Korištenje 5G tehnologije u zaštićenim prostorima

Sve češće korištenje koncepta IoT (eng. Internet of Things) u proizvodnji u zaštićenim prostorima je sa sigurnošću postao trend u poljoprivredi. Današnji cilj je povećati kvalitetu i količinu prinosa. IoT se odnosi na koncept bežičnog povezivanja različitih senzora i uređaja uz korištenje mogućnosti interneta.

U zaštićenim prostorima internetski sustav kontinuirano prati i automatizira uređaje koji aktivno pomažu kod uzgoja različitih poljoprivrednih kultura. Najčešći sustav zaštićenih prostora nadzire klimatske uvjete kao što su temperatura, svjetlost, vlaga i vlažnost tla koristeći senzore te bežičnom mrežom šalje podatke u oblak (eng. cloud). U automatskim sustavima nadzora, korektivne mjere poduzimaju se na temelju trenutnih mjernih podataka. Novi sustavi, mogu poduzimati nezavisne radnje upravljane podacima i time smanjiti ljudske intervencije i rad na poboljšanju biljne proizvodnje. Instalacije za grijanje, hlađenje, osvjetljenje i ostalo kontrolira se računalom koje omogućuje maksimalnu učinkovitost upotrebljavajući algoritme i sustave umjetne inteligencije (AI).

Poljoprivreda 4.0

Poljoprivreda 4.0 podrazumijeva razvoj precizne poljoprivrede. Odnosi se na sve radnje koje se provode u poljoprivredi temeljene na preciznoj i točnoj analizi podataka i informacija prikupljenih i prenesenih putem napredne tehnologije i dostupnih alata u realnome vremenu. Alati i strategija koja omogućuje istovremeno korištenje niza digitalnih 4.0 tehnologija, zauzvrat omogućuje automatsko prikupljanje, integraciju i analizu podataka prikupljenih s terena i od senzora. Cilj ovih tehnologija je ponuditi opsežnu i preciznu podršku poljoprivrednicima u procesu donošenja odluka vezanih za njihovu djelatnost i odnos s drugim stranama u lancu opskrbe.

Konačni cilj poljoprivrede 4.0 je povećati ekonomsku, ekološku pa i društvenu održivost – kao i profitabilnost te isplativost poljoprivrednih procesa. Poljoprivreda 4.0 odnosi se na korištenje velikih količina podataka, umjetne inteligencije (AI) i robotike za proširenje, ubrzanje i povećanje učinkovitosti aktivnosti koje utječu na cijeli proizvodni lanac. Upotreba novih načela temeljenih na principu poljoprivrede 4.0 uz korištenje bežičnih senzorskih mreža je postala stvarnost. Sve više se koriste bežični prijenosi podataka te se razvijaju nove mrežne tehnologije. Trenutno sve aktualnija je 5G mrežna tehnologija.

Bežične senzorske mreže

Upotreba bežičnih senzorskih mreža u poljoprivredi jedna je od najvažnijih tehnologija ovog vremena. Brzim razvojem informatičkog sektora i robotike omogućena je proizvodnja velikog broj senzora koji služe za prikupljanje i obradu podataka zvanih „Big data“. Mogućnosti bežičnih senzorskih mreža su raznolike od nadgledanja šumskih požara, do monitoringa razine šećera u krvi čovjeka, pa sve do upotrebe u poljoprivredi. Svojim djelovanjem na čovjeka i njegovu okolinu, može se reći da su senzorske mreže napravile revoluciju u tome kako i na koji način promatramo i djelujemo na svijet oko sebe.

Senzorske mreže svakako predstavljaju veliko dostignuće čovječanstva i otvaraju neslućene mogućnosti upotrebe. Jedna od tih mogućnosti je kod upotrebe 5G mreže i komunikacija preko bežičnih senzorskih mreža. U današnje vrijeme 5G tehnologija „zahvaća“ sve više država. Tako se počinje aktivno primjenjivati u svim sektorima pa tako i u poljoprivredi. Prema nekim stručnjacima, 5G je trenutno oko 20 puta brži od brzina koje je nudio 4G. Ono što čini glavnu razliku u usporedbi ove dvije mreže je njihov odaziv (latencija) i veličina. U njoj, očito, prednjači 5G.

