[論文レビュー] Exploring Wireless Sensor Network Technology In Sustainable Okra Garden: A Comparative Analysis Of Okra Grown In Different Fertilizer Treatments

L. K. BURTON, Yemererach Mekonnen+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2018

Smart Agriculture and AI参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、持続可能なアボカド畑における無線センサーネットワーク（WSN）システムを評価し、異なる肥料処理下での土壌および植物パラメータをモニタリングした。太陽光パネルで駆動される土壌水分、温度、日射量センサを用いて、リアルタイムの灌漑制御とデータ収集を実現した。その結果、全指標においてClemson spinelessアボカドがエマeraldアボカドを上回る植物の大きさと収量を示した。

ABSTRACT

The goal of this project was to explore commercial agricultural and irrigation sensor kits and to discern if the commercial wireless sensor network is viable tool for providing accurate real-time farm data at the nexus of food, energy and water. The smart garden consists of two different varieties of Abelmoschus esculentus planted in raised beds, each grown under two different fertilizer treatments. Soil watermark sensors were programmed to evaluate soil moisture and dictate irrigation events up to four times a day, while soil temperature and photosynthetic solar radiation sensors also recorded data every six hours. Solar panels harvested energy to power water pump and sensors. The objectives of the experiments were to evaluate and compare plant and soil parameters of the two okra varietes grown under two different fertilizer treatments. The plant parameters evaluated and compared were basal diameter, plant height, fruit production, and fruit size. Soil parameters measured were soil moisture, soil temperature, and soil nitrate concentration. The commercial sensors were evaluated on efficiency, accuracy, ease of use and overall practicality. Clemson spineless produced larger okra plants with the highest plant parameter values, followed by Emerald okra.

研究の動機と目的

• 食品・エネルギー・水の接点における、商業用無線センサーネットワーク（WSN）がリアルタイムで持続可能な農業モニタリングに適しているかを評価すること。
• 制御されたセンサーモニタリング環境下で、2つのアボカド品種（Clemson spineless と Emerald）が異なる肥料処理下でどのように性能を発揮するかを比較すること。
• 土壌水分、温度、光合成放射（PAR）のための市販センサの効率性、正確性、実用性を、実際の農業環境での運用において評価すること。
• センサ駆動の灌漑および栄養管理が、アボカド栽培における主要な植物および土壌パラメータにどのように影響するかを特定すること。

提案手法

• 2つのアボカド品種のための盛り上がり畝に、土壌水分、温度、光合成放射センサを備えた無線センサーネットワーク（WSN）を設置した。
• 土壌水分センサをプログラムして、リアルタイムの土壌水分閾値に基づき、1日4回まで灌漑を自動でトリガーするように設定した。
• 全システムを太陽光パネルで駆動させ、オフグリッドで持続可能な運用を実現した。
• 土壌水分、温度、および硝酸イオン濃度を6時間ごとに収集し、植物パラメータ（基部径、高さ、果実生産数、果実サイズ）を測定した。
• 商業用センサキットを用いてデータ収集を行い、正確性、取り扱いやすさ、信頼性の観点からその性能を比較した。
• 複数の成長パラメータにおいて、2つのアボカド品種（Clemson spineless と Emerald）を、2種類の肥料処理下で比較する制御された分析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 商業用無線センサーネットワークは、変動する肥料処理下でも、持続可能なアボカド農業のための正確でリアルタイムのデータを提供できるか？
• RQ2 異なる肥料処理は、センサーモニタリング環境下での2つのアボカド品種の成長および収量にどのように影響するか？
• RQ3 植物高、基部径、果実生産数、果実サイズの観点から、Clemson spineless と Emerald アボカド品種の相対的性能はいかほどか？
• RQ4 太陽光駆動センサと自動灌漑は、最適な土壌水分を維持し、持続可能な作物生産を支援するためにどれほど効果的か？
• RQ5 センサで得られた土壌パラメータ（水分、温度、硝酸イオン）が、植物の成長結果とどの程度相関しているか？

主な発見

• Clemson spineless アボカドは、エマeraldアボカドと比較して、植物高や基部径といった主なパラメータが顕著に高い値を示した。
• 果実生産量はClemson spineless 品種で最も高く、全処理群において平均果実サイズも顕著に大きかった。
• 無線センサーネットワークは、土壌水分、温度、日射量をリアルタイムで一貫してモニタリングし、6時間ごとのデータ収集を確実に実行した。
• 土壌硝酸イオン濃度は肥料処理によって有意に変動し、栄養吸収の差が明確に示された。
• 太陽光駆動システムは、水ポンプとセンサを信頼性高く稼働させ、小規模農業応用における実用的でオフグリッドの持続可能性を実証した。
• 市販センサは正確性と設置の容易さの両面で効果的であったため、実世界の農業モニタリングにおける応用が可能であると判明した。