REZUMAT ETAPA 3 – Cercetari experimentale referitoare la eco-nanotehnologiile si echipamentele inteligente

PROIECT COMPONENT – Pr. 1

In cadrul activitatii 3.1 s-a definitivat echipamentul complex pentru determinarea proprietatilor solului si s-au facut determinari experimentale in laborator si teren. Cercetarile experimentale au constat in preluarea de date experimentale din teren cu ajutorul echipamentului de scanare care au fost prelucrate off-line cu programele de analiza si fertilizare a solului pentru generarea necesarului de nutrienti, in special azot, fosfor, poatsiu, la nivel local corelat cu coordonatele geografice ale locatiei furnizate de GPS. Prelucrarea datelor experimentale (spectre)   s-a facut si prin explorarea bazelor de date cu proprietatilor solului si a bazelor de date cu prescriptii agrotehnice.

Rezultatele experimentale au fost corelate cu determinarile de laborator Pe baza unor esantioane de sol analizate in laboratorul de chimie a solului al partenerului ICPA au fost efectuate determinari spectrale in labortaorul INMA si a fost completata baza de date cu noi inregistrari.

In cadrul activitatii 3.2 au fost definitivate urmatoarele baze de date specifice:

• Baza de date cu proprietatile solului.
• Baza de date cu prescriptii agrotehnice de fertilizare pentru diverse culturi.

Astfel, s-a completat baza de date cu proprietatile solului cu peste 100 de esantioane de sol cu informatii privind proprietatile acestora determinate in laborator chimic specializat de analiza sol si spectrele de sol corespunzatoare determinate in laborator, De asemenea, baza de date cu prescriptii agrotehnice a fost definitivata prin adaugarea de noi tabele in baza de date pentru alte culturi precum cartof, floarea soarelui, sfecla de zahar etc. Aceastea au fost introduse dupa metodologiile specifice elaborate la nivel national de catre ICPA care au fost transformate in baze de date si gestionate de programul de fertilizare. Programul de fertilizare este astfel conceput incat permite actualizarea bazei de date permitand adaugare, modificarea, actualizarea inregistrarilor si tabelelor din baze de date.

In cadrul activitatii 3.3 pentru validarea bazelor de date s-a utilizat o metodolgie de validare a datelor bazata pe validare de siruri de date experimentale si siruri de referinta.

Metodologiea de validare a unui sir care trebuie testat in raport cu un sir de referinta se bazeaza pe un program pentru calculator realizat in MATCAD.

Elementul de baza al tehnologiei este echipamentul de scanare care a fost definitivat la activitatea 3.1

Diseminarea pe scara larga a rezultatelor a fost urmatoarea: 4 articole ISI publicate, 1 articol BDI publicat, 1 studiu prospectiv si 1 cerere de brevet european de inventie.

PROIECT COMPONENT – Pr. 2

În etapa a III obiectivele au fost:

1. a) Testarea şi experimentarea ”Modulelor inteligente de achiziţie şi de control al proceselor de cartare a proprietatilor solului” în laborator şi în teren.
2. b) Cercetări experimentale referitoare la tehnologii şi echipamente inteligente integrate noi, îmbunătăţirea tehnologiilor si echipamentelor.
3. c) Validarea modelului experimental de estimare a influentei faunei de sol asupra continutului de MO din sol
4. d) Validarea componentelor pentru instalația experimentală de tip biosenzor privind monitorizarea fert-irigației la plantele legumicole (TRL 5)
5. e) Demonstrarea funcționalității instalației de tip biosenzor în condiții reale de câmp (TRL 6)
6. f) Iniţierea şi dezvoltarea de colaborări viabile cu parteneri din mediul economic public şi privat
7. g) Diseminarea rezultatelor prin organizarea unei mese rotunde (workshop), prin publicarea de articole, participarea la conferinte nationale/internationale

Rezultatele obţinute în urma activitatilor efectuate în Etapa III –a  ne-au permis sa executăm principalele echipamente ale Modulelor  inteligente de achiziţie şi de control al proceselor de cartare a proprietăţilor solului si sa le ansamblam pe platforma astfel:

