ευθείες από την αρχική ώστε να αποφευχθούν φαινόμενα υπερκάλυψης ή ελλιπούς λίπανσης.

-Σημαντικό συστατικό της μεθόδου για τη διαφοροποιημένη λίπανση είναι και η καταγραφή της ηλεκτραγωγιμότητας του αγρού. Η εργασία αυτή πραγματοποιείται μία φορά και ο χάρτης που παράγεται, περνά ως είσοδος δεδομένων στο σύστημα. Η ηλεκτραγωγιμότητα μεταξύ των άλλων, συνδέεται και με τη μηχανική σύσταση του εδάφους ανά περιοχή και αυτό χρησιμοποιείται ως δεδομένο μεταξύ των άλλων για την απόφαση της σωστής ποσότητας που απαιτείται.

Ένα σύστημα επεξεργασίας και εκτέλεσης που αποτελείται από τα παρακάτω μέρη:

Μία ή περισσότερες πολυφασματικές/υπερφασματικές κάμερες οι οποίες είναι τοποθετημένες στο μπροστινό τμήμα του γεωργικού ελκυστήρα (σημείο 1) ή στην οροφή του γεωργικού ελκυστήρα(σημείο 4).

Μία ή περισσότερες κάμερες στο οπτικό φάσμα (rgb) OL οποίες είναι τοποθετημένες στο μπροστινό τμήμα του γεωργικού ελκυστήρα (σημείο 1) ή στην οροφή του γεωργικού ελκυστήρα(σημείο 4).

Μονάδα GPS (σημείο 4) που αναλαμβάνει να παίρνει σωστό γεωγραφικό στίγμα από το σημείο που βρίσκεται ανά πάσα στιγμή ο γεωργικός ελκυστήρας και να προωθεί το σήμα αυτό στη μονάδα λήφης δεδομένων θρέψης.

- Αισθητήρας εκτίμησης ολικής έντασης ακτινοβολίας που έρχεται από τον ήλιο. Βρίσκεται στην οροφή του ελκυστήρα δίπλα από τη μονάδα GPS (σημείο 4). Είναι σημαντικό δομικό στοιχείο του συστήματος. Γιατί η ολική ακτινοβολία που έρχεται από τον ήλιο επηρεάζει και την μέτρηση που λαμβάνεται από τα φυτά. Αν για παράδειγμα κάποιο σύννεφο εμποδίζει την άμεση οπτική επαφή με τον ήλιο, οι μετρήσεις που θα ληφθούν θα είναι διαφορετικές και σίγουρα όχι ακριβείς. Ένας τέτοιος αισθητήρας μετρά και διορθώνει το συγκεκριμένο πρόβλημα.

Κεντρική μονάδα ελέγχου και αποφάσεων (σημείο 3) που φιλοξενεί όλες τις παρακάτω υπομονάδες:

- Οθόνη με γραφικό περιβάλλον για εισαγωγή δεδομένων ή ρυθμίσεων από το χρήστη και προβολή των δεδομένων και άλλων στοιχείων σχετικών με τη λίπανση.

Μικροελεγκτές που πραγματοποιούν όλους τους μαθηματικούς υπολογισμούς και συγκεκριμένα:

1. Εκτέλεση αλγορίθμου απόφασης για τη σωστή ποσότητα λιπάσματος

2. Υπολογισμός εξισώσεων ροής για κάθε λιπασματοδιανομέα και κάθε διαφορετικό τύπο λιπάσματος

3. Υπολογισμό και καταγραφή πορείας από το GPS και παροχή συστήματος υποβοήθησης πορείας μέσω υπολογισμού παράλληλων ευθειών

4. Συλλογή ζωντανής μετάδοσης εικόνας των πολυφασματικών/υπερφασματικών και οπτικών καμερών 5. Συλλογή δεδομένων εισόδου από το χρήστη που είναι απαραίτητα για την διενέργεια της λίπανσης και συγκεκριμένα τα εξής: α) Μέγιστη παραγωγή που έχει επιτευχθεί στο παρελθόν στον συγκεκριμένο αγρό, β) Μέτρηση πολυφασματικών/υπερφασματικών καμερών από το σημείο του μάρτυρα, γ) συντελεστής απορρόφησης του συγκεκριμένου τύπου λιπάσματος, δ) περιεκτικότητα λιπάσματος σε άζωτο πχ. Νιτρική Αμμωνία 34,5% ή ουροθειική 40%

6. Καταγραφή λοιπών δεδομένων όπως τύπος καλλιέργειας, ποικιλία, ημερομηνία διεξαγωγής της λίπανσης 7. Καταγραφή δεδομένων λειτουργίας του γεωργικού ελκυστήρα μέσω ISOBUS όπως: Κατανάλωση καυσίμου, στροφές κινητήρα, στροφές δυναμοδότη (ΡΤΟ), ταχύτητα πορείας, ύψος ανάρτησης του λιπασματοδιανομέα.

