Kaip daugiazondžiai jutikliai keičia tiksliąją žemdirbystę

Kai modernus, milijono dolerių vertės šiltnamis remiasi vos 2–4 temperatūros ir drėgmės jutikliais, pasėliams tenka susidurti su didžiuliu klimato neapibrėžtumu. Naujos kartos paskirstytieji jutiklių tinklai atskleidžia, kad net ir pažangiuose šiltnamiuose vidiniai mikroklimato skirtumai gali sukelti 30 % derliaus svyravimus, o sprendimas gali kainuoti mažiau nei manote.

Vidutinės temperatūros paslėpti derliaus nuostoliai
2024 m. pradžioje Vageningeno universiteto tyrėjai viename komerciniame pomidorų šiltnamyje Nyderlanduose dislokavo 128 temperatūros ir drėgmės jutiklius ir stebėjo juos tris mėnesius. Rezultatai buvo stulbinantys: aplinkoje, kurią oficiali kontrolės sistema rodė kaip „visiškai stabilią“, horizontalūs temperatūros skirtumai siekė iki 5,2 °C, vertikalūs skirtumai – 7,8 °C, o drėgmė svyravo daugiau nei 40 % santykinio drėgnumo. Svarbiausia, kad šios „mikroklimato kišenės“ tiesiogiai atitiko derliaus modelius – augalai nuolat šiltesnėse zonose derėjo 34 % mažiau nei augalai idealiose zonose.
1. Trys tradicinio šiltnamių monitoringo kognityviniai spąstai
1.1 „Reprezentacinės vietos“ mitas
Daugumoje šiltnamių jutikliai kabinami 1,5–2 metrų aukštyje virš takų, tačiau šioje vietoje:

Yra toli nuo medžių lajos: temperatūra gali skirtis nuo faktinės pasėlių aplinkos 2–4 °C.
Veikia ventiliacija: Pernelyg didelė oro srauto iš įėjimų įtaka.
Kenčia nuo atsilikimo: reaguoja į aplinkos pokyčius 10–30 minučių lėčiau nei laja.
1.2 Vienodumo prielaidos žlugimas
Net ir pažangiausiuose olandiškuose „Venlo“ tipo šiltnamiuose susidaro dideli nuolydžiai dėl:
Saulės kelias: Saulėtomis popietėmis rytų ir vakarų temperatūrų skirtumas gali siekti 4–6 °C.
Karšto oro kaupimasis: aukščiausias stogo taškas gali būti 8–12 °C šiltesnis nei grindys.
Drėgmės spąstai: kampuose ir žemose vietose santykinis oro drėgnumas dažnai viršija 90 %, todėl jos tampa ligų veisimosi vieta.
1.3 Dinaminių atsakų akloji zona
Tradicinės sistemos praleidžia svarbius trumpalaikius įvykius:
Rytinės uždangos atsivėrimo šokas: per 10 minučių temperatūra gali nukristi 3–5 °C.
Mikroklimatas po laistymo: drėgmė aplink lašėjimo taškus akimirksniu pakyla iki 25–35 % RH.
Pasėlių kvėpavimo poveikis: tankūs lajų vidų sluoksniai mažina CO₂ kiekį ir popiet tampa neįprastai šilti.
2 dalis: Daugiazondinių sistemų diegimo revoliucija
2.1 Ekonomiški tinklo sprendimai (smulkiems augintojams)
Pagrindinis „Devynių kvadratų tinklelio“ išdėstymas (šiltnamiams iki 500 m²):
tekstas
Kaina: 300–800 USD | Zondai: 9–16 | Atsipirkimo laikotarpis: <8 mėnesiai Svarbiausi diegimo elementai: • Trimatis aprėptis (žemas/vidutinis/aukštas lygis) • Fokusuotas stebėjimas: kampai, įėjimai, šalia šildymo vamzdžių • Bent 2 zondai turi būti pasėlių lajos aukštyje Duomenų taikymas: • Kasdienių/savaitinių temperatūros pasiskirstymo šilumos žemėlapių generavimas • Nuolatinių probleminių zonų (pvz., nuolat didelė drėgmė) nustatymas • Vėdinimo, šildymo, šešėliavimo paleidimo/stabdymo logikos optimizavimas
2.2 Profesionalūs didelio tankio sprendimai (komercinė gamyba)
Atvejo analizė: „Kiekvieno stelažo stebėjimas“ braškių šiltnamyje (Nyderlandai, 2023 m.):
Tankis: 24 zondai, išdėstyti 100 metrų ilgio kultivavimo stove.

Išvados:

Nuolatinis 3–4 °C skirtumas tarp stovų galų lėmė 7 dienų brandos skirtumą.
Vidurinės lentynos drėgmė buvo 15–20 % didesnė nei viršutinės/apatinės, todėl pilkojo pelėsio atvejų buvo tris kartus daugiau.

