FruitApp - system do zarządzania sadem

Przedmiotowy projekt przewiduje zastosowanie rozwiązań zaawansowanych technologicznie służących automatyzacji realizacji decyzji podejmowanych na podstawie zebranych danych i powiązanych z procesem analityczny (dążenie do analizy danych przechodzącej płynnie w decyzje, a następnie ich realizację będzie możliwe przy zastosowaniu nowoczesnych rozwiązań technicznych, dotychczas niedostępnych w sadownictwie).

W obecnej praktyce pielęgnacji sadów, szczególnie w większych areałach, spływ różnych informacji do rolnika wymusza ich porównywanie ew. dłuższe konsultacje z specjalistami, w dalszej kolejności dobór środków lub działań ochronnych i ich zastosowanie – czas, który upływa od pojawienia się informacji do zastosowania praktycznych działań jest długi a w efekcie część działań tak podjętych może być nieskuteczna.

Planowane rezultaty podjętej operacji to integracja danych uprawowych w jednym rozwiązaniu informatycznym, opracowanie i wdrożenie prototypowego rozwiązania opartego na bezzałogowym statku powietrznym umożliwiającym dozowanie w sadzie środków mikrobiologicznych.

Współczesne sadownictwo podobnie, jak rolnictwo zmierza w kierunku tzw. „sadownictwa precyzyjnego”, wykorzystującego szeroki wachlarz cyfrowych rozwiązań. Coraz częściej sadownicy zmagają się z rosnącymi kosztami zarówno w kwestii zatrudnienia, środków niezbędnych w uprawie, wykorzystywanego sprzętu jak i urządzeń. Sadownikom często brakuje dedykowanych narzędzi do planowania działań sadowniczych, co może obniżać efektywność ich pracy.

Zastosowanie nowych technologii i innowacyjnych rozwiązań umożliwiają ograniczenie wyzwań związanych z wymienionymi wyżej problemami. Odpowiedzią na to jest wdrażanie automatycznych rozwiązań we wszelkich działaniach sadowniczych. Niezwykle przydatne są wszelkie aplikacje ostrzegające przed nagłymi zmianami pogody (ulewy/ nawałnice/ gradobicia, susze), systemy i aplikacje umożliwiające sterowanie nawadnianiem na podstawie wyników z pomiarów glebowych czy też aplikacje do monitorowania i ostrzegania o zainfekowaniu roślin przez szkodniki.

Coraz częściej w sadownictwie znajdują zastosowanie technologie z zakresu tzw. Internetu rzeczy, Bezzałogowe Statki Powietrzne (BSP) oraz pomiary teledetekcyjne. Wraz z liczbą dostępnych aplikacji pojawiają się również wyzwania związane z gromadzeniem dużej ilości danych, z odpowiednią analizą informacji pobieranych z różnych źródeł i w konsekwencji wyciągnięcie odpowiednich wniosków dotyczących konieczności przeprowadzenia konkretnego działania w sadzie. Złotym środkiem odpowiadającym na potrzeby sadowników, a jednocześnie eliminacją dezorientacji sadowników spowodowanej mnogością dostępnych aplikacji i spływających z nich danych jest opracowanie i stworzenie jednego narzędzia integrującego wiele dostępnych rozwiązań. To wyzwania w zakresie procesu decyzyjnego i integracji danych.

Działania podejmowane w ramach projektu

Projekt obejmuje opracowanie i wdrożenie narzędzia opartego na integracji rozwiązań wykorzystywanych w sadownictwie. Będzie to narzędzie do maszynowego klasyfikowania i wnioskowania na podstawie danych wejściowych. System będzie posiadał zdolność pracy z sensorami w ramach jednego interfejsu. Źródłem danych meteorologicznych będą stacje meteorologiczne i czujniki zamontowane w obrębie sadu. Źródłem danych multispektralnych będą kamery zamontowane na BSP (bezzałogowy statek powietrzny).