Υπομονάδα λήψης δεδομένων θρέψης που διαχειρίζεται τις μετρήσεις του οπτικού φάσματος από τις πολυφασματικές/υπερφασματικές κάμερες που στοχεύουν πάνω στα φυτά από τα οποία περνά ο γεωργικός ελκυστήρας. Η συγκεκριμένη υπομονάδα αναλαμβάνει τις παρακάτω εργασίες:

1. Να λαμβάνει από το χρήστη τις αρχικές παραμέτρους που απαιτούνται με πληρότητα για τη διεξαγωγή της λίπανσης καθώς και παραμέτρους που θα βοηθήσουν τον χρήστη να κρατήσει τα δεδομένα που θα ληφθούν στη συνέχεια, στο ιστορικό για μελλοντική ανάλυση. Συγκεκριμένα οι παράμετροι που ζητούνται είναι: Η μέγιστη παραγωγή που έχει επιτευχθεί στο παρελθόν στον συγκεκριμένο αγρό, ο τύπος του λιπάσματος που θα χρησιμοποιηθεί, η φασματική υπογραφή του σημείου που βρίσκεται ο μάρτυρας, το όνομα του αγρού, η καλλιέργεια, η ποικιλία της καλλιέργειας.

2. να λάβει με πληρότητα τις μετρήσεις από τις κάμερες, και με κατάλληλη επεξεργασία τους, τις ταυτίζει με το γεωγραφικό στίγμα που έρχεται από την μονάδα GPS (σημείο 4).

3. Στη συνέχεια τις προωθεί στην υπομονάδα αποφάσεων. Η συγκεκριμένη υπομονάδα, χρησιμοποιεί αλγορίθμους όρασης και τεχνητής νοημοσύνης με τα οποία πετυχαίνει να αναγνωρίζει προβληματικές περιοχές του αγρού, περιοχές που δεν υπάρχει εγκατεστημένη φυτεία, πχ πάνω από τη γραμμή του ορίζοντα, ή όρια χωραφιού και να προσαρμόζει τη λίπανση ανάλογα. Επίσης μέσω της όρασης, πετυχαίνει να λαμβάνει μέτρηση από όλο το πλάτος εργασίας του λιπασματοδιανομέα και όχι από 2 ή 3 σημεία δειγματοληπτικά όπως συμβαίνει σε παλαιότερες πατέντες και προϊόντα του ανταγωνισμού. Αυτός ο παράγοντας εκτός του ότι συντελεί στο να λαμβάνεται ο καλύτερος δυνατός μέσος όρος θρέψης, δίνει και τη δυνατότητα για τμηματικό έλεγχο της ρίψης λιπάσματος αν αυτό απαιτείται. Για παράδειγμα αν διαπιστωθεί oτι έχουμε φτάσει στα όρια του χωραφιού από τη δεξιά πλευρά και ο λιπασματοδιανομέας υποστηρίζει λειτουργία τμηματικού ελέγχου (section control), μπορεί να δοθεί εντολή να σταματήσει η ρίψη λιπάσματος στο δεξί τμήμα και να παραμείνει η ρίψη στο αριστερό. Αν παρατηρηθεί κάποια περιοχή με φασματική υπογραφή εκτός του συνηθισμένου ορίου, λαμβάνεται φωτογραφία στο οπτικό πεδίο από την rgb κάμερα και αποθηκεύεται στη μνήμη του συστήματος για μελλοντική ανάλυση και αποστολή στην υποδομή εξυπηρετητή. Οι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης (machine learning) συντελούν στην αναγνώριση περιοχών εντός του αγρού όπου παρατηρούνται καταστροφές από ζώα ή σημεία κακής στράγγισης. Για παράδειγμα αν υπάρχει μια μικρή περιοχή εντός του πλάτους εργασίας όπου δεν υπάρχει βλάστηση, αυτή αναγνωρίζεται και δεν υπολογίζεται στον μέσο όρο όσον αφορά τη φασματική μέτρηση γιατί κάτι τέτοιο θα έριχνε τον μέσο όρο και θα εφαρμοζόταν μεγαλύτερη ποσότητα λιπάσματος, κάτι που φυσικά δεν θα ήταν σωστό. Η Μηχανική Μάθηση (machine learning) συντελεί επίσης στην ταυτοποίηση μιας περιοχής με κακή μέτρηση και χαρακτηρισμό της σχετικά με το αν πρόκειται για κάποια ασθένεια ή καταστροφή από ζώα. Σε κάθε μία από αυτές τις περιπτώσεις ακολουθεί διαφορετικός χειρισμός της λίπανσης. - Υπομονάδα Αποφάσεων - Είναι υπεύθυνη για τη λήψη όλων των δεδομένων που σχετίζονται με τη θρέψη της φυτείας και τη γεωγραφική θέση και εκτελώντας τον αλγόριθμο αποφάσεων, αποφασίζει για την κατάλληλη ποσότητα λιπάσματος που πρέπει να πέσει στην περιοχή από την οποία περνά ο ελκυστήρ. Στη συνέχεια, γνωρίζοντας το τρέχων άνοιγμα της θυρίδας του λιπασματοδιανομέα, υπολογίζει τη νέα θέση και δίνει εντολή στη μονάδα εκτέλεσης γραμμικής κίνησης (σημείο 6) η οποία στη συνέχεια θα εκτελέσειτην οδηγία.

