Ученые из Университета штата Северная Каролина разработали беспроводную систему, которая использует радиопередатчики и приемники для оценки влажности почвы на сельскохозяйственных полях на разных глубинах в режиме реального времени, улучшая существующие технологии, которые можно использовать для информирования решений о методах орошения, которые одновременно улучшают урожайность и снижают потребление воды. Об этом пишет сетевое издание Android-Robot.

«Оценка влажности почвы важна, потому что фермеры могут использовать ее для более эффективного орошения своих полей — орошая поля только тогда и там, где требуется вода», — говорит Усман Махмуд Хан, первый автор статьи о работе и доктор философии, студент штата Северная Каролина. «Это одновременно сохраняет водные ресурсы и поддерживает такие вещи, как интеллектуальные сельскохозяйственные технологии, такие как автоматизированные ирригационные системы. Более того, сохранение водных ресурсов также может помочь сократить выбросы углерода, потому что меньше энергии используется для прокачки воды через ирригационную систему».

Новая технология, называемая бесконтактной оценкой влажности (CoMEt), не требует каких-либо подземных датчиков. Вместо этого CoMEt оценивает влажность почвы, используя так называемую «фазу», которая является характеристикой радиоволн, на которую влияет как длина волны радиоволн, так и расстояние между передатчиком радиоволны и приемником волны.

Беспроводные сигналы — это радиоволны, и среда, в которой проходят эти сигналы, влияет на длину волны этих радиоволн. Когда сигнал проходит через среду, такую как воздух, он будет иметь определенную длину волны. Но когда сигнал проходит через другую среду, например, почву, его длина волны меняется.

«Мы знаем, что на эти фазовые сдвиги также влияет количество воды в почве. Если мы знаем, как далеко прошел сигнал, и измеряем, как изменилась длина волны беспроводного сигнала, мы можем определить фазовый сдвиг сигнала. — говорит Хан. «Это, в свою очередь, позволяет нам оценить количество воды в почве».

CoMEt использует наземное беспроводное устройство, передающее радиоволны в почву. Часть радиоволн проходит через почву, прежде чем отразиться обратно в воздух, где беспроводное устройство может принять сигнал и измерить фазовый сдвиг. Система позволяет пользователям оценивать влажность почвы на разных глубинах за счет увеличения мощности передаваемого сигнала — чем мощнее сигнал, тем глубже оценка.

«Этот процесс позволяет нам оценивать влажность почвы на разных глубинах с помощью одного сигнала, без использования каких-либо датчиков в почве или в контакте с поверхностью земли», — говорит Мухаммед Шахзад, соавтор статьи и доцент компьютерных наук, в штате Северная Каролина. «Например, в ходе экспериментальных испытаний мы продемонстрировали, что если мы используем достаточно мощный сигнал, чтобы проникнуть в почву на глубину 38 сантиметров, мы можем оценить, как фаза сигнала изменилась на уровне поверхности почвы, на глубине 38 сантиметров. под поверхностью и на промежуточном уровне между этими двумя».

Это возможно, потому что устройство CoMEt содержит несколько антенн, что позволяет ему захватывать значительный объем данных от радиоволн, которые «отражаются» от почвы. Измерения, собранные набором антенн устройства, затем подключаются к алгоритму, который может определить, как изменения длины волны сигнала, так и глубину проникновения сигнала в почву. Это позволяет устройству CoMEt точно оценивать изменение фазы сигнала, что, в свою очередь, дает пользователям оценку влажности почвы для соответствующих глубин.

«Оценка влажности почвы на разных глубинах важна, потому что фермерам часто необходимо поддерживать определенный уровень влажности на разных глубинах в зависимости от культуры и того, где они находятся в цикле урожая», — объясняет Хан.

«Мы считаем, что CoMEt можно использовать по-разному», — говорит Шахзад. «Фермеры могут вручную перемещать устройство CoMEt для измерения влажности почвы в различных точках поля; они могут использовать CoMEt в сочетании с управляемым вручную дроном для оценки влажности почвы; или они могут использовать CoMEt с автоматическим дроном, который пролетает над землей по определенной схеме. поле."

Технологии, которые в настоящее время используются производителями для измерения влажности почвы, основаны на встроенных в землю датчиках. Однако этот подход требует от фермеров размещения нескольких датчиков по всему полю для регистрации уровней влажности, поскольку уровни влажности варьируются из-за различий в дренаже, близости к оросительным линиям и т. д. Для больших полей производителям требуется много датчиков, а это дорого обходится.

«Мы думаем, что было бы возможно производить устройства CoMEt примерно за те же деньги, что и точный подземный датчик», — говорит Хан. «Но там, где производителю потребуется только одно устройство CoMEt, ему придется купить довольно много датчиков в земле, чтобы собрать такое же количество информации о влажности почвы. Короче говоря, мы считаем, что CoMEt будет значительно более рентабельным. Более того, установка и обслуживание подземных датчиков отнимает много времени и неудобна. А CoMEt не требует ни того, ни другого».

«На данный момент мы ищем отраслевых партнеров, чтобы изучить, как мы можем передать эту технологию в руки производителей, которые смогут ее использовать», — говорит Шахзад.