Hassas Tarımda DeğiĢken Oranlı Uygulamalar
Transkript
Hassas Tarımda DeğiĢken Oranlı Uygulamalar
2 6. T a r ı m s a l M e k a n i z a s y o n U l u s a l K o n g r e s i, 2 2 – 2 3 E y l ü l 2 0 1 0, H a t a y Hassas Tarımda DeğiĢken Oranlı Uygulamalar 1 2 Mehmet TOPAKCI1, Ġlker ÜNAL2 Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Antalya Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Bucak Hikmet Tolunay Meslek Yüksekokulu, Bucak/Burdur mtopakci@akdeniz.edu.tr Özet: Hassas uygulamalı tarım, tarımsal üretim faaliyetleri içerisinde, tohum, gübre ve kimyasalların tarla üzerinde değiĢken oranda uygulanmasını sağlayan bir yönetim sistemidir. Uygulama oranı, tarlanın her bir noktasındaki optimum üretim için gerekli olan ihtiyaçlara bağlıdır. Tarımsal üretim alanlarına uygulanan kimyasalların uygun oranda kullanılması, çevresel olumsuzlukları azaltması yanı sıra ürün verimini artıran bir potansiyele sahiptir. Son yıllarda yapılan çalıĢmalar, ürün verimini arttırmak amacı ile tarla üzerindeki uzaysal değiĢkenlikler ve toprak özelliklerindeki farklılıkların saptanması üzerinde yoğunlaĢmıĢtır. 1980‟li yılların baĢından itibaren tarla koĢullarındaki değiĢkenliklere bağlı olarak tarımsal girdilerin değiĢken oranlı olarak uygulanması konusunda kontrol sistemleri geliĢtirilmeye baĢlanmıĢtır. Teknolojik geliĢmeler ve artan çevre bilinci etkisiyle tarlaların küçük parçalar halinde yönetilmesi ve girdilerin değiĢken oranlı olarak ihtiyaca göre uygulanması konularına olan ilgi her geçen gün artmaktadır. Bu çalıĢmada hassas tarım teknolojisinin en önemli bileĢeni olan değiĢken oranlı uygulamalar hakkında bilgiler verilmiĢtir. Anahtar kelimeler: Hassas Tarım, DeğiĢken Oranlı Uygulama Variable Rate Application In Precision Agriculture Abstract: Precision Agriculture is a management system that provides implementation seed, fertilizer and chemicals within field in variable rates. Application rate depends on needs in each point of field required for optimum production. Using proper ratio of chemicals upon farm fields reduces environmental drawbacks and increase product efficiency. Recently, most of the studies have been done detection of differences in fields and spatial variability of soil properties aiming to increase crop yields on the fields. Since the early 1980s, implementations of variable rate control systems have begun to develop depending on the variability of field conditions, fertilizer and chemicals. As a result of technological developments and environmental pressures, interest of the farm management in small parts and input as required by the implementation of the variable rate subjects have increased. In this study, information is given about variable rate applications of the most important components of precision agriculture technology. Keywords: Precision Agriculture, Variable Rate Application GĠRĠġ Artan dünya nüfusu, kısıtlı tarımsal alanlar üzerinde yoğun tarımsal üretimin yapılmasını zorunlu hale getirmiĢtir. Su kaynaklarının azalması, ürün verimi ve kalitesini de azaltmaktadır. Tarımsal üretimin girdilerini oluĢturan tohum, gübre, kimyasallar, yakıt ve iĢçi giderleri her geçen gün artmaktadır. Bunun sonucu olarak, çiftçiler yüksek maliyetli tarımsal üretim yapmakta ve her geçen gün kazançları azalmaktadır. Diğer taraftan bu problemlerin farkında