• Przeprowadzone zostaną naloty fotogrametryczne. Dane wejściowe przejdą klasyfikację maszynową na wytrenowanych modelach. Efektem pracy klasyfikatorów będzie zbiór wniosków przedstawianych do oceny użytkownikowi końcowemu.
• Zostaną przeprowadzone pomiary glebowe. Zostaną pozyskane charakterystyki glebowe, wartości stężeń środków ochrony roślin zarówno w glebie, jak i w liściach i jabłkach.
• Komunikacja między sensorami terenowymi będzie mogła być zapewniona przez lokalny sprzętowy watch-dog, lub zewnętrzny serwer. Archiwizacja, przetwarzanie maszynowe danych wejściowych przebiegać będzie na wydzielonych serwerach infrastruktury obliczeniowej.
• Prezentacja danych wejściowych, wyników pracy systemu, notatek użytkownika, zostanie zapewniona w formie aplikacji webowej zgodnej z analizą hierarchii potrzeb użytkownika końcowego. 
• Operacja będzie składała się z 3 etapów: opracowanie koncepcji, prototypów i wdrożenie gotowej aplikacji.
• Projekt obejmie tereny sadów. W sadach będą założone stacje meteorologiczne i czujniki monitorujące stan sadu. Pozostałe obszary wskazane podczas operacji będą wykorzystane jako obszary testowe do trenowania modeli uczenia maszynowego w celu zapewnienia reprezentatywnej próby do modelowania warunków w sadzie na podstawie zobrazowań multispektralnych.

Główne korzyści z realizacji projektu

Korzyści z planowanej operacji obejmują przede wszystkim:

• Opracowanie i wdrożenie zestawu algorytmów do przetwarzania danych teledetekcyjnych w formacie zapewniającym implementację w aplikacji.
• Opracowanie i wdrożenie prototypu kapsuły do zrzucania mikrokapsułek biologicznych z bezzałogowych statków powietrznych wraz z prototypem aplikacji do zarządzania zrzucaniem mikrokapsułek biologicznych.
• Opracowanie i wdrożenie aplikacji sadowniczej. Przewiduje się opracowanie i wdrożenie do wykorzystania w sadach towarowych prototypu bezzałogowego statku powietrznego (BSP) zintegrowanego z modułem do zrzutu kapsuł ze środkami mikrobiologicznymi. 

Po realizacji operacji przewidziano dokonanie zgłoszenia patentowego w zakresie opracowanej i wdrożonej aplikacji.
Efekty projektu skupiają się na prowadzeniu towarowych sadów owocowych - automatyzacji procesu zbierania informacji i procesu decyzyjnego w oparciu o dane zbierane przez BSP dotyczące kondycji pojedynczych drzew/roślin, przetwarzania danych i wskazanie miejsc wymagających zabiegów agrotechnicznych np. dodatkowego nawożenia lub ochrony przed szkodnikami.    

Streszczenie praktyki

Każde z gospodarstw, które zdecyduje się na skorzystanie z proponowanego produktu uzyska dostęp do wszechstronnego narzędzia, które do tej pory nie występowało na rynku. Dzięki szerokiemu zastosowaniu różnorodnych rozwiązań możliwe stanie się monitorowanie i kształtowanie w zrównoważony sposób produkcji w poszczególnych gospodarstwach, co doprowadzi do zminimalizowania strat pod względem ilościowym, jak również jakościowym w odniesieniu do gleby i owoców. Pomoże również realnie wpłynąć na niskoemisyjność, w sposób dwutorowy, zarówno pod względem ograniczenia ilości stosowanych pestycydów, jak i również zmniejszenia wykorzystywanych paliw niezbędnych w trakcie wykonywania prac polowych.

Dodatkowe informacje

W obecnej praktyce pielęgnacji sadów, szczególnie w większych areałach, spływ różnych informacji do rolnika wymusza ich porównywanie ew. dłuższe konsultacje ze specjalistami, w dalszej kolejności dobór środków lub działań ochronnych i ich zastosowanie – czas, który upływa od pojawienia się informacji do zastosowania praktycznych działań jest długi a w efekcie część działań tak podjętych może być nieskuteczna.