_ Încălzire ciber-fizică sistemul poate proteja florile de măr din livezi

Înghețurile de primăvară pot avea efecte devastatoare asupra producției de mere, iar o climă care se încălzește poate determina copacii să înflorească timpuriu, făcându-i mai susceptibili la efectele dăunătoare ale evenimentelor de frig extrem. Încercările cultivatorilor de a preveni înghețarea florilor prin încercarea de a încălzi copertinele livezilor lor au fost în mare parte ineficiente.

Pentru a face față problemei care se agravează, cercetătorii Penn State au conceput un sistem ciber-fizic de protecție împotriva înghețului care face decizii de încălzire bazate pe date în timp real de temperatură și direcția vântului. Sistemul constă dintr-un dispozitiv de detectare a temperaturii, un încălzitor alimentat cu propan care își ajustează direcția și unghiul în mod automat în funcție de direcția vântului și un vehicul la sol fără pilot pentru a deplasa sistemul de încălzire printr-o livadă de meri.

Recent. publicate în Computers and Electronics in Agriculture, rezultatele arată că sistemul ciber-fizic de protecție împotriva înghețului a redus considerabil daunele aduse mugurilor de măr în două teste efectuate la temperaturi scăzute. În comparație cu secțiuni similare de livezi neprotejate din apropiere, instalarea sistemului ciber-fizic de protecție împotriva înghețului într-un test a dublat timpul de protecție în zona de testare și aproape a triplat timpul în altul.

Aplicarea căldurii. este una dintre cele mai eficiente metode de a preveni deteriorarea mugurilor florilor de măr, cu toate acestea, cultivatorii se chinuie să stabilească când și unde să aplice căldură în livezile lor, potrivit cercetătorului Long He, profesor asistent de inginerie agricolă și biologică, care este autorul corespondent al studiului. . Adesea, ei nu au forță de muncă disponibilă pentru a realiza încălzirea, a spus el, ceea ce duce fie la scăderea recoltelor de mere, fie la risipa de energie.

Cultivatorii știu că mugurii de flori de măr pot fi deteriorați atunci când temperatura scade sub 30°C. °F, dar sunt descurajați să ia măsuri active de protecție, deoarece vântul poate face eforturile de încălzire ineficiente.

„Vântul este adesea tratat ca un factor incontrolabil atunci când cultivatorii implementează sarcini de încălzire în livezi, deoarece afectează foarte mult performanța de încălzire. ," El a spus. „Pentru a depăși provocările cu care se confruntă cultivatorii, am dezvoltat un sistem capabil să monitorizeze mediul și să întreprindă acțiuni ca răspuns la datele monitorizate, folosind senzori de temperatură și vânt pentru a percepe schimbările de mediu și apoi a lua deciziile corespunzătoare de încălzire.”

Acest studiu, care a avut loc la Centrul de Cercetare Agricolă Russell E. Larson din Penn State, a fost doar cel mai recent realizat de grupul de cercetare axat pe agricultura inteligentă din Departamentul de Inginerie Agricolă și Biologică. Primul autor Weiyun Hua, un asistent absolvent, a determinat mai întâi modelele de transfer de căldură într-o livadă de meri, utilizând imagini capturate de o cameră termică pe bază de dronă aeriană și un model numeric validat.

Ea a încorporat apoi descoperirile anterioare. a publicat o cercetare, realizată de grupul care a creat un algoritm pentru a identifica etapele florii de măr și a dezvoltat o hartă a temperaturii de deteriorare critică care a fost realizată folosind o cameră aeriană bazată pe dronă. Această cercetare a folosit și o cameră de imagine termică bazată pe drone pentru a determina o hartă a temperaturii, care a fost folosită pentru a genera o hartă a cererii de căldură. Hua a folosit toate aceste informații pentru a planifica traseul vehiculului terestre fără pilot pentru a îndeplini sarcinile de încălzire.

Costul total al echipamentului utilizat pentru construirea unității de testare în acest studiu a fost de aproximativ 5.000 USD, a remarcat Hua, incluzând în principal vehicul pentru 4.500 de dolari, încălzitorul pentru 200 de dolari și microcalculatoare pentru 100 de dolari.

„În mare parte, piesele erau disponibile de pe raft”, a spus ea. „Vehiculul terestre fără pilot este o mașină de tuns iarba electrică, cu scaunul și platforma de tuns iarbă scoase și comenzile autonome instalate. Încălzitorul pe care l-am folosit a fost un încălzitor comercial, dar nu era un încălzitor de livadă, era un încălzitor de spațiu interior. Deci, Fabricația pe care am făcut-o a fost în primul rând modificarea componentelor mici pentru a lega sistemul împreună.”

Un aspect deosebit de inovator al sistemului a fost componenta concepută de Hua pentru a roti și regla automat încălzitorul. Cercetătorii au aflat din modelul numeric dezvoltat că trebuie să aplice căldură împotriva direcției vântului de fundal pentru a reduce pierderile de încălzire din livadă. Iar cercetările anterioare au arătat că un unghi de 15 grade – îndreptând aproximativ către cele două de pe cadranul unui ceas – între priza de încălzire și rândul de copaci asigura o utilizare maximă a energiei.

„Am vrut să ne asigurăm că temperaturile aerului au depășit acele temperaturi critice dăunătoare pentru florile de măr”, a spus Hua. „Dacă încălzitorul este îndreptat într-o direcție în care curge odată cu vântul, căldura se mișcă din livadă foarte repede. Dar dacă o rotim – astfel încât să fie orientată mai mult în vânt – atunci căldura se distribuie mai larg.”

Membrul echipei de cercetare Paul Heinemann, profesor de inginerie agricolă și biologică la Colegiul de Științe Agricole, a remarcat că sunt necesare mai multe cercetări pentru a propulsa această tehnologie pe piață și a o pune la dispoziție cultivatorilor de mere. Dar el a spus că crede că acest studiu arată o dovadă a conceptului și demonstrează ceea ce este posibil.

„Unul dintre lucrurile pe care le-am obținut din acest proiect este că, dacă ai avea o livadă foarte mare, ai putea avea cale- planificare care implică mai multe unități cu mai multe încălzitoare care rulează între rândurile de copaci ghidate de o dronă aeriană care monitorizează temperaturile baldachinului", a spus el.

"Drona aeriană ar trimite un semnal către un vehicul cu unitate de încălzire care spune: " conduci până aici, pentru că acolo se face prea frig.” Și apoi ar putea spune unei alte unități de încălzire să meargă în alt loc. Din modele, știm câtă căldură trebuie introdusă acolo și cât timp va dura până se răcește din nou.”

Aceasta ar asigura că nu există conflicte, împiedicând două unități să meargă la în același loc, a adăugat Heinemann.

„Această cercetare arată că putem îmbunătăți eficiența utilizării mai multor încălzitoare în jurul unei livezi, folosind mai puțină energie pentru a încălzi, dar asigurându-ne că atingem toate punctele reci”, a spus el. spus.

(Fluierul)