1. a) Senzorul de umiditate a solului ML3ThetaProbe, producător Delta T Device UK în urma verificărilor efectuate în cadrul laboaratoarelor Centrului de Cercetare pentru Optoelectronică  din Universitatea Politehnica Bucureşti (UPB–CCO) corespunde cerinţelor proiectului pentru module.
2. b) Senzorul de pH al solului este un dispozitiv analogic de măsurare a pH-ului, proiectat compatibil cu plăci de dezvoltare bazate pe microcontrolere. Pentru funcţionarea senzorului de PH al solului a fost necesară montarea sistemului hidraulic de condiţionare a stări senzorului de pH al platformei, care permite adăugarea la proba de sol a unei cantităţi de apă, în vederea măsurării pH al solului. Senzorul achizitionat în urma verificărilor efectuate în cadrul laboaratoarelor UPB –CCO corespunde cerinţelor proiectului pentru module.
3. c) Senzorul de temperatură de tipul TermoMeterCS microprodus Micro Epsilon Germania  în urma verificărilor efectuate în cadrul laboaratoarelor UPB-CCO corespunde cerinţelor proiectului.
4. d) Spectrometrele în urma verificărilor efectuate în cadrul laboaratoarelor UPB-CCO corespund cerinţelor proiectului. Optoelectronică din Universitatea Politehnica Bucureşti si corespund cerinţelor proiectului.
5. e) Pe durata etapei III Sistemul automat electrohidraulic de reglare a adâncimii de prelevare al probei de sol care răspunde cerințelor proiectului a fost montat pe platforma tractată. Proiectul acest sistem a fost orientat spre sistemele electrohidraulice numerice integrate la nivel de actuator. Rezultatele experimentărilor şi preacordării sevomecanismului elecrohidraulic în laboratorul din cadrul Centrului de Cercetări Energetice şi de Protecţia Mediului (UPB-CCEPM), Facultatea de Energetică din Universitatea Politehnica Bucureşti corespund cerinţelor proiectului pentru module
6. f) Platforma tractată pentru montarea modulelor a fost realizată împreună cu Institutul Naţional  de Cercetare-Dezvoltare pentru Maşini şi Instalaţii destinate Agriculturii şi Industriei Alimentare (INMA) având în vedere cerinţele proiectului, cât şi experienţă acestui institute în realizarea echipamentelor pentru agricultură. S-a elaborat documentația de execuție pentru modelul experimental al platformei de cartografiere a proprietăților solului.
7. g) Sistemul de achiziţie şi procesare a datelor; a fost realizat pe o placa Raspberry Pi 3 Model B+ pe baza criteriului ecosistemului software existent pentru aceasta, a procesorului multinucleu (pentru a putea permite achiziționarea teoretică simultană a datelor de la mai mulți senzori), a posibilității bootării de pe card microSD sau stick USB (utilizat și ca mediu de stocare pe termen lung) existenței interfețelor necesare pentru controlul perifericelor digitale selectate pentru proiect (are 4 porturi USB), a componentei Wi-Fi (utilă pentru interfața cu utilizatorul și pentru a permite transmiterea datelor colectate la o sesiune de achiziție către orice fel de echipament – telefon mobil, PC) performanţe (de tip b/g/n pentru un transfer rapid al datelor colectate) precum și a suportului de tip driver industrial pentru spectrometrele miniaturizate folosite în proiect.
8. h) Implementarea software-ul de procesare a datelor şi cartarea În arhitectura proiectului și alegerea software-lui au fost prevăzute conexiuni temporare pe durata procesului de dezvoltare software pentru depanare cu tastatura+mouse USB, respectiv interfață de stocare pe termen lung (a sistemului de operare, a aplicației de achiziție și a datelor colectate). S-a avut în vedere dezvoltarea unui sistem software modular pentru achiziţia semnalelor  de la diverşi senzori.. Sistemul oferă interfețele necesare pentru configurarea dispozitivelor sursă și pentru interfațarea cu senzori.

Colectivele UPB-CCO şi UPB–CCEPM au participat la cercetările experimentale sub  coordonarea INMA Bucureşti, pentru realizarea bazei de date. Validarea modelului experimental de estimare a influentei faunei de sol asupra continutului de MO din sol. Colectivele UPB-CCO şi UPB –CCEPM au participat la cercetările experimentale sub coordonarea ICPA Bucureşti, precm şi la validarea componentelor pentru instalația experimentală de tip biosenzor privind monitorizarea fert-irigației la plantele legumicole (TRL 5) şi demonstrarea funcționalității instalației de tip biosenzor în condiții reale de câmp (TRL 6).Iniţierea şi dezvoltarea de colaborări viabile cu parteneri din mediul economic public şi privat. Această activitate a fost redusă ca urmare a situaţiei generale create de pandemie.