Μία μονάδα επικοινωνίας με το διαδίκτυο. Όλα τα δεδομένα θρέψης, απόφασης, γεωγραφικής θέσης κλπ που λαμβάνουν μέρος στη διαδικασία, ομαδοποιούνται κατάλληλα και αφού κρυπτογραφηθούν στέλνονται μέσω ασύρματης επικοινωνίας στη μονάδα υποδοχής, αποθήκευσης και επεξεργασίας δεδομένων στην υποδομή εξυπηρετητή. Τέλος η συγκεκριμένη μονάδα αναλαμβάνει να «κατεβάσει» από την υποδομή Εξυπηρετητή όταν υπάρχουν, τις κατάλληλες ενημερώσεις του λογισμικού αποφάσεων.

Μια μονάδα εκτέλεσης γραμμικής κίνησης στον λιπασματοδιανομέα (σημείο 6). Λαμβάνει την οδηγία της νέας θέσης στην οποία θα πρέπει να βρίσκεται η θυρίδα του λιπασματοδιανομέα και αναλαμβάνει να στείλει τα κατάλληλα ηλεκτρικά σήματα στον βραχίονα ώστε να πετύχειτην συγκεκριμένη οδηγία.

-Μία υποδομή Εξυπηρετητή υποδοχής, αποθήκευσης και επεξεργασίας δεδομένων στο σύννεφο (cloud).

Η συγκεκριμένη υποδομή υλοποιείται σε έναν εξυπηρετητή που βρίσκεται συνδεμένος με το διαδίκτυο. Αποτελείται από τις παρακάτω υπομονάδες:

Μονάδα Επικοινωνίας η οποία έχει σκοπό να διασφαλίζει τη σωστή λήψη και μετάδοση των δεδομένων από το σύστημα διαφοροποιημένης λίπανσης ή των ενημερώσεων του λογισμικού προς αυτό.

- Μονάδα Κρυπτογράφησης/Αποκρυπτογράφησης δεδομένων η οποία αναλαμβάνει να αποκρυπτογραφεί τα δεδομένα που εισέρχονται και να τα προωθεί στην μονάδα διαχείρισης δεδομένων καθώς και να κρυπτογραφεί τα δεδομένα και τις ενημερώσεις που πρόκειται να σταλούν στη μονάδα επικοινωνίας κι έπειτα στο σύστημα διαφοροποιημένης λίπανσης.

- Μονάδα Αποθήκευσης αναλαμβάνει να αποθηκεύσει τα αποκρυπτογραφημένα δεδομένα που έλαβε από τη μονάδα διαχείρισης δεδομένων, στους κατάλληλους πίνακες της βάσης δεδομένων για κάθε χρήστη του συστήματος ξεχωριστά.