5G tehnologija ima veću veličinu propusnosti (engl. bandwidth) koja iznosi između 30GHz i 300GHz, podržavajući tako više tehnologija i više uređaja. 5G je tako postao osnovni zahtjev za postavljanje IoT (engl. Internet of Things) uređaja te je potreban za pametne gradove, pametne farme te industrije koje rade s novim tehnologijama.

Prednosti/nedostaci 5G tehnologije

Brojnim istraživanjima je dokazano da je tehnologija 5G znatno brža nego 4G, te se može zaključiti kako će produktivnost biti znatno veća na svim uređajima koji koriste novu tehnologiju. Propusnost za 5G je veća te se brže preuzimaju podaci dok korisnici mogu pokretati složenije aplikacije za mobilni internet. Glavni nedostatak kad se promatra 5G mreža je njegova skupa implementacija, jer kroz skorije vrijeme u novije mobitele vjerojatno će biti ugrađen 5G, pa će se tako stariji uređaji smatrati tehnološki zastarjelima. Manji privremeni nedostatak je mogući kod pojave rizika od prenapučenosti frekvencijskog opsega, što rezultira nemogućnosti pristupanja 5G mreži na određenim područjima.

5G u preciznoj poljoprivredi

Za uspješan razvoj precizne poljoprivrede nužno je opremiti i „osuvremeniti“ poljoprivrednu tehniku i to na način da se poveže s 5G mrežom. Sve brži razvoj umjetne inteligencije može se zahvaliti povećanju računalne tehnike i prikupljanja podataka (eng. Big data). Korištenjem 5G mreže na poljoprivrednim strojevima uz upotrebu senzora uvelike će povećati količinu dostupnih podataka, što znači da umjetna inteligencija može pravilno funkcionirati i donositi svoje benefite. Do sada su se poljoprivredna gospodarstva koordinirala temeljem iskustva i stečenog znanja, dok sadašnja umjetna inteligencija može uočiti razne „obrasce“ koje je potrebno usavršiti kako bi se omogućilo poboljšanje prinosa poput davanja upozorenja na razinu bolesti u zaštićenim prostorima.

Mnoga gospodarstva čiji je pristup optičkim uređajima preskup, imat će širokopojasni pristup internetu putem 5G. Strojevi i oprema u staklenicima te plastenicima na bilo kojem mjestu mogu se uključiti u mrežu. Razvija se širok raspon novih tehnologija, poput kontrole navodnjavanja, suzbijanja korova, senzora te malih autonomnih vozila za monitoring biljne proizvodnje u zaštićenim prostorima. Sve nabrojano ima koristi od brzog prijenosa podataka. 5G tehnologija nesumnjivo će biti važna kako bi poljoprivredna proizvodnja bila učinkovitija i održivija, kako bi se odgovorilo na glavne aktualne izazove.

Dijelovi sustava za rad u 5G mreži

Za jedan moderan i automatizirani sustav nužno je povezati sve senzore na upravljačku jedinicu ili mikrokontroler te ga dalje programirati u određenom programskom jeziku, kako bi se dalje isti mogao upravljati pomoću web aplikacije te kako bi se u potpunosti mogle iskoristiti prednosti 5G tehnologije. Trenutno u poljoprivredi jedan od najpristupačnijih i ujedno iznimno povoljnih načina upravljanja sustavom je putem platforme Arduino. Arduino je open-source platforma otvorenog koda temeljena na jednostavnoj razvojnoj pločici s ulazno/izlaznim pinovima i jednostavnim korisničkim sučeljem. Poznatija platforma je Arduino Uno, to je pločica koja se koristi ATmega328P2 mikrokontrolerom. Arduino programsko sučelje (IDE) omogućuje pisanje programa i njihovo prenošenje na Arduino ploču. Sadrži uređivač teksta za pisanje koda, područje za poruke, tekstnu konzolu, alatnu traku s gumbima za uobičajene funkcije i niz izbornika. Programi pisani pomoću Arduino Software (IDE) nazivaju se skice. Skice napisane u uređivaču teksta spremaju se uz nastavak „.ino“.

