Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een draadloos systeem ontwikkeld dat gebruikmaakt van radiozenders en -ontvangers om het bodemvocht in landbouwvelden op meerdere diepten in realtime te schatten. waterverbruik.

"Het inschatten van bodemvocht is belangrijk omdat het door telers kan worden gebruikt om hun velden efficiënter te irrigeren - alleen velden irrigeren wanneer en waar het water nodig is", zegt Usman Mahmood Khan, eerste auteur van een paper over het werk en een doctoraat. . student aan NC State. "Dit bespaart zowel waterbronnen als zaken als slimme landbouwtechnologieën, zoals geautomatiseerde irrigatiesystemen. Bovendien kan het besparen van waterbronnen ook helpen de CO2-uitstoot te verminderen, omdat er minder energie wordt gebruikt om water door het irrigatiesysteem te pompen."

De nieuwe technologie, Contactless Moisture Estimation (CoMEt) genaamd, vereist geen sensoren in de grond. In plaats daarvan beoordeelt CoMEt het bodemvocht met behulp van iets dat "fase" wordt genoemd, wat een kenmerk is van radiogolven dat wordt beïnvloed door zowel de golflengte van de radiogolven als de afstand tussen de zender van de radiogolf en de ontvanger van de golf.

Draadloze signalen zijn radiogolven en het medium waar deze signalen doorheen reizen beïnvloedt de golflengte van die radiogolven. Wanneer het signaal door een medium zoals lucht reist, heeft het een specifieke golflengte. Maar wanneer het signaal door een ander medium reist, zoals aarde, verandert de golflengte ervan.

"We weten dat deze faseverschuivingen ook worden beïnvloed door de hoeveelheid water in de bodem. Als we weten hoe ver het signaal is gereisd en we meten hoe de golflengte van een draadloos signaal is veranderd, kunnen we de faseverschuiving van het signaal bepalen. ' zegt Khan. "Dit stelt ons op zijn beurt in staat om de hoeveelheid water in de bodem in te schatten."

CoMEt vertrouwt op een bovengronds draadloos apparaat dat radiogolven in de bodem uitzendt. Een deel van de radiogolven gaat door de grond voordat ze weer in de lucht worden gereflecteerd, waar het draadloze apparaat het signaal kan ontvangen en de faseverschuiving kan meten. Met het systeem kunnen gebruikers bodemvocht op meerdere diepten beoordelen door het vermogen van het verzonden signaal te vergroten - hoe krachtiger het signaal, hoe dieper de beoordeling.

"Dit proces stelt ons in staat om bodemvocht op meerdere diepten te beoordelen met behulp van een enkel signaal, zonder gebruik te maken van sensoren in de bodem of in contact met het grondoppervlak", zegt Muhammad Shahzad, co-auteur van het artikel en een universitair hoofddocent informatica. bij NC State. "We hebben bijvoorbeeld in experimentele tests aangetoond dat als we een signaal gebruiken dat krachtig genoeg is om 38 centimeter in de grond door te dringen, we in staat zijn om te beoordelen hoe de fase van het signaal veranderde op het oppervlakteniveau van de grond, 38 centimeter onder de oppervlakte, en op een tussenliggend niveau tussen die twee."

Dit is mogelijk omdat het CoMEt-apparaat meerdere antennes bevat, waardoor het een aanzienlijke hoeveelheid gegevens kan vastleggen van de radiogolven die uit de grond "stuiteren". De metingen die door de antennes van het apparaat worden verzameld, worden vervolgens aangesloten op een algoritme dat zowel veranderingen in de golflengte van het signaal kan bepalen als hoe diep het signaal de grond in is gegaan. Hierdoor kan het CoMEt-apparaat de faseverandering van het signaal nauwkeurig beoordelen, wat op zijn beurt gebruikers een schatting van het bodemvocht geeft voor de relevante diepten.

"Het is belangrijk om het bodemvocht op meerdere diepten in te schatten, omdat boeren vaak bepaalde vochtniveaus op verschillende diepten moeten handhaven, afhankelijk van het gewas en waar ze zich in de gewascyclus bevinden", legt Khan uit.

"We denken dat CoMEt op meerdere manieren kan worden gebruikt", zegt Shahzad. "Telers kunnen het CoMEt-apparaat handmatig verplaatsen om het bodemvocht op verschillende punten in het veld te meten; ze kunnen CoMEt gebruiken in combinatie met een handmatig bediende drone om het bodemvocht te beoordelen, of ze kunnen CoMEt gebruiken met een geautomatiseerde drone die een bepaald patroon over het veld."

Technologieën die momenteel door telers worden gebruikt om bodemvocht te meten, zijn afhankelijk van sensoren in de grond. Deze benadering vereist echter dat boeren meerdere sensoren rond het veld plaatsen om het vochtgehalte te registreren, aangezien het vochtgehalte varieert als gevolg van verschillen in drainage, de nabijheid van irrigatielijnen, enzovoort. Voor grote velden hebben telers veel sensoren nodig, en dat wordt duur.

"We denken dat het mogelijk zou zijn om CoMEt-apparaten te maken voor ongeveer hetzelfde geld als een nauwkeurige grondsensor", zegt Khan. "But where a grower would only need one CoMEt device, they would have to buy quite a few in-ground sensors to collect the same amount of information on soil moisture. In short, we think CoMEt would be significantly more cost effective.

"What's more, installation and maintenance of in-ground sensors is time-consuming and inconvenient. And CoMEt requires neither."

"At this point, we're looking for industry partners to explore how we can get this technology into the hands of growers who will be able to make use of it," Shahzad says.

The paper, "Estimating Soil Moisture using RF Signals," will be presented at the 28th Annual International Conference On Mobile Computing And Networking (ACM MobiCom), being held Oct. 17–21 in Sydney, Australia. + Verder verkennen

Farmers can save water with wireless technologies, but there are challenges, like transmitting data through mud