Μονάδα διαχείρισης δεδομένων αναλαμβάνει την εργασία της συνολικής διαχείρισης των δεδομένων και την προώθησή τους τις υπόλοιπες μονάδες που αποτελούν την υποδομή του εξυπηρετητή.

Μονάδα Επεξεργασίας Δεδομένων. Αναλαμβάνει την επεξεργασία των δεδομένων για εξαγωγή συμπερασμάτων. Συγκεκριμένα επιτελεί τις παρακάτω εργασίες

- Στατιστική ανάλυση δεδομένων λίπανσης

- Σύγκριση διαφόρων τύπων χαρτών που εισάγονται στο σύστημα όπως χάρτες ηλεκτρικής αγωγιμότητας, χάρτες θρέψης, χάρτες παραγωγής και άλλα με σκοπό την εξαγωγή συμπερασμάτων. Γ ια να επιτευχθεί αυτό, χρησιμοποιούνται τεχνικές αναγνώρισης προτύπων και τεχνητής νοημοσύνης

Εκτέλεση μοντέλων προβλέψεων

Οπτικοποίηση δεδομένων και προώθηση των αποτελεσμάτων είτε στη μονάδα front-end περιβάλλοντος για επισκόπηση, είτε στη μονάδα διαχείρισης και έπειτα αποστολή στο σύστημα διαφοροποιημένης λίπανσης.

- Τα συμπεράσματα που εξάγονται μορφοποιούνται κατάλληλα και στέλνονται υπό μορφή ενημέρωσης για το λογισμικό του συστήματος διαφοροποιημένης λίπανσης για μελλοντική βελτίωση της απόδοσης της λίπανσης.

- Μονάδα δημιουργίας Backup αναλαμβάνει την αποθήκευση των δεδομένων σε εξωτερικές πηγές ή παράλληλη υποδομή εξυπηρετητή για αποφυγή απώλειας των δεδομένων σε περίπτωση αστοχίας εξοπλισμού.

Μονάδα παροχής front-end περιβάλλοντος. Πρόκειται για λογισμικό που δίνει τη δυνατότητα στον χρήστη να διαχειρίζεται το σύνολο των λειτουργιών της υποδομής εξυπηρετητή.

Πλεονεκτήματα Εφεύρεσης

Με την παρούσα εφεύρεση βελτιώνεται αισθητά η απόδοση της λίπανσης σε καλλιέργειες δημητριακών. Αυτό συμβαίνει γιατί πλέον αποφασίζει το σύστημα για τη σωστή ποσότητα του λιπάσματος που έχει ανάγκη η καλλιέργεια με βάση τη φασματική υπογραφή των φυτών που πρόκειται να δεχτούν το λίπασμα και όχι μέσω εκτίμησης του γεωπόνου που μπορεί εύκολα να κάνει λάθος. Επιπλέον, μεγάλο πλεονέκτημα αποτελεί η δυνατότητα που παρέχει το σύστημα να μοιραστεί διαφορετικά το λίπασμα εντός του εμβαδού ενός αγρού, ανάλογα με τις πραγματικές ανάγκες των φυτών, κάτι που δεν ήταν παλιότερα εφικτό.

Γίνεται παράθεση μιας σειράς από ενδεικτικά διπλώματα ευρεσιτεχνίας στη θεματική περιοχή της διαφοροποιημένης λίπανσης.

- US6601341B2: PROCESS FOR IN-SEASON FERTILIZER NITROGEN APPLICATION BASED ON

PREDICTED YIELD POTENTIAL US6393927B1: Method and apparatus for real-time determination and application of nitrogen fertilizer using rapid, non-destructive crop canopy measurements

- US6366681B1: Analysis of multi-spectral data for extraction of chlorophyll content

Ανωτέρω, αναφέρεται ενδεικτικά μια σειρά από ΔΕ με συγγενές αντικείμενο. Η βασική διαφορά της παρούσας προτεινόμενης λύσης από τις συναφείς προϋπάρχουσες προσεγγίσεις εστιάζεται στα εξής σημεία τα οποία και αποτελούν πλεονέκτημα της συγκεκριμένης εφεύρεσης:

1. Στην παρούσα εφεύρεση χρησιμοποιείται πολυφασματική ή/και υπερφασματική κάμερα για εκτίμηση της θρέψης της φυτείας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να λαμβάνεται μέτρηση από όλη την έκταση της εφαρμογής του λιπάσματος και όχι από μικρότερη περιοχή όπως προτείνουν κάποια ΔΕ που έχουν κατατεθεί, και γενίκευση αυτού του δείγματος σε όλη την έκταση εφαρμογής.

2. Σε προϋπάρχοντα ΔΕ όπου χρησιμοποιούνται αισθητήρες εκτίμησης NDVI ή εικόνες από δορυφόρο, δεν μπορεί να δοθεί εξήγηση σε μια ενδεχόμενη χαμηλή μέτρηση NDVI γι αυτό υποθέτουμε πως η χαμηλή μέτρηση οφείλεται σε κακή θρέψη. Στην πραγματικότητα υπάρχουν αρκετοί λόγοι εκτός της θρέψης που μπορούν να οδηγήσουν σε μια χαμηλή μέτρηση όπως για παράδειγμα η προσβολή των φυτών από μύκητες, ή περιοχή στην οποία εμφανίζεται κακή στράγγιση του νερού. Τα συστήματα των υπαρχόντων ΔΕ, λαμβάνοντας χαμηλή μέτρηση, παίρνουν το μήνυμα ότι πρέπει στην περιοχή αυτή να πέσει μεγάλη ποσότητα λιπάσματος κάτι που φυσικά είναι λανθασμένο. Η παρούσα εφεύρεση λύνει το συγκεκριμένο πρόβλημα χρησιμοποιώντας πολυφασματική/υπεφασματική κάμερα και αλγορίθμους όρασης υπολογιστών σε πραγματικό χρόνο. Έτσι μπορούν να αναγνωριστούν προσβολές από μύκητες, σημεία κακής στράγγισης, καταστροφές από ζώα, πυκνότητα φυτρώματος και άλλων παραγόντων που επηρεάζουν τη λίπανση.

3. Μια ακόμη βελτίωση που προτείνει η παρούσα εφεύρεση είναι η βελτίωση της αποδοτικότητας του αλγορίθμου απόφασης λίπανσης μέσω της αξιοποίησης των δεδομένων και της υποδομής εξυπηρετητή. Έτσι, συλλέγονται δεδομένα από τις λιπάνσεις που πραγματοποιούν οι χρήστες του συστήματος σε διάφορες εποχές και διάφορα μέρη της γης και τα δεδομένα αυτά εισέρχονται στον εξυπηρετητή για ανάλυση. Μπορούν λοιπόν να εξαχθούν συμπεράσματα και βελτιώσεις στον αλγόριθμο απόφασης για κάθε εποχή και κάθε περιοχή και στη συνέχεια αυτές οι βελτιώσεις να περάσουν υπό τη μορφή ενημέρωσης του αλγορίθμου για μελλοντική βελτίωση της αποδοτικότητας των αποφάσεων. Αυτό πραγματοποιείται με τη χρήση αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης. Αυτό το χαρακτηριστικό δεν συναντάται σε κανένα προηνούμενο ΔΕ που έχει κατατεθεί.

4. Καινοτομία αποτελεί και το χαρακτηριστικό χρήσης οπτικής κάμερας εκτός από την πολυφασματική/υπερφασματική. Και αυτό γιατί σε περίπτωση όπου λαμβάνεται πολύ χαμηλή μέτρηση δεικτών βλάστησης (π.χ. δείκτης NDVI) εντός κάποιων ορίων που έχουν τεθεί, θα ενεργοποιείται η οπτική κάμερα και θα λαμβάνεται μια φωτογραφία της προβληματικής περιοχής. Σε αυτή την φωτογραφία θα εκτελούνται αλγόριθμοι όρασης υπολογιστών για προσδιορισμό της αιτίας για τη χαμηλή μέτρηση δεικτών βλάστησης που λήφθηκε. Αυτό με τη σειρά του θα συντελεί στην λήψη απόφασης με μεγαλύτερη ακρίβεια.

5. Η συγκεκριμένη εφεύρεση δεδομένου ότι χρησιμοποιεί πολυφασματική/υπερφασματική κάμερα και λαμβάνει μέτρηση σε όλο το πλάτος εργασίας, μπορεί το λογισμικό να δώσει και οδηγία διαφοροποιημένης λίπανσης διαφορετική σε κάθε σημείο του πλάτους εργασίας όταν ο λιπασματοδιανομέας υποστηρίζει τμηματικό έλεγχο (section control).

Περιγραφή των απεικονίσεων

Τα χαρακτηριστικά την παρούσας εφεύρεσης θεωρούνται μοναδικά και η εφεύρεση μπορεί να γίνει καλύτερα αντιληπτή εξετάζοντας τα σχήματα. Ακολουθεί αναλυτική περιγραφή των σχημάτων όπως είναι αριθμημένα.

Στο Σχήμα 1 φαίνεται η πρόσοψη ενός γεωργικού ελκυστήρα. Το σημείο 1 απεικονίζει τον τρόπο τοποθέτησης των πολυφασματικών/υπερφασματικών καμερών για εκτίμηση θρέψης των καλλιεργειών. Εκτός από αυτές, στο ίδιο σημείο τοποθετούνται και κάμερες οπτικού φάσματος που παρέχουν υποβοήθηση στις πρώτες. Οι κάμερες αυτές είναι τοποθετημένες πάνω σε ένα μεταλλικό σασί. Το σημείο 2 δείχνει το πεδίο που εξετάζουν οι κάμερες για εκτίμηση της θρέψης των φυτών.

Η συσκευή 3 τόσο στο Σχήμα 1 όσο και το Σχήμα 2, αποτελεί την κυρίως επεξεργαστική μονάδα του συστήματος και βρίσκεται εντός της καμπίνας του γεωργικού ελκυστήρα. Περικλείει την οθόνη όπου, ο χειριστής μπορεί να πραγματοποιεί ρυθμίσεις για τη λίπανση, να παίρνει ζωντανές ενδείξεις για το τρέχων λίπασμα από το σημείο που περνά και τέλος να ελέγχει για τυχών σφάλματα κατά τη διαδικασία. Επίσης περικλείει τους μικροελεγκτές που εκτελούν τον αλγόριθμο αποφάσεων και εκτελούν όλους τους μαθηματικούς υπολογισμούς για τη σωστή λήψη μιας απόφασης της δόσης του λιπάσματος.

Στη συσκευή 4 που απεικονίζεται τόσο στο Σχήμα 1 όσο και το Σχήμα 2 είναι ο δέκτης GPS που είναι τοποθετημένος στην οροφή του γεωργικού ελκυστήρα. Η μονάδα του GPS είναι υπεύθυνη για τη λήψη γεωγραφικού στίγματος ώστε αυτό να ταυτιστεί με τα στοιχεία λίπανσης στο τρέχων σημείο του αγρού. Αυτό θα επιτρέψει σε ύστερο χρόνο, να γίνει οπτικοποίηση των δεδομένων της λίπανσης. Επίσης, εντός της ίδιας συσκευής εσωκλείεται και ο αισθητήρας εκτίμησης της ολικής έντασης της ακτινοβολίας του ήλιου

Το Σχήμα 2 δείχνει σε πλάγια όψη τον γεωργικό ελκυστήρα στον οποίο έχει προσαρτηθεί ένας λιπασματοδίανομέας και το σύστημα διαφοροποιημένης λίπανσης της παρούσας εφεύρεσης.

Το μηχάνημα 5 του Σχήματος 2 είναι ο λιπασματοδίανομέας στον οποίο θα προσαρμοστεί η συσκευή 6 η οποία θα έχει τη δυνατότητα να αυξομειώνει το άνοιγμα των θυρίδων για να πετύχει μεταβολή στη δόση του λιπάσματος.

Η συσκευή 6 του Σχήματος 2 είναι το σύστημα ελέγχου και εκτέλεσης της γραμμικής κίνησης των θυρίδων του λιπασματοδιανομέα. Είναι αυτό που όταν λάβει μια οδηγία για αλλαγή θέσης από τη συσκευή 3 εκτελείτην οδηγία και μετατοπίζει τις θυρίδες του λιπασματοδιανομέα.

Παραδείγματα Χρήσης

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1: Ο παραγωγός Α προκειμένου να εκτελέσει διαφοροποιημένη λίπανση στον αγρό του με καλλιέργεια από δημητριακά οριοθετεί μια ή περισσότερες περιοχές εντός του αγρού του με εμβαδόν τουλάχιστον 9 τετραγωνικά μέτρα. Στην περιοχή αυτή καθ' όλη τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου, θα ρίχνει με βήμα 15 ημερών επαρκή ποσότητα λιπάσματος.

Όταν αποφασίσει ότι πρέπει να λιπάνει το χωράφι του, επισκέπτεται πρώτα τις συγκεκριμένες περιοχές (μάρτυρες) και λαμβάνει μέτρηση με τους οπτικούς αισθητήρες. Οι συγκεκριμένες μετρήσεις καταχωρούνται στο λογισμικό του συστήματος, στο ανάλογο πεδίο.

Έπειτα μετακινεί τον ελκυστήρα του στο σημείο έναρξης της λίπανσης και ξεκινά, πατώντας το κουμπί έναρξης, τη διαδικασία της λίπανσης. Οδηγεί λοιπόν κατά μήκος όλου του αγρού και το σύστημα διαφοροποιημένης λίπανσης αναλαμβάνει να μετρά ανά πάσα στιγμή τη θρέψη των φυτών από το σημείο που περνά ο παραγωγός και να προσαρμόζει το άνοιγμα της θυρίδας άρα να μεταβάλει την δόση του λιπάσματος ανάλογα με τις ανάγκες.

Έστω λοιπόν ότι βρίσκεται σε μια περιοχή όπου το σύστημα εκτιμά πως πρέπει να πέσει ποσότητα λιπάσματος 10 κιλών / στρέμμα και την αμέσως επόμενη στιγμή ο ελκυστήρας περνά από μια περιοχή όπου η καλλιέργεια έχει αυξημένες ανάγκες σε λίπασμα. Η ανάπτυξη είναι κακή, τα φύλλα δεν έχουν έντονο πράσινο χρώμα και γενικά η καλλιέργεια στο σημείο αυτό υστερεί. Οι υπερφασματικές/πολυφασματικές κάμερες (σημείο 1) λαμβάνουν χαμηλή μέτρηση δεικτών βλάστησης την οποία στέλνουν στην μονάδα αποφάσεων (σημείο 3). Η Μονάδα αποφάσεων κάνει τους απαραίτητους υπολογισμούς για συσχέτιση της μέτρησης θρέψης με τα κιλά λιπάσματος που πρέπει να πέσουν στο σημείο για να διορθωθεί το πρόβλημα, ταυτίζει αυτή τη μέτρηση με το γεωγραφικό στίγμα και αφού το καταγράψει στη μνήμη, δίνει την οδηγία στη μονάδα εκτέλεσης γραμμικής κίνησης (σημείο 6) να μεταβεί σε θέση όπου πλέον θα ρίχνει 20 κιλά λιπάσματος το στρέμμα αντί για 10 όπως συνέβαινε πριν. Αυτόματα η μονάδα εκτέλεσης γραμμικής κίνησης, μετατοπίζεται κατά 10 χιλιοστά ανοίγοντας της θυρίδες. Η ίδια διαδικασία επαναλαμβάνεται συνεχώς μέχρι να τελειώσει η διαδικασία της λίπανσης του αγρού.

Στην οθόνη που βρίσκεται μπροστά του εντός της καμπίνας του ελκυστήρα, βλέπει σε ζωντανό χρόνο πληροφορίες για τη λίπανση στο συγκεκριμένο σημείο

Όταν φτάσει στο τέλος του χωραφιού, τερματίζει τη λειτουργία του συστήματος, και αυτό, αφού συγκεντρώσει όλα τα δεδομένα της λίπανσης, τα ομαδοποιεί και τα στέλνει στην υποδομή του εξυπηρετητή για περαιτέρω ανάλυση.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2: Ένας συνεργαζόμενος με τον παραγωγό, γεωπόνος, ή ακόμη και ο ίδιος ο παραγωγός, έχει πρόσβαση στην πλατφόρμα ανάλυσης και επεξεργασίας των δεδομένων της λίπανσης σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή, μέσω της πλατφόρμας ανάλυσης δεδομένων της υποδομής εξυπηρετητή. Μπορεί εκεί να πραγματοποιεί οπτικοποίηση των δεδομένων θρέψης παράγοντας χάρτες θρέψης, χάρτες εφαρμογής λιπάσματος, να υπολογίσει μέσους όρους ανά περιοχή, να εκτελέσει στατιστική ανάλυση κλπ.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3: Ένας ειδικός γεωπόνος/ερευνητής έχει κι αυτός πρόσβαση στην πλατφόρμα ανάλυσης και επεξεργασίας των δεδομένων της υποδομής εξυπηρετητή. Μπορεί να βλέπει πληροφορίες λίπανσης από όλους τους χρήστες του συστήματος ή τους χρήστες ανά περιοχή, βάζοντας τα κατάλληλα φίλτρα. Μετά από γεωστατιστική ανάλυση, και αφού εκτελέσει τους αλγορίθμους ανάλυσης της αποτελεσματικότητας της λίπανσης, μπορεί να διορθώσει ορισμένους συντελεστές που χρησιμοποιούνται στην εξίσωση υπολογισμού του λιπάσματος για να πετύχει καλύτερη απόδοση του αλγορίθμου στην επόμενη εφαρμογή λιπάσματος. Οι διορθώσεις αυτές, περνούν με τη μορφή ενημέρωσης από την υποδομή εξυπηρετητή στα κατά τόπους συστήματα εφαρμογής διαφοροποιημένης λίπανσης.

Claims (4)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

1. Σύστημα που χρησιμοποιείται για την εφαρμογή της διαφοροποιημένης λίπανσης, το οποίο περιλαμβάνει την χρήση συσκευών εισόδου και αισθητήρων για εκτίμηση της θρέψης της καλλιέργειας και είναι τοποθετημένες στο μπροστινό τμήμα του γεωργικού ελκυστήρα(1) ή την οροφή του (4), μονάδα GPS (4), έναν ή περισσότερους αισθητήρες εκτίμησης ολικής έντασης ακτινοβολίας που έρχεται από τον ήλιο και βρίσκονται στην οροφή του ελκυστήρα δίπλα από τη μονάδα GPS (4) ή στο μπροστινό τμήμα του ελκυστήρα(1) και έχουν σκοπό τη διόρθωση της μέτρησης που λαμβάνεται από τις συσκευές εισόδου και αισθητήρες(Ι) σε περίπτωση που κάποιο σύννεφο εμποδίζει την άμεση επαφή με τον ήλιο ή άλλη αιτία επηρεάσει την ποιότητα των μετρήσεων, μία κεντρική μονάδα ελέγχου και αποφάσεων (σημείο 3), μία μονάδα επικοινωνίας με το διαδίκτυο (3) και μια μονάδα εκτέλεσης γραμμικής κίνησης στον λιπασματοδιανομέα (6).

2. Σύστημα κατά την αξίωση 1 το οποίο χαρακτηρίζεται εκ του ότι τις συσκευές εισόδου και αισθητήρων αποτελούν πολυφασματικές/υπερφασματικές και οπτικές κάμερες(σημείο 1) για υπολογισμό δεικτών βλάστησης όπως ο δείκτης NDVI με σκοπό τον προσδιορισμό των αναγκών σε λίπασμα της καλλιέργειας, μετεωρολογικοί αισθητήρες (3) και αισθητήρες μέτρησης λειτουργιών του γεωργικού ελκυστήρα όπως η ταχύτητα, στροφές κινητήρα κλπ. Επίσης χαρακτηρίζεται εκ του ότι η κεντρική μονάδα ελέγχου αποτελείται από μικροελεγκτές (3) που λαμβάνουν τα δεδομένα των συσκευών εισόδου, τρέχουν τον αλγόριθμο αποφάσεων και εξάγουν μια οδηγία προς τη μονάδα εκτέλεσης γραμμικής κίνησης (6).

3. Σύστημα διαφοροποιημένης λίπανσης κατά την αξίωση 1 και 2 χαρακτηριζόμενο εκ του ότι περιλαμβάνει μικροελεγκτές όρασης υπολογιστών (computer vision) καλλιέργειας που είναι υπεύθυνοι για την αναγνώριση προβληματικών περιοχών εντός του αγρού (πχ καταστροφές από άγρια ζώα, σημεία με ύπαρξη ασθενειών και μυκήτων) ώστε τέτοιοι παράγοντες να συμπεριληφθούν στην απόφαση για τη σωστή ποσότητα λιπάσματος.

4. Σύστημα σύμφωνα με την αξίωση 1,2, 3, 4 που επιπλέον περιλαμβάνει υποδομή εξυπηρετητή τεχνητής νοημοσύνης που επικοινωνεί μέσω διαδικτύου με το σύστημα της αξίωσης 1,2,3 και είναι υπεύθυνη να εκτελεί κατάλληλες βελτιστοποιήσεις στον αλγόριθμο αποφάσεων των μελλοντικών εφαρμογών λιπάσματος.