PROIECT COMPONENT – Pr. 3

Pentru realizarea unui management adecvat al nutrienților la nivel de fermă agricolă este recomandată efectuarea unui studiu agrochimic la un interval de 4 ani. În cadrul unui studiu agrochimic trebuiesc analizați indicatori agrochimici relevanți pentru evaluarea stării agrochimice a solului, respectiv a stării de aprovizionare cu nutrienți în vederea sabilirii dozelor de îngrășăminte și/sau amendamente recomandate pentru culturile din asolamentul fermei. În cadrul acestei etape au fost analizate probe de sol din 6 areale de testare. Au fost efectuate analize în laborator pe probele de sol recoltate pentru determinarea indicatorilor agrochimici care sunt utilizați în studiile agrochimice pentru întocmirea planurilor de fertilizare la nivel de fermă. Au fost analizate probe de sol folosind procedurile standard de laborator utilizate în metodologia clasică de elaborare a studiilor agrochimice. Au fost stabilite dozele optim economice și dozele optim tehnice de aplicare a îngrășămintelor utilizând metodologia clasică de elaborare a studiilor agrochimice. Au fost comparate dozele optime tehnice obținute folosind studiile agrochimice clasice cu cele calculate folosind eco-nano-tehnologiile și echipamentele inteligente. Analizând șirurile de date și evaluând diferența relativă între valori s-a constatat că valorile obținute cu noua tehnologie sunt apropiate de cele obținute prin metoda clasică.

PROIECT COMPONENT – Pr. 4

In conformitate cu rezultatele prevazute, in aceasta etapa obiectivul de faza al proiectului, de validare a metodologiei de lucru la scopul propus prin proiect, s-a  realizat  prin elaborarea unor procedee si studii scheme de recomandari, pentru activitatile stabilite, respectiv:

• Realizarea a două procedee, in cadrul activitatii 3.13. “Validarea modelului experimental de estimare a influentei faunei de sol asupra continutului de MO din sol”;
• Realizarea unei scheme de recomandari si unui procedeu, in cadrul activitatii 3.14. “Validarea modelului experimental de estimare a influentei fertilizarii asupra reflectantei ”
• Realizarea unei scheme de recomandari si unui procedeu pentru Activitatea 15. “Validarea modelului experimental de recunoastere a stresului hidric”;
• Intocmirea unui raport de progres pentru Act 3.16 – Organizarea metadatelor.
• Diseminarea rezultatelor preliminare – Activ. 15.“Diseminarea rezultatelor”, Indicatorii de rezultat prevazuti au fost realizati integral, cu exceptia cerererii de brevet a carei depunere se va finaliza in etapa viitoare.

PROIECT COMPONENT – Pr. 5

In cadrul etapei 3 s-au realizat urmatoarele activitati.

Activitatea 3.5.1. Validarea componentelor pentru instalația experimentală de tip biosenzor privind monitorizarea fert-irigației la plantele legumicole

Activitatea 3.5.2. Analiza principalilor parametri biochimici și fiziologici responsabili de evoluția plantelor

Activitatea 3.5.3.  Scanarea principalilor indicatori agrochimici in conditii de câmp

Proiectul urmărește studiul și proiectarea unei instalații de fertirigare, pe baza măsurării curentului creat în plantă de circulația sevei încărcată cu elemente nutritive. Instalația se referă la un biosenzor necesar pentru pornirea sau oprirea în regim automat a unei instalaţii pentru fertirigarea în agricultură a plantelor de cultură, care se bazează

Proiectul pe lângă componenta economică are și o componentă ecologică prin raționalizarea utilizării îngrășămintelor, a apei utilizată la irigat și obținerea de produse calitative (prin reducerea conținutului de metale grele și nitrați).

Sistemele horticole din spații protejate au rol considerabil de îmbunătățire a practicilor de gestionare a irigarii si fertilizării întrucât fermierii utilizează sistemele pe bază propriei experiență. Administrarea sistemelor automatizate de fertirigare pentru sere se bazează pe o estimare zilnică, întrucât sistemele fără sol trebuie să fie estimate pe o durată de oră sau chiar mai scurtă. Din punct de vedere istoric, metodele de planificare a fertirigării s-au bazat pe monitorizarea solului sau a substratului, în funcție de climă sau timp, fiecare având atât punctele forte, cât și punctele slabe. Recent, monitorizarea pe bază de plante sau instalații s-au dezvoltat indicii derivați de reflectanță, dar potențialul lor este limitat pentru estimarea ratei de irigare pentru a aplica o programare corespunzătoare a irigării. Optimizarea practicilor de irigare impune abordări diferite de irigare, bazate pe medii de seră predominante, luând în considerare relațiile plantă-apă-sol.

În plus, sistemele actuale de fertirigare, in funcție de natura utilizării soluției nutritive pot fi grupate în două categorii, sisteme care reutilizează soluția rezultată din surplusul de la drenaj (25-30%) și sisteme care nu utilizează soluția rezultată din drenajul rezultat de la fertirigare.

Indiferent de tipul de sistem utilizat, cele două tipuri de instalații sunt mari consumatoarea de energie și inputuri, deoarece trebuie sa utilizeze în exces drenajul, pentru a evita acumularea sărurilor în zona sistemului radicular.