Osim platforme, postoje niz senzora koji se mogu spojiti i koristiti na arduino platformi poput senzora za mjerenje temperature, tlaka, vode i vlage, svjetlosti, položaja i blizine, plinova i kvalitete zraka, napona, mase i slično. Jedan od čestih senzora koji se postavlja u zaštićene prostore je senzor YL69 odnosno senzor za očitanje vlage u zemlji.

Lidar tehnologija

Kad se promatraju nove tehnologije za procjenu kulture u zaštićenim prostorima tada se sve više koristi lidar tehnologija. Lidar (engl. Light Detection and Ranging: svjetlosno zamijećivanje i klasifikacija) je optički mjerni instrument koji odašilje laserske zrake koje se odbijaju od vrlo sitnih čestica raspršenih u Zemljinoj atmosferi (aerosola, oblačnih kapljica i drugo) i potom registriraju u optičkom prijamniku (obično teleskopu). Ima široku primjenu u mjernim instrumentima. Od glavnih dijelova svakako je LDR (Light Dependant Resistor) otpornik. Foto otpornici, također poznati kao svjetlosni ovisni otpornici (LDR) su svjetlosno osjetljivi uređaji koji se najčešće koriste za označavanje prisutnosti ili odsutnosti svjetlosti ili za mjerenje intenziteta svjetlosti.

Kako sustav radi?

Nakon što su svi dijelovi sustava povezani, potrebno je u programskom jeziku izraditi kod (engl. code) pomoću kojeg će se preko web aplikacije upravljati nekim faktorom (npr. mikroklimom) zaštićenog prostora. Na našim područjima često korišteni sustavi kod zaštićenih plastenika su: grijanje i hlađenje, navodnjavanje i rasvjeta. U navedenoj shemi može se uočiti kako je u plasteniku postavljena određena kultura. Postavljeni klima uređaj služi za održavanje optimalne temperature, crijeva za navodnjavanje te iznad biljaka su postavljeni senzori koji su bežičnim putem povezani s unutarnjim računalom (eng. Edge computer) u zaštićenom prostoru. Unutarnje računalo ima svrhu prikupljanja podataka tijekom proizvodnje i u realnom vremenu slati na oblak gdje se dalje podaci mogu obrađivati bilo ljudskim putem ili uz korištenje umjetne inteligencije (AI).

Općenito govoreći, dizajn sustava praćenja (monitoringa) može učinkovito riješiti problem različitih varijanti okoliša uzgoja u zaštićenim prostorima koje nije lako kontrolirati. Sustav praćenja parametara baziran je na 5G cloud platformi koja je podijeljena u četiri aplikacijska sloja. To su sloj aplikacije, sloj mreže 5G, srednji kontrolni sloj i sloj senzora. Uloga sloja aplikacije u cloud-u je razvoj i kontrola cloud platforme i mobilne aplikacije. 5G mrežni sloj odgovoran je za nadzor mrežne tehnologije. Funkcija srednjeg kontrolnog sloja je dizajn mikroračunala s jednim čipom. Funkcija sloja senzora je mjerenje parametara okoliša unutar zaštićenog prostora. Tehnologija senzora 5G mreže usvaja poseban način umrežavanja kako bi se poboljšala točnost stjecanja parametara. Funkcija primatelja podataka je da se parametri okoliša nakon mjerenja senzora prenose na računalni terminal i softver pametnog uređaja putem 5G mreže.

Tablica 1. Razina primjene i glavne funkcije sustava

Foto: Domagoj Zimmer

Pročitajte još o 5G tehnologiji:

Primjena 5G tehnologije u poljoprivredi

Primjena 5G tehnologije u voćarstvu

Primjena 5G tehnologije u vinogradarstvu

Primjena 5G tehnologije u ratarstvu