Dinaminis atsakas:

Nepriklausoma vėdinimo kontrolė kiekvienoje stelažo dalyje.
Šildymas įjungiamas atsižvelgiant į faktinę vaisių zonos temperatūrą, o ne į oro temperatūrą.

Rezultatai:

Derliaus pastovumas pagerėjo 28 %.
A klasės vaisių norma padidėjo nuo 65 % iki 82 %.
Fungicidų naudojimas sumažintas 40 %.
2.3 „Klimato skulptūra“ vertikaliuose ūkiuose
Singapūro „Sky Greens“ projekto duomenys:
6 zondai išdėstyti kiekviename lygyje 12 pakopų besisukančio stovo sistemoje (iš viso 72).

Apreiškianti įžvalga:

Rotacija nevienodai maišo klimatą, bet sukelia periodinius sukrėtimus.
Augalų temperatūra per 8 valandų rotacijos ciklą svyruoja 2,5–3,5 °C.

Tikslus reguliavimas:

Skirtingiems lygiams nustatyti skirtingi temperatūros / drėgmės tikslai.
Numatomas LED šviesos intensyvumo reguliavimas pagal sukimosi fazę.

4 dalis: Kiekybinė ekonominės naudos analizė

4.1 Investicijų grąža skirtingiems pasėliams
Remiantis 23 komercinių šiltnamių Europoje duomenimis (2021–2023 m.):

Pelno sudėties analizė (pomidorų pavyzdys):

• Derliaus padidėjimo indėlis: 42 % (tiesiogiai dėl mikroklimato optimizavimo).
• Kokybės priemoka: 28 % (didesnė A klasės vaisių dalis).
• Sutaupytos sąnaudos: 18 % (tikslus vandens, trąšų, pesticidų naudojimas).
• Energijos sumažinimas: 12 % (vengiant per didelės kontrolės).

4.2 Rizikos mažinimo vertė
Ekonominės vertės kiekybinis įvertinimas ekstremalių oro sąlygų metu:

• Įspėjimas apie karščio bangą: ankstyvas „karštųjų taškų“ aptikimas tiksliniam vėsinimui, užkertant kelią vietinei karščio žalai.
  • Atvejis: 2023 m. Prancūzijos karščio banga, daugiazondiniai šiltnamių nuostoliai <500 USD/ha, palyginti su tradicinių šiltnamių vidutiniais nuostoliais 3 200 USD/ha.
• Apsauga nuo šalčio: tiksliai nustatykite šalčiausius taškus, įjunkite šildymą tik tada, kai / kur reikia.
  • Energijos taupymas: 65–80 % mažiau kuro, palyginti su viso šiltnamio šildymu.
• Ligų prevencija: ankstyvas įspėjimas apie didelės drėgmės zonas, užkertantis kelią plitimui.
  • Vertė: užkertant kelią vienam didelio masto botryčio protrūkiui, sutaupoma 1 500–4 000 USD/ha.

5 dalis: Technologinė evoliucija ir ateities tendencijos

5.1 Jutiklių technologijų proveržiai (2024–2026 m.)
1. Autonomiškai maitinami belaidžiai zondai

• Energijos išgavimas iš šviesos ir temperatūros skirtumų šiltnamio viduje.
• Olandijos bendrovės „PlantLab“ prototipas pradeda veikti nuolat.

2. „Viskas viename“ mikro zondai

• 2 cm x 2 cm modulis integruoja: temperatūrą / drėgmę, šviesą, CO₂, lakiuosius organinius junginius, lapų drėgmę.
• Tikslinė kaina: <20 USD už tašką.

3. Lankstus paskirstytas jutimas

• Tarsi „klimato jutimo plėvelė“, dengianti visą šiltnamio paviršių.
• Gali aptikti saulės spinduliuotės absorbcijos skirtumus kvadratiniame metre.

5.2 Integracija ir duomenų analizė
Skaitmeninis dvynių šiltnamis

• Susiekite realaus laiko duomenis iš šimtų zondų su 3D šiltnamio modeliu.
• Imituokite bet kokio reguliavimo (lango atidarymo, šešėliavimo, šildymo) poveikį.
• Numatyti skirtingų strategijų poveikį derliui ir kokybei.

Blokų grandinės atsekamumo gerinimas

• Išsamus kiekvienos produkcijos partijos augimo ir klimato įrašas.
• Pateikia nepakeičiamus įrodymus, kad produktai yra „klimato požiūriu sertifikuoti“.
• Aukštos klasės rinkose gali gauti 30–50 % didesnę kainą.