olan kurum, kuruluĢ ve Ģahıslar çözüm için 1980‟li yıllarda sürdürülebilir tarım kavramını ortaya atmıĢlardır (ASA, 1989). Teorik olarak, çevreye verilen zararları en aza indirerek, kaynakların etkin kullanımını amaçlayan ve çiftçilerin yaĢam standartlarını yükseltmeyi hedefleyen sürdürülebilirlik kavramı, yine 106 aynı yıllarda hassas tarım teknolojisinin ortaya çıkması ile uygulama alanına aktarılmıĢtır (Sudduth,1999). Hassas tarım, doğru zamanda, doğru yerde ve doğru Ģekilde yeni teknolojileri kullanarak, çevreye verilen olumsuz etkileri azaltmayı, sürdürülebilir üretimi sağlamayı, verim ve kazancı artırmayı amaçlayan, bilgi, teknoloji ve üretime dayalı tarım yönetim sistemidir (Bongiovanni ve LowenbergDeboer, 2004). Hassas tarım, küresel konumlama sistemi (GPS), Coğrafi bilgi sistemi (GIS), uzaktan algılama, ürün verimi görüntüleme ve değiĢken oranlı uygulama bileĢenlerinden oluĢmaktadır. Bu bileĢenlerden değiĢken oranlı uygulama teknolojisi günümüz ve gelecekteki tarımsal üretim faaliyetleri için anahtar rol oynayacaktır. 2 6. T a r ı m s a l M e k a n i z a s y o n U l u s a l K o n g r e s i, 2 2 – 2 3 E y l ü l 2 0 1 0, H a t a y Büyük tarım arazilerinin heterojen olan yapısındaki değiĢkenlikleri anlamak, algılamak, değerlendirmek ve gerekli uygulamalara görünmektedir. karar vermek çok zor ġekil 1. DeğiĢken oranlı uygulama Fakat teknoloji alanındaki geliĢmeler bu farklılıkların algılanması noktasında çözümler sunmaktadır. Bu bağlamda hassas tarım teknolojisi, geleneksel tarımsal üretim sistemini tekdüzelikten kurtararak, tarlaları küçük parçalar halinde değerlendirme imkânı sağlamaktadır. Günümüzde bilgisayar teknolojisi, gerçek zamanlı kontrolörler, değiĢken oranlı uygulama donanımları, küresel konumlama sistemleri ve sensör teknolojisindeki geliĢmeler her türlü verinin çok hassas ölçülerde elde edilmesi, değerlendirilmesi ve uygulanmasını oldukça kolaylaĢtırmaktadır (Sudduth,1999). DeğiĢken Oranlı Uygulama DeğiĢken oranlı uygulama, gübre, tohum, ilaç gibi girdileri toprağın ve bitkinin isteğine göre değiĢken oranlarda tarlaya uygulama yöntemidir. Bu yöntem, bilgisayarlı kontrol ünitesi ve iliĢkili donanımı içeren bir sistemdir (ġekil 1). Tarla üzerinde yapılan iĢlemlerin hassas ve ihtiyaca göre yapılabilme yeteneği hassas tarım teknolojisinin en geliĢmiĢ bileĢeni olan değiĢken oranlı uygulama sistemi ile gerçekleĢtirilmektedir. Bu zamana kadar birçok değiĢken oranlı uygulama sistemleri geliĢtirilmiĢ olmasına rağmen son zamanlarda gübre uygulama sistemleri, yabancı ot mücadele sistemleri ve hassas ekim sistemleri daha çok ön plana çıkmaktadır (Nishiwaki ve ark.,2004). Bu alanda yapılan diğer çalıĢmalar ise sulama sistemleri ve hayvan gübrelerinin dağıtılması noktasında olmaktadır (Searcy,1995). DeğiĢken oranlı uygulama sistemi on-line ya da off-line olarak iki Ģekilde çalıĢtırılmaktadır (Ess ve ark.,2001, Sudduth,1999). On-line veya sensör esaslı sistemlerde, kontrol ekipmanları ile sensörler beraber çalıĢmakta ve anlık olarak sensör verileri değerlendirilerek otomatik kontrol ve uygulama sistemini harekete geçirmektedir. Off-line veya harita esaslı sistemlerde ise, uygulama miktarının hesaplanmasında kullanılacak olan veriler daha önce yapılan tarla iĢlemlerinden veya farklı zamanlarda yapılan tarla iĢlemlerinden elde edilmektedir (ġekil 2). ġekil 2. Sensör ve harita esaslı değiĢken oranlı uygulama (Ess ve ark., 2001) 107 2 6. T a r ı m s a l M e k a n i z a s y o n U l u s a l K o n g r e s i, 2 2 – 2 3 E y l ü l 2 0 1 0, H a t a y Swinton (2005), sensör esaslı değiĢken oranlı uygulama sisteminin, konumsal değiĢkenliklerin elde edilmesi için harcanan süreleri azaltması ve veri toplamak için kullanılan harcama giderlerini düĢürmesi nedeniyle harita esaslı sisteme göre geleceğinin parlak olduğunu belirtmiĢtir. DeğiĢken oranlı uygulama teknolojisi, gereksiz girdi kullanımını azaltarak üretim giderlerini azaltmakta ve kâr oranlarını artırmaktadır. Girdilerin kullanımındaki tasarrufun gerçek düzeyi, alan büyüklüğüne, uzaysal değiĢikliklerin derecesine bağlı olarak alandan alana değiĢmektedir (Roberts ve ark.,2006). Bu sistemin ekonomik açıdan uygulanabilirliği noktasında bazı çalıĢmalar yapılmıĢtır (Larson ve ark., 2004, Gerhards ve Christensen, 2003; Rider ve ark., 2006). Bu çalıĢmaların çoğu, değiĢken oranlı uygulama sisteminin donanımsal malzemesine sahip olma bedeli, ekipmanlardan veri alınması, analiz edilmesi, haritalandırılması için harcanacak veri toplama bedeli ve ek iĢçi giderleri konularında yoğunlaĢmıĢtır. Mooney ve ark. (2009) yaptıkları çalıĢmada, yabancı otlarla mücadele için oluĢturulacak değiĢken oranlı uygulama sisteminin ekonomikliğini incelemiĢlerdir. ÇalıĢma sonucunda, harita esaslı sistemlerin kârlı olabilmesi için tüm girdilerin %11, sensör esaslı sistemlerin ise, verilerin hassasiyetine bağlı olarak %5 ile %11 arasında azalması gerektiğini vurgulamıĢlardır. DeğiĢken Oranlı Uygulama ÇalıĢmaları Maleki ve arkadaĢları (2007), VIS-NIR ( görünür yakın kızıl ötesi) toprak sensörü yardımı ile gerçek zamanlı değiĢken oranlı fosfor gübreleme sistemi geliĢtirmiĢlerdir. Kullanılan sensör, toprağın fosfor değerini ölçmektedir. Toprak yüzeyine gönderilen yakın kızıl ötesi ıĢığın yansıma değerlerinin yorumlanması neticesinde fosfor ya da farklı elementlerin değerleri tespit edilebilmektedir. Almanya Zeiss firmasına ait Corona 45 VIS – NIR 1.7 sensör, 305 – 1711 nm arasındaki dalga boyu değerlerini tespit edebilmektedir (ġekil 3). ÇalıĢmada toprak yüzeyinin 15 cm altındaki fosfor ve fosfat değerlerinin ölçülebilmesi için çizel ayağı kullanılmıĢtır. Ayak belirtilen derinlikte toprakta bir çizi açmaktadır. Çizelin arkasına toprak yüzeyine 45 derece açı ile yerleĢtirilen sensör bu derinlikteki değerleri algılayarak spektrometreye, spektrometre de sisteme bağlı olan bilgisayara verileri göndermektedir. Bilgisayar üzerinde LabView programı ile yazılmıĢ olan ve fosfat, fosfor değerlerini hesaplayarak gübre uygulama noktasında bulunan elektrik alıcısına gerekli olan değerleri gönderen bir yazılım bulunmaktadır. ÇalıĢmada, pnömatik sıraya ekim makinesi kullanılmıĢtır. OluĢturulan sistemde fosfor gübre uygulama oranı elektriksel alıcı ile değiĢtirilmektedir. Oran değiĢtirme, sonsuz bir diĢli ile gübre besleme mekanizma Ģaftının dönüĢ hızının değiĢtirilmesi prensibine dayanmaktadır. Elektriksel alıcının farklı çalıĢma pozisyonlarındaki gübre atma miktarları değerlendirilerek kalibrasyon iĢlemi gerçekleĢtirilmiĢtir. Kalibrasyon neticesinde elektriksel alıcının her bir pozisyonunda 5 kg h-1 oranında gübre akıĢının olduğu tespit edilmiĢtir. Birim hektar alana atılacak gübre miktarı ve ilerleme hızı, gübreleme ünitesinin tekerleğinin çevresi, dönüĢ sayısı, iĢ geniĢliği ve sensörden gelen yansıma değerlerinin matematiksel olarak hesaplanması ile elde edilmiĢtir. Birim alana istenen oranda fosfor gübre uygulanabilmesi için ilerleme hızının 2 km h-1 olması gerektiğini belirtmiĢlerdir. ÇalıĢmada toprağın fosfor haritasının çıkarılması için Trimble AgDGPS 132 GPS alıcısı kullanılmıĢtır. Griepentrog ve arkadaĢları (2005), geleneksel ekim desenlerinin bitki üretimi için dezavantaj oluĢturduğunu, uzaysal farklılıklar nedeni ile tohum, su, besin elementleri v.b. gibi girdilerin sonraki bakım iĢlemlerinde zorluklar çıkardığını belirtmiĢlerdir. Bu sebeple yüksek seviyede düzenli ekim deseni oluĢturabilecek bir ekim sistemi geliĢtirmiĢlerdir. ÇalıĢmalarında Alman Kverneland firmasına ait Kleine Unicorn 3 model 4 ekim üniteli hassas ekim makinesi kullanmıĢlardır (ġekil 4). ġekil 4. Düzenli ekim deseni sağlayacak olan ekim düzeni (Griepentrog ve ark., 2005) ġekil 3. DeğiĢken oranlı fosfor uygulaması (Maleki ve ark., 2007) 108 Ekici disklerin hareketi için step motor kullanılmıĢtır. Çizi içerisine düĢen tohumların tespiti 2 6. T a r ı m s a l M e k a n i z a s y o n U l u s a l K o n g r e s i, 2 2 – 2 3 E y l ü l 2 0 1 0, H a t a y için optik sensör, disklerin dönüĢ hızını belirlemek için encoder kullanılmıĢtır. Ekim makinesi, her bir ekici diski için 3 deliğe ve 228 mm disk çapına sahiptir. ÇalıĢmayı gerçekleĢtiren uzmanlar, geleneksel elektrik motoru yerine step motor kullanmanın düzenli ve hassas ekim deseni oluĢturmak ve ekim makinesinin hızlı ve hassas olarak kontrol edilebilmesi için yeterli teknolojiye sahip olduğunu belirtmiĢlerdir. Bu nedenle ekim makinesi üzerinde bulunan elektrik motoru yerine step motor yerleĢtirmiĢlerdir. Her bir ekim ünitesi üzerine çizi içerisine düĢen tohumları tespit etmek için optik sensörler yerleĢtirilmiĢtir. Ekim makinesinin birinci ünitesine disk dönüĢ hızını belirleyebilmek için bir encoder yerleĢtirilmiĢtir. Hem encoder hem de optik sensörlerden gelen veriler bilgisayarın paralel portuna bağlı bir daqbook yardımı ile kayıt altına alınmaktadır. Her bir ekim ünitesinin, çizi üzerine aynı anda tohum bırakmasını sağlamak amacıyla her bir diskin aynı noktasına iĢaret konmuĢtur. Bu iĢaret disk pozisyon detektörü yardımıyla tespit edilerek diskin pozisyonu hakkında veri elde edilmiĢtir. Sistemde step motorların disk pozisyonuna göre çalıĢtırılabilmesi için Alman Phytron firmasına ait step motor güç ünitesi ve yazılım içinde aynı firmaya ait IPCOMM programı kullanılmıĢtır. Her bir ekim ünitesi üzerinde bulunan güç ünitelerinin bilgisayar ile bağlantısını sağlayabilmek için Hub (elektronik anahtarlama) kullanılmıĢtır (ġekil 5). kimyasal girdi haritasını gerçek zamanlı olarak kayıt altına almaktadır. ġekil 6. Prototip ilaçlama sistemi (Tian, 2002) GeliĢtirilen sistem, Case-Tyler firmasına ait Patriot XL pülverizatörü üzerine yerleĢtirilmiĢtir. Sistem üzerinde DGPS alıcısı bulunmaktadır. Pülverizatörün püskürtme sistemi üzerinde System firmasının TeeJet 8006 VS model memeleri bulunmaktadır. Püskürtme basıncı 172 kPa(25 psi) olarak ayarlanmıĢtır. Bu ayar ile akıĢ oranı 1.8 L da-1 olarak elde edilmiĢtir. Her bir meme için pülverizatör 3.2 ile 18 km h-1 hızlarla çalıĢtırılmıĢtır. Görüntü yakalama iĢlemi Pulnix TMC7EX marka 3 adet iki renk CCD kamera ile gerçekleĢtirilmiĢtir. Birinci kamera sistemin kalibrasyonu için diğer iki kamera gerçek zamanlı uygulama için kullanılmıĢtır. Görüntünün bilgisayar ortamına aktarılması için yüksek hızlı CX 100 görüntü kartı kullanılmıĢtır. Memelerin kontrolü için NEC firmasının V-25 entegresi kullanılmıĢtır. Bu entegre bilgisayardan gelen komutları ve hız sensöründen gelen ilerleme hızlarını alarak memelerin açılıp kapanmasını sağlamaktadır. Memelerin açılıp kapanma iĢlemi Capston Ag firmasına ait Synchro model selonoid valfler yardımı ile gerçekleĢtirilmiĢtir (ġekil 7). ġekil 5. DeğiĢken oranlı ölçme sistemi (Griepentrog ve ark., 2005) Sonuç olarak, mükemmel bir sıra arası mesafenin sağlandığı ve 4 ekim ünitesi arasında yeteri kadar senkronizasyonun yakalandığı belirtilmiĢtir. Tian (2002), gerçek zamanlı görme algılama sistemi yardımı ile akıllı algılama ve değiĢken oranlı püskürtme sistemi oluĢturmuĢtur (ġekil 6). Yapay görme sistemi farklı ıĢık koĢulları altında çalıĢabilme özelliğine göre tasarlanmıĢtır. Ġlaçlama sisteminin boyutlarına göre birden fazla kamera yardımı ile hedef alanı kapsayacak Ģekilde uygulama yapılmıĢtır. Sistem her bir yabancı otu ayrı bir Ģekilde tespit etmeyip yabancı otların yoğunluğunu tespit ederek uygulama yapmaktadır. Uygulama doğruluğunu arttırmak için her bir püskürtme memesi ayrı bir Ģekilde kontrol edilmiĢtir. Aynı zamanda sistem GPS yardımı ile 109 ġekil 7. DeğiĢken oranlı püskürtme sistemi (Tian, 2002) Yuan ve arkadaĢları (2009), anlık olarak çalıĢan network tabanlı değiĢken oranlı granül gübre uygulama sistemi geliĢtirmiĢlerdir. Sistem için 4 temel ünite oluĢturulmuĢtur. Bunlar, gübre uygulama gövdesi, gübreleme kontrolörü, alan bilgisayarı ve 2 6. T a r ı m s a l M e k a n i z a s y o n U l u s a l K o n g r e s i, 2 2 – 2 3 E y l ü l 2 0 1 0, H a t a y uzak bilgisayar üniteleridir. Gübreleyici sistemde çalıĢan oluklu makaranın çapı, granül yoğunluğu, her bir oluk alanı, oluklar arası mesafe, devir ve doyum katsayısı parametrelerinden oluĢan gübre miktarı ölçüm sistemidir. Burada belirtilen parametreler ile gübre oranı tespit edilmektedir. Sistem üzerinde 2 adet DC motor kullanılmıĢtır. Birinci motor, oluklu makaranın istenilen devirde döndürülmesi için ikinci motor ise istenilen miktarda gübrenin uygulanabilmesi için gübre deposunun kapağını ayarlamak için kullanılmaktadır (ġekil 8). DC motor ile çalıĢan özel olarak tasarlanmıĢ bir kesici, uygulayıcı, kimyasal tank, akıĢ kontrol denetleyicisi ve bir rezervuardan oluĢmaktadır. Sistemde hem ana hem de geri dönüĢüm pompası olarak KNF firmasına ait NF5RPDC-S model mikro pompa kullanılmıĢtır. Ana kimyasal tank 500 ml ve rezervuar 3 ml kapasiteye sahiptir. Yabancı otun baĢ kısmını kesmek için tasarlanan bıçağın çapı 60 mm olup Mabuchi Motor firmasına ait RC-260RA/SA model DC motor ile döndürülmektedir. Bıçağın 5 mm altında bulunan sünger kesilen noktaya kimyasal maddeyi sürmektedir. Süngere kimyasal madde ana pompa tarafından sürekli olarak 0.025 L min-1 kapasite ile gönderilmektedir. Kullanılan sünger 2200 mm2 (W:40 mm H:55 mm) alana sahip ve kola 14o açı ile yerleĢtirilmiĢtir. ÇalıĢma sonucunda 2 farklı çeĢit 55 adet yabancı ot için ortalama 21,9 ile 56,2 mg kimyasal madde uygulanmıĢtır. Uygulama sonrası ilk 6 günde yabancı otların %90,9‟u çürümeye baĢladığını, 10 gün sonunda ise tamamen solduklarını bildirmiĢlerdir. ġekil 10‟da sisteme ait uygulama ve akıĢ Ģeması verilmiĢtir. ġekil 8. DeğiĢken oranlı granül gübre uygulayıcı (Yuan ve ark., 2009) Jeon ve Tian (2009), hassas olarak yabancı ot tespitinde kullanılacak olan bir robot için doğrudan kimyasal uygulama yapan bir uç elemanı geliĢtirmiĢlerdir. Robot, çalıĢma alanı üzerindeki yabancı otu tespit ederek baĢ kısmını kesmekte ve kesilen kısma kimyasal maddeyi uygulamaktadır. Tasarlanan sistemde robot olarak Amberst firmasına ait ActivMedia Pioneer3 AT robotu kullanılmıĢtır (ġekil 9). ġekil 10. Sistemin uygulama ve akıĢ Ģeması (Jeon ve Tian, 2009) Tekin (2005), çalıĢmasında değiĢken düzeyli uygulamaya yönelik mineral gübre makinesi tasarlamıĢtır. Uygulama için ticari olarak üretilmekte olan çift diskli gübre dağıtma makinesi kullanmıĢtır (ġekil 11). ġekil 11. DeğiĢken düzeyli gübre makinesi (Tekin, 2005) ġekil 9. Yabancı Ot tespit ve değiĢken oranlı uygulayıcı robot (Jeon ve Tian, 2009) Robot enerjisini 12 V‟luk üç adet aküden almaktadır. Kol, robot üzerinde bulunan kontrol kutusunun ürettiği darbe genlik modülasyonu ile hareket etmektedir. Uç elemanı, iki adet mikro pompa, 110 Mineral gübrenin dozajlanabilmesi için mekanik ve elektronik sistemler tasarlanmıĢtır. Mineral gübrenin disklerin üzerine istenilen miktarda taĢınabilmesi için özel olarak oluklu makara tasarlanmıĢtır (ġekil 12). 2 6. T a r ı m s a l M e k a n i z a s y o n U l u s a l K o n g r e s i, 2 2 – 2 3 E y l ü l 2 0 1 0, H a t a y ġekil 12. Tasarlanan oluklu makara (Tekin, 2005) Tasarlanan oluklu makaraya bağlı 12V‟luk DC motor yardımı ile makara farklı hızlarda çalıĢtırılmıĢ ve farklı miktarlarda mineral gübrenin disklere taĢınması sağlanmıĢtır. Mineral gübrenin disklerin istenilen noktasına istenilen yoğunlukta düĢürülmesi için iki farklı yönlendirici tasarlanmıĢtır (ġekil 13). görüntüleri iĢlemektedir. Programın algoritması, aktarılan görüntünün her bir pikseline ait, R (Red), B (Blue) ve G (Green) renk değerlerini alarak, o noktanın % yeĢil renk oranını tespit etmektedir. Elde edilen yeĢil renk oranına göre program ilaç püskürtme sistemine gerekli uygulama miktarını göndermektedir. Sistemin ikinci ünitesi, 12 V DC elektrik motorlu pompa ile püskürtme memelerinin çalıĢmasını sağlayacak elektronik yapıdır. PWM (Pulse Width Modulation) yöntemi ile DC motor istenilen miktarda çalıĢtırılmakta ve püskürtme memelerinin istenilen oranda ilaç püskürtmesi sağlanmaktadır (ġekil 15). ġekil 13. Tasarlanan yönlendiriciler (Tekin, 2005) DeğiĢken düzeyli kontrol birimi özel olarak tasarlanmıĢtır. Bu birimde bir mikro denetleyici, bellek ve giriĢ/çıkıĢ birimleri ile LCD ekran bulunmaktadır. Mikro denetleyici, belleğindeki bilgilere (uygulama haritasına), anlık okunan konum bilgisine (enlemboylam) ve gerçek ilerleme hızına bağlı olarak, hız kontrol ünitesine sinyal göndermektedir (ġekil 14). ġekil 15. Görüntü iĢleme yöntemi ile geliĢtirilmiĢ değiĢken oranlı ilaçlama sistemi (Tangwonkit ve ark., 2006) ġekil 14. DeğiĢken düzeyli kontrol birimi (Tekin, 2005) Tangwongkit ve arkadaĢları (2006), görüntü iĢleme yöntemi ile ĢekerkamıĢı ekili olan tarlanın sıra aralarındaki yabancı otları tespit ederek değiĢken oranlı ilaçlama yapabilecek bir sistem tasarlamıĢlardır. ÇalıĢmalarında, 21 kW, 4 tekerli, çift çeker ve 1.10 m iĢ geniĢliğine sahