Исследователи из Университета штата Северная Каролина (США) разработали беспроводную систему, которая использует радиопередатчики и приемники для оценки влажности почвы сельскохозяйственных полей на разных глубинах в режиме реального времени. Об этом сообщает портал Eurekalert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
«Оценка влажности почвы важна, потому что фермеры могут использовать ее для более эффективного орошения своих полей. Это одновременно сохраняет водные ресурсы и позволяет внедрять интеллектуальные сельскохозяйственные технологии, такие как автоматизированные ирригационные системы», – отмечает Усман Махмуд Хан, один из авторов новой разработки Университета штата Северная Каролина.
Новая технология, называемая бесконтактной оценкой влажности (CoMEt), не требует каких-либо подземных датчиков. Вместо этого CoMEt оценивает влажность почвы, используя так называемую «фазу» – одну из характеристик радиоволн, на которую влияет как длина волны, так и расстояние между передатчиком и приемником.
«Если мы знаем, как далеко прошел сигнал, и измеряем, как изменилась длина волны беспроводного сигнала, мы можем определить фазовый сдвиг сигнала. Это, в свою очередь, позволяет оценить количество воды в почве», – поясняет Хан.
CoMEt использует наземное беспроводное устройство, передающее радиоволны в почву. Часть радиоволн проходит через почву, прежде чем отразиться обратно в воздух, где устройство может вновь принять этот сигнал и измерить фазовый сдвиг.
Важная особенность: эта система позволяет пользователям оценивать влажность почвы на разных глубинах за счет увеличения мощности передаваемого сигнала – чем он мощнее сигнал, тем глубже производится оценка.
Мухаммед Шахзад, соавтор разработки и доцент Университета штата Северная Каролина, уточнил: «В ходе экспериментальных испытаний мы установили, что если используется достаточно мощный сигнал, чтобы проникнуть в почву на глубину до 38 сантиметров, можно оценить, как фаза сигнала менялась на уровне поверхности почвы, на максимально достигнутой глубине и на промежуточных уровнях между ними».
Это возможно благодаря тому, что устройство CoMEt содержит несколько антенн, что позволяет ему захватывать значительный объем данных от радиоволн, которые «отражаются» от почвы. Данные измерений, собранные набором антенн устройства, затем передаются на обработку к алгоритму, который отслеживает как изменения длины волны, так и глубину проникновения сигнала в почву.
Это позволяет устройству CoMEt точно оценивать изменение «модульной» фазы сигнала, что, в конечном итоге, дает пользователям оценку влажности почвы для соответствующих глубин. «Оценка влажности почвы на разных глубинах важна, поскольку фермерам часто необходимо поддерживать определенный уровень влажности именно на разных глубинах – в зависимости от типа сельхозкультур и момента, в котором они находятся в цикле выращивания урожая», – объяснил Хан.
По мнению разработчиков, устройство CoMEt можно использовать по-разному. Фермеры могут вручную перемещать его для измерения влажности почвы в различных точках поля, а также использовать CoMEt в сочетании с управляемым или автоматическим дроном для тех же целей.
Существующие технологии, которые в настоящее время используются сельхозпроизводителями для измерения влажности почвы, основаны на встроенных в землю датчиках. Однако этот подход требует размещения нескольких датчиков по всему полю (поскольку уровни влажности варьируются из-за местных особенностей системы орошения). Для больших полей производителям требуется много датчиков, что заметно сказывается на их затратах.
«Мы рассчитываем, что устройства CoMEt возможно производить примерно за те же деньги, что и точные традиционные датчики. Но там, где производителю придется закупать несколько подземных датчиков, потребуется лишь одно устройство CoMEt, чтобы собрать такое же количество информации о влажности почвы. Кроме того, установка и обслуживание подземных датчиков отнимает много времени, непросты и трудоемки. CoMEt избавляет от этих сложностей», – отметил Хан.