5.3 Pasaulinis prisitaikymas ir inovacijos
Sprendimai tropinėms, mažai išteklių turinčioms aplinkoms (Afrika, Pietryčių Azija):

• Saulės energija varomi zondai, naudojantys mobiliuosius bokštų tinklus energijai gauti.
• Pigūs „LoRa“ tinklai, apimantys 5 km atstumą.
• Svarbių įspėjimų siuntimas ūkininkams SMS žinutėmis.
• Bandomojo projekto (Kenija) rezultatai: smulkiųjų ūkininkų derlius padidėjo 35–60 %.

6 dalis: Įgyvendinimo vadovas ir klaidos, kurių reikia vengti

6.1 Laipsniško diegimo strategija
1 etapas: diagnozė (1–4 savaitės)

• Tikslas: nustatyti didžiausias problemas ir diferenciacijos zonas.
• Įranga: 16–32 nešiojamieji zondai, laikinai dislokuoti.
• Rezultatas: šilumos žemėlapiai, probleminių zonų sąrašas, prioritetinis veiksmų planas.

2 etapas: Optimizavimas (2–6 mėnesiai)

• Tikslas: išspręsti didžiausias mikroklimato problemas.
• Veiksmai: duomenimis pagrįstas vėdinimo / šešėliavimo / šildymo reguliavimas.
• Stebėjimas: Įvertinkite pagerėjimą, kiekybiškai įvertinkite naudą.

3 etapas: Automatizavimas (po 6 mėnesių)

• Tikslas: pasiekti uždaros grandinės automatinį valdymą.
• Investicijos: Nuolatinis zondų tinklas + pavaros + valdymo algoritmai.
• Integracija: Prijunkite prie esamos šiltnamio valdymo sistemos.

6.2 Dažnos klaidos ir sprendimai
1 spąstas: duomenų perkrova, nėra praktinių įžvalgų.

• Sprendimas: pradėkite nuo 3 pagrindinių rodiklių – lajos temperatūros vienodumo, vertikalaus temperatūrų skirtumo, drėgmės karštųjų taškų.
• Įrankis: automatiškai generuoti „Dienos sveikatos ataskaitą“, kurioje būtų išryškinti tik nukrypimai nuo normos.

2 klaida: neteisingas zondo išdėstymas.

• Auksinė taisyklė: zondai turėtų būti augalų lajose, o ne virš takų.
• Patikrinimas: reguliariai (kas mėnesį) patikrinkite, ar zondo padėtys nepasikeitė dėl augalų augimo.

3 spąstai: kalibravimo poslinkio nepaisymas.

• Protokolas: Kalibravimas vietoje naudojant mobilų etaloninį įrenginį kas 6 mėnesius.
• Technika: zondų tinkle naudokite kryžminį patvirtinimą, kad automatiškai pažymėtumėte anomalius zondus.

6.3 Įgūdžių ugdymas ir žinių perdavimas
Pagrindinės naujo šiltnamių techniko kompetencijos:

1. Duomenų raštingumas: šilumos žemėlapių, laiko eilučių grafikų interpretavimas.
2. Klimato diagnozė: priežasčių nustatymas pagal nenormalius modelius (pvz., rytinės pusės perkaitimas = nepakankamas šešėliavimas).
3. Sisteminis mąstymas: vėdinimo, šildymo, šešėliavimo ir drėkinimo sąveikos supratimas.
4. Pagrindinis programavimas: Galimybė reguliuoti valdymo algoritmo parametrus.

Išvada:
Daugiazondis temperatūros ir drėgmės stebėjimas atspindi ne tik technologinę pažangą, bet ir žemės ūkio filosofijos evoliuciją – nuo ​​vienodų kontrolės parametrų siekimo iki natūralaus augalų mikroaplinkos heterogeniškumo supratimo ir pagarbos; nuo reagavimo į aplinkos pokyčius iki aktyvaus kiekvieno augalo patiriamos klimato trajektorijos formavimo.
Kai galėsime kiekvienam augalui suteikti tokį klimatą, kokio jam iš tikrųjų reikia, o ne tik vidutinį šiltnamio efektą sukeliančių oro sąlygų lygį, prasidės tikroji tiksliosios žemdirbystės era. Daugiazondžiai temperatūros ir drėgmės jutikliai yra raktas į šios eros pradžią – jie leidžia mums „išgirsti“ subtilius aplinkos poreikių šnabždesius iš kiekvieno lapo ir vaisiaus ir galiausiai išmokti reaguoti remiantis duomenimis pagrįsta išmintimi.

Pilnas serverių ir programinės įrangos belaidžio modulio rinkinys, palaikantis RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN

Daugiau dujų jutiklių informacija,

prašome susisiekti su „Honde Technology Co., LTD.“

Email: info@hondetech.com

Įmonės svetainė:www.hondetechco.com

Tel.: +86-15210548582