Przymrozki wyrządzają ogrom szkód w uprawach owoców
twardych, miękkich i warzywniczych. Występują one zazwyczaj nagle w sposób
nieprzewidywalny, co do miejsca, czasu i natężenia. Pomimo systemów wczesnego
ostrzegania uprawy rolne nie są do tego zjawiska naturalnego przygotowane.
Spadki temperatur i wystąpienie przymrozków napływowych (adwekcyjnych) bardzo
często przypada na okres kwitnienia np. w sadach a więc w fazie niezwykle
ważnej dla rozwoju rośliny i plonowania. W przypadku sadów powoduje to
przemarznięcie kwiatostanów drzew wcześnie kwitnących (czereśni, wiśni, śliw i
niektórych odmian jabłoni i gruszy).
Problem z którym spotyka się rolnik w czasie przymrozków to
świadomość tego kiedy konkretnie występuje mróz w jego sadzie. Prognozy pogody
nie są szczegółowe i dotyczą zazwyczaj całego regionu. Niebezpieczne spadki
temperatur poniżej krytycznego minimum mogą występować lokalnie i są też
uwarunkowane położeniem geograficznym i zróżnicowaniem terenu.
Jednym ze sposobów ograniczenia strat przymrozkowych stosowanych
w praktyce jest ogrzewanie powietrza w sadzie. Metoda ta polega na spalaniu
różnych materiałów w celu zwiększenia temperatury
ogrzewanego powietrza. Stosuje się specjalne piece
grzewcze na brykiet, olej opałowy, propan-butan. Wadą tych rozwiązań jest
punktowe grzanie co skutkuje poparzeniami roślin w bliskiej odległości od
źródła ciepła, a przymarzaniem w dalszej odległości. Nagrzewnice mobilne są
bardziej uniwersalnym rozwiązaniem. Ochrona za pomocą tych urządzeń polega na
przejazdach przy użyciu ciągnika rolniczego w rzędach drzew lub krzewów i
ogrzaniu oraz wymieszaniu powietrza.
W ramach projektu „Innowacyjne technologie ochrony antyprzymrozkowej
w uprawach sadowniczych i ogrodniczych” opracowany zostanie system pomiarowy,
który pozwoli na budowę zindywidualizowanego modelu temperaturowego
uwzględniającego unikatowe ukształtowanie powierzchni sadu. Z założenia system będzie
pełnił dwie funkcje. Po pierwsze, będzie monitorował temperaturę powietrza w
sadzie i powiadamiał rolnika przy pomocy wiadomości e-mail lub sms o
osiągnięciu krytycznego progu temperatury. Taka informacja pozwoli na
precyzyjne podjęcie decyzji o rozpoczęciu zabiegu ochronnego. Po drugie, system będzie wspierał efektywne
użytkowanie mobilnych urządzeń grzewczych. Operator korzystający z aplikacji
końcowej będzie informowany o bieżącej sytuacji w sadzie i lokalizacji obszarów
o najniższej temperaturze. System dostarczy także informacji zwrotnej odnośnie
zmian temperatury wewnątrz koron drzew wywołanych przejazdem mobilnej
nagrzewnicy.
W realizację projektu zaangażowany jest zespół naukowców ze
Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie z:
- Instytutu Inżynierii Mechanicznej,
Katedry Inżynierii Biosystemów
Dr hab. inż. Tomasz Nowakowski,
Dr hab. inż. Jarosław Chlebowski,
Dr inż. Adam Świętochowski,
Dr hab. inż. Jacek Klonowski prof. SGGW,
Dr hab. inż. Michał Sypuła,
Dr inż. Adam Strużyk,
Dr inż. Magdalena Dąbrowska,
- Instytutu Inżynierii
Mechanicznej, Katedry Podstaw Inżynierii i Energetyki
Dr inż. Michał Awtoniuk,
- Instytutu Nauk Ogrodniczych,
Katedry Sadownictwa i Ekonomiki Ogrodnictwa
Dr hab. Dariusz Wrona, prof. SGGW,
Dr inż. Wojciech Kowalczyk.
Informacja na temat operacji realizowanej w ramach Europejskiego Funduszu Rolnego na rzecz Rozwoju Obszarów Wiejskich PROW 2014 - 2020, działanie 16 "Współpraca"
Informacja na tematW ramach projektu „Innowacyjne technologie ochrony antyprzymrozkowej w uprawach sadowniczych i ogrodniczych” opracowano koncepcję systemu pomiarowego. Projektowany system pomiarowy będzie składał się z kilku warstw odpowiadających za: akwizycję danych, udostępnianie danych oraz przetwarzanie danych. Poszczególne warstwy będą autonomiczne a wymiana danych pomiędzy nimi będzie się odbywać bez udziału człowieka. Akwizycja danych będzie realizowana w oparciu o siatkę bezprzewodowych czujników z zasilaniem bateryjnym. Czujniki będą komunikowały się ze stacją bazową (tzn. gateway) z wykorzystaniem technologii LoRa WAN. Za przetwarzanie danych będzie odpowiedzialny serwer sieciowy. Dane będą archiwizowane w bazie danych, oraz analizowane oraz wizualizowane w formie aplikacji końcowej. Aplikacja będzie wspierała operatora mobilnej nagrzewnicy poprzez wskazywanie optymalnej ścieżki przejazdu, obliczanie czasu powtórnego przejazdu w danym miejscu sadu oraz obszaru możliwego do ochrony przy danej temperaturze powietrza.
System pomiarowy temperatury jest wykonany w technologii Internetu Rzeczy (Internet of Things – IoT) w standardzie LoRaWAN. Pozyskiwanie danych odbywa się w oparciu o siatkę czujników (EM500-PT100) zasilanych bateryjnie. Pomiar temperatury odbywa się za pomocą czujników PT100 w zakresie od -10°C do +40°C z dokładnością 0,5°C. Dzięki zastosowaniu zewnętrznej sondy pomiarowej można ją umieścić w obrębie korony drzewa (rys. 1).
Rysunek 1. Czujnik temperatury z zamocowaną sondą pomiarową w sadzie
Urządzenia EM500 są węzłami końcowymi w systemie IoT. Przesyłają one dane do bramy UG67 zainstalowanej na budynku właściciela sadu (rys. 2) za pomocą protokołu LoRaWAN. Dane z bramy w postaci pakietów danych przesyłane są do serwera w chmurze. Po przetworzeniu danych system umożliwia ich odbiór przez użytkownika m.in. właściciela sadu, za pomocą różnych form aplikacji końcowych, działających na przykład na tablecie.
Rysunek 2. Brama UG67 zainstalowana na budynku przechowalni owoców
System pomiaru temperatury zainstalowano w sadzie w miejscowości Pilica koło Warki. Na badanym obszarze występują dwie odmiany jabłoni: Gala, Ligol. Drzewa odmiany Gala miały średnią wysokość 3,07 m i rosły w rzędach w odległości 1,03 m. Natomiast średnia wysokość drzew odmiany Ligol wynosiła 3,26 m, drzewa rosły w rzędach co 1,70 m. Rozstaw rzędów wynosił odpowiednio 3,51 m i 3,79 m. Na wybranej działce występuje stagnacja mrozowa.
W wybranej lokalizacji zainstalowano 31 czujników EM500-PT100 w rzędach oddalonych od siebie średnio o 10,43 m. Liczba czujników pozwoliła na ocenę zaproponowanej metody interpolacji wyników, a także opracowanie wytycznych dotyczących montażu czujników. W sadzie zainstalowano 28 czujników testowych i 3 czujniki weryfikacyjne. Bramę bazową zainstalowano na ścianie przechowalni owoców na wysokości 9,3 m.
Wykonano pozycjonowanie GPS czujników i bramy (rys. 1). Czujniki zaznaczone na czerwono są czujnikami testowymi a te na żółto weryfikacyjnymi, których pomiary posłużyły jako testowy zbiór danych w procesie weryfikacji algorytmu interpolacji wyników.
Rysunek 1. Lokalizacja czujników na testowanym obszarze
Głównym założeniem funkcjonowania systemu jest to, aby dostarczał on informacje o lokalnej temperaturze powietrza w sadzie. Ze względów ekonomicznych liczba czujników powinna być ograniczona do minimum. Z tego powodu podjęto próbę minimalizacji liczby czujników. Opracowano metodę opartą na wyliczeniu błędu średniokwadratowego MSE dla całego zbioru testującego, a do wyznaczenia temperatury obliczeniowej wykorzystano interpolację wyników IDW (inverse distance weighting). Eksperymentalnie wyznaczono wartości współczynników modelu w oparciu o wskazania czujników weryfikacyjnych. We wstępnych badaniach zastosowano nadmiarową liczbę czujników, aby umożliwić próbę optymalizacji liczby czujników na powierzchnię hektara. Badano różne warianty z różną liczbą czujników w rozstawie ortogonalnym i triangulacyjnym (rysunek 2).
Rysunek 2. Warianty ograniczające liczbę czujników, (zielone czujniki aktywne, czerwone – dezaktywowane): A) pełny układ 28 czujników aktywnych, B)16 czujników w rozstawie ortogonalnym, C) 14 czujników w rozstawie triangulacyjnym, D) 12 czujników w rozstawie ortogonalnym, E) 10 czujników w rozstawie triangulacyjnym, F) 8 czujników w rozstawie ortogonalnym, G) 8 czujników w rozstawie triangulacyjnym, H) 6 czujników w rozstawie ortogonalnym, I) 6 czujników w rozstawie triangulacyjnym
Na podstawie wstępnych badań dla rozstawu triangulacyjnego uzyskano dokładniejsze odwzorowanie wskazań czujników weryfikacyjnych. Ponadto wstępne testy zasięgu komunikacji LoRa w dwóch lokalizacjach o różnej charakterystyce zabudowy pozwoliły na uzyskanie pokrycia obszaru o promieniu 4,45 km (62 km2, obszar wiejski) i o promieniu 2 km (12,5 km2, obszar miejski).
Z kolei wstępne testy i analizy przy próbkowaniu pomiarów równym 10 minut, pozwoliły na oszacowanie maksymalnego czasu zasilania bateryjnego przekraczającego 5460 h (około 220 dni), a odpowiednio przy próbkowaniu dla 1 minuty czas ten wyniósł 870 h (około 35 dni). Taki czas podtrzymania bateryjnego wystarczy do monitorowania temperatury w sadzie w kluczowym okresie potencjalnego występowania przymrozków.
Kolejnym efektem prowadzonych badań było przygotowanie pracy inżynierskiej pt. „Wykorzystanie Internetu Rzeczy w systemie wspomagania pracy sadowniczej mobilnej nagrzewnicy powietrza”. Autorem pracy jest Adrian Piątkowski, były student a obecnie absolwent Wydziału Inżynierii Produkcji SGGW. Praca została przygotowana pod kierunkiem dr. inż. Michała Awtoniuka – członka zespołu badawczego SGGW. Obrona (rysunek 1) pracy odbyła się 13.07.2021 r. przed komisją w składzie: dr. hab. inż. Bogdan Dróżdż – Dziekan Wydziału Inżynierii Produkcji;
dr inż. Jan Skarżyński – Opiekun wydziałowy ds. praktyk studenckich;
dr inż. Michał Awtoniuk – Promotor.
Praca została wysoko oceniona a obrona zakończyła się nadaniem Autorowi tytułu zawodowego inżyniera.
Rysunek 1. Fragment prezentacji oraz zdjęcie z obrony pracy inżynierskiej: od lewej: M. Awtoniuk, A. Piątkowski, B. Dróżdż, J. Skarżyński.
Cząstkowe wyniki badań były także prezentowane na forum międzynarodowym w czasie konferencji „Information technologies in energy and agro-industrial complex”, która odbywała się w dniach 6-7.10.2021 r. we Lwowie na Ukrainie. Organizatorem konferencji był Lwowski Narodowy Uniwersytet Rolniczy. Referat pt. „Research on energy consumption in the Internet of Things measurement system” wygłosił dr. inż. Michał Awtoniuk.
Rysunek 2. Fragment prezentacji oraz zdjęcie z obrad międzynarodowej konferencji „Information technologies in energy and agro-industrial complex”.
Zapytanie o szacowanie wartości zamówienia jest realizowane w ramach operacji pt.: „Innowacyjne technologie ochrony antyprzymrozkowej w uprawach sadowniczych i ogrodniczych” realizowanej w ramach działania "Współpraca" objętego Programem Rozwoju Obszarów Wiejskich 2014-2020.
Zapytanie ofertoweZapytanie o szacowanie wartości zamówienia jest realizowane w ramach operacji pt.: „Innowacyjne technologie ochrony antyprzymrozkowej w uprawach sadowniczych i ogrodniczych” realizowanej w ramach działania "Współpraca" objętego Programem Rozwoju Obszarów Wiejskich 2014-2020.
Zapytanie ofertoweZapytanie o szacowanie wartości zamówienia jest realizowane w ramach operacji pt.: „Innowacyjne technologie ochrony antyprzymrozkowej w uprawach sadowniczych i ogrodniczych” realizowanej w ramach działania "Współpraca" objętego Programem Rozwoju Obszarów Wiejskich 2014-2020.
Zapytanie ofertoweZapytanie ofertowe jest realizowane w ramach operacji pt.: „Innowacyjne technologie ochrony antyprzymrozkowej w uprawach sadowniczych i ogrodniczych” realizowanej w ramach działania "Współpraca" objętego Programem Rozwoju Obszarów Wiejskich 2014-2020.
Zapytanie ofertoweZapytanie ofertowe jest realizowane w ramach operacji pt.: „Innowacyjne technologie ochrony antyprzymrozkowej w uprawach sadowniczych i ogrodniczych” realizowanej w ramach działania "Współpraca" objętego Programem Rozwoju Obszarów Wiejskich 2014-2020.
Zapytanie ofertoweZapytanie ofertowe jest realizowane w ramach operacji pt.: „Innowacyjne technologie ochrony antyprzymrozkowej w uprawach sadowniczych i ogrodniczych” realizowanej w ramach działania "Współpraca" objętego Programem Rozwoju Obszarów Wiejskich 2014-2020.
Zapytanie ofertoweNiniejszym informujemy, że w wyniku przeprowadzonego postępowania przetargowego na wykonanie bezprzewodowego elektronicznego systemu pomiarowego jako wykonawcę wybrano:
IOT SOLUTION Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością
ul. Tomasza Zana 39A
20-634 Lublin
NIP: 7123416813
Data wpłynięcia oferty: 13.04.2021
Cena za wykonanie przedmiotu zamówienia: 60 000,00 zł netto
Niniejszym informujemy, że w wyniku przeprowadzonego postępowania przetargowego na dostawę zestawu do obsługi sieci telekomunikacyjnej zgodnie ze specyfikacją jako dostawcę wybrano:
IOT SOLUTION Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością
ul. Tomasza Zana 39A
20-634 Lublin
NIP: 7123416813
Data wpłynięcia oferty: 13.04.2021
Cena za wykonanie przedmiotu zamówienia: 5 200,00 zł netto
Niniejszym informujemy, że w wyniku przeprowadzonego postępowania przetargowego na dostawę dostawę miernika zużycia energii elektrycznej w urządzeniach IoT jako dostawcę wybrano:
IOT SOLUTION Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością
ul. Tomasza Zana 39A
20-634 Lublin
NIP: 7123416813
Data wpłynięcia oferty: 13.04.2021
Cena za wykonanie przedmiotu zamówienia: 2 800,00 zł netto
Niniejszym informujemy, że Grupa EPI Centrum Innowacji w Ochronie Antyprzymrozkowe wzięła udział w II Szczycie Polskich Grup Operacyjnych gdzie poruszane były zagadnienia takie jak:
Na szczycie odbyły się również konsultacje z brokerami innowacji, przedstawicielami Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi oraz Agencji Restrukturyzacji i Modernizacji Rolnictwa oraz sesja warsztatowa w podziale na grupy tematyczne „Propozycje wdrażania działania „Współpraca Grup Operacyjnych EPI” w ramach WPR 2023-2027 – głos beneficjentów.
Niniejszym informujemy, że Grupa EPI Centrum Innowacji w Ochronie Antyprzymrozkowe wzięła udział w konferencji "Profesjonalne Instytucje Otoczenia Biznesu wspierające rozwój przedsiębiorczości na obszarach wiejskich" gdzie poruszane były zagadnienia takie jak:
Na konferencji odbyła się również dyskusja panelowa na temat Działań na rzecz rozwoju przedsiębiorczości na obszarach wiejskich gdzie podjęto się próby oceny oraz rekomendacji na przyszłość. W dyskusji wzięli udział:
