Использование мобильного телефона в системах точного земледелия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование мобильного телефона в системах точного земледелия

В настоящее время смартфоны стали полезным инструментом в сельском хозяйстве благодаря их мобильности и доступной стоимости. Их вычислительная мощность позволяет решать различные практические задачи, возникающие при внедрении систем точного земледелия. Кроме того, смартфоны в настоящее время оснащены различными типами физических датчиков и сенсоров, которые делают их перспективным инструментом для оказания помощи в решении разнообразных сельскохозяйственных задач.

В статье рассмотрены различные возможности использования встроенных в смартфоны датчиков для решения возникающих задач.

Введение в сельскохозяйственное производство точного земледелия и, в частности, технологий дифференцированного применения средств химизации требует большого объема информации о состоянии поля и растений. Для ее получения необходимо использовать специальное технологическое оборудование и услуги, такие, например, как системы мониторинга урожайности, позиционирования GPS, математическое обеспечение (GIS) для сбора информации о параметрах плодородия поля, состоянии посевов, хранения, обработки и принятия оптимальных управленческих решений.

Для принятия управленческих решений о дозах и сроках дифференцированного применения средств химизации необходимо знать характер распределения основных агрохимических показателей плодородия поля. К таким показателям в первую очередь следует отнести кислотность, содержание фосфора, калия, нитратного азота, органического вещества и микроэлементов. Количество параметров, которые необходимо измерять, зависит от моделей или алгоритмов используемых для определения дифференцированных доз внесения. Получение избыточной информации, которая не будет применена для решения конкретной задачи, не целесообразно. смартфон датчик поле сельскохозяйственный

В результате выполненного анализа разработана структурная схема наиболее распространенных способов получения данных о состоянии поля (рис. 1).

При разработке технологий дифференцированного применения удобрений необходимо, прежде всего, знать количество элементов питания, содержащихся в почве, и характер их распределения. Анализ и моделирование пространственных данных о пестроте параметров плодородия поля требует применения комплексного подхода и различных методов, характеризующих ту или иную особенность явления. Сложность такого анализа обусловлена несколькими факторами: наличием большого объема количественной и качественной информации о параметрах плодородия поля, многомасштабностью и многопеременностью, наличием различных факторов влияния.

По мере развития информационно коммуникационных систем (ИКТ) появляются новые способы получения информации о состоянии поля, растений и окружающей среды такие, например, как цифровые фотографические методы, полусферическая фотография, стереозрение (StereoVision), световые сенсоры, кинетические сенсоры (Kinect sensor), сенсоры LIDAR, термография, спектроскопия в видимом диапазоне VIS/NIR, системы электронного носа и другие. Среди них особое место занимают смартфоны.

Среди технологий, изобретенных в последние несколько десятилетий, смартфоны приобрели большие доли рынка среди различных секторов пользователей по причине их полезности, простоты в использовании и доступности. Количество новых пользователей смартфонов продолжает расти. Предполагается, что, к 2017году число пользователей будет более 2 миллиардов человек во всем мире.

Один фактор, который повышает способность смартфонов помочь пользователям выполнять различные задачи, являются многочисленные встроенные датчики (например, датчики позиционирования, датчики движения, камеры и микрофоны). Многие отрасли народного хозяйства используют смартфоны для облегчения их работы, такие, например, как здравоохранение и образование.

Недорогой смартфон, оснащенный различными датчиками, открывает новые возможности для сельских фермеров, которые ранее имели ограниченный доступ к последней сельскохозяйственной информации (например, о рынке, погоде и болезнях растений) и помощи со стороны специалистов сельского хозяйства и государственных служащих. Между тем, фермеры, крупные хозяйства, которые уже используют информационные технологии, теперь могут использовать смартфон с различными датчиками для повышения производительности и облегчения решения различных задач на протяжении всего сельскохозяйственного цикла.

В работе авторы подразделяют возможные приложения смартфонов в сельском хозяйстве на четыре категории: сельское хозяйство, управленческие функции, информационное обеспечение, а также взаимодействие со службами распространения знаний. Сельскохозяйственными приложениями являются те, которые помогают в сельскохозяйственной деятельности, например, с целью выявления болезней и определения норм применения пестицидов. Приложения для управления хозяйством облегчают пользователям лучше управлять ресурсами и сельскохозяйственной деятельностью более эффективно и в целях получения большей прибыли и повышения продуктивности сельского хозяйства. Информационная система включают в себя системы, которые предоставляют необходимую информацию для фермеров, в том, числе информацию о хозяйстве, окружающей среде и о рынке. Система по взаимодействию со службами распространения знаний обеспечивает доступ к экспертам для получения консультаций необходимых для более эффективного ведения хозяйства.

Датчики, включенные в смартфоны, могут быть классифицированы в три категории: датчики движения, экологические датчики, и датчики положения (Таблица 1).

Первая категория, датчики движения, обеспечивает измерение ускорения и вращающей силы. Примерами датчиков движения являются акселерометры, гироскопы, датчики силы тяжести, вращательные векторные датчики.

Вторая категория - это экологические датчики, обеспечивающие измерение состояния окружающей среды. Температура воздуха измеряется термометром, давление барометром, а освещенность - фотометром.

Третья категория - датчики положения определяют физическое положение устройства. Такие датчики включают GPS, и датчики ориентации.

Недавний рост популярности смартфонов привлёк внимание исследователей к изучению возможности использования датчиков смартфона в своей работе. Многие датчики были применены успешно во многих областях. Спутниковая система навигации встроенная в смартфон (GPS), позволяет определять текущее местоположение устройства. Помимо прямого использования местоположения в приложениях (например, карты), данные GPS также используются для определения траектории движения агрегатов.

Акселерометры, измеряющие силу ускорения, вызванную либо движением смартфона, либо изменением силы тяжести земли по 3-м осям, могут быть использованы в качестве датчиков, распознавания активности, вождения и так далее. Встроенные камеры (передние и задние камеры) смартфонов значительно улучшились за последние годы. Разрешающая способность их сопоставима со специальными карманными фотоаппаратами. Поэтому получаемые при помощи смартфона изображения и видео после их обработки с использованием специальных компьютерных алгоритмов могут быть использованы в точном земледелии наряду с информацией, получаемой посредством систем технического зрения.

Применение смартфона для получения информации о состоянии сельскохозяйственных культур обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами (Таблица 2)

В работе рассмотрен способ определения болезни растений с использованием смартфона. Установленное на мобильный телефон программное обеспечение позволяет сфотографировать пораженную болезнью часть растения, например лист, немедленно проанализировать фотографию и принять необходимые меры для подтверждения потенциального заболевания и принятия соответствующих действий по устранению болезни.

Предложенный способ не нуждается в сложных алгоритмах и дорогом оборудовании для обработки изображений и поэтому может быть легко реализован с использованием языков программирования Java или С.

Схема работы системы представлена на рисунке 2.

К сожалению, еще мало смартфонов с набором, перечисленных в статье, датчиков . Например, Смартфон Nokia 6 оснащен 4 ГБ оперативной памяти LPDDR3 и встроенным накопителем на 64 ГБ. Слот под карты памяти microSD позволяет расширить память до 128 ГБ. В наличии также весь традиционный набор интерфейсов, выключая 3,5мм аудио, MicroUSB, акселерометр, электронный компас, гироскоп, датчик освещенности и сенсор приближения.

Cмартфон Samsung Galaxy A7 имеет оперативную память - 2 ГБ; встроенную - 16 ГБ (11,2 ГБ доступно); слот для карт памяти micro SD/HC/XC (до 64 ГБ), cенсоры: акселерометр, датчики приближения и освещенности, датчик Холла. Но даже со смартфоном, у которого есть система GPS и фотокамера можно решать многие задачи точного земледелия.

Личман Г.И. д.т.н.,

Смирнов И. Г., канд. с.-х. наук,

ФГБНУ ФНАЦ ВИМ,

Беленков А.И. д.с.-х. наук

РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева.

Журнал "Нивы России"

№2 (146) март 2017

Литература

1. Applications of Smartphone-Based Sensors in Agriculture: A Systematic Review of Research Suporn Pongnumkul, Pimwadee Chaovalit, and Navaporn Surasvadi. Hindawi Publishing Corporation Journal of Sensors Volume 2015, Article ID 195308, 18 pages http://dx.doi.org/10.1155/2015/195308.

2. “2 billion consumers worldwide to get smart(phones) by 2016,” 2014, http://www.emarketer.com/Article/2-Billion-Consumers-Worldwide-Smartphones-by-2016/1011694.

3 M. Mosa A. S., Yoo I., and Sheets L., “A systematic review of healthcare applications for smartphones,” BMC Medical Informatics & Decision Making, vol. 12, no. 1, article 67, 2012.

4. Habib M. A., Mohktar M. S., Kamaruzzaman S. B., Lim K. S., Pin T. M., and Ibrahim F., “Smartphone-based solutions for fall detection and prevention: challenges and open issues,” Sensors,vol. 14, no. 4, pp. 7181-7208, 2014.

5. Cheung W. S. and Hew K. F. A review of research methodologies used in studies on mobile handheld devices in K-12 and higher education settings, Australasian Journal of Educational Technology, vol. 25, no. 2, pp. 153-183, 2009.

6. Milrad M.and Spikol D., Anytime, anywhere learning supported by smart phones: experiences and results from the musis project,” Educational Technology and Society, vol. 10, no. 4, pp. 62-70, 2007.

7. Sensors overview--android developers, 2015, http: //developer

.android. com/guide/topics/sensors/sensors overview.html.

8. Gong H., Chen C., Bialostozky E., and Lawson C. T., A GPS/GIS method for travel mode detection in New York City, Computers, Environment and Urban Systems, vol. 36, no. 2, pp. 131-139, 2012.]

9. Anjum A.and Ilyas M. U., Activity recognition using smartphone

sensors, in Proceedings of the IEEE 10th Consumer Communications and Networking Conference (CCNC '13), pp. 914-919, IEEE, January 2013.

10. Chaovalit P., Saiprasert C., and Pholprasit T., A method for driving event detection using sax with resource usage exploration on smartphone platform, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, vol. 2014, no. 1, article 135, 2014.

11. Werner M., Kessel M., and Marouane C., Indoor positioning using smartphone camera, in Proceedings of the International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN '11), 6, p. 1, September 2011

12. Nikos Petrellis. Plant Disease Diagnosis Based on Image Processing,Appropriate for Mobile Phone Implementation. Proceedings of the 7th International conference on ICT in Agriculture, Food and Environment (HAICTA 2015), Kavala, Greece, 17020 September, 2015.

Размещено на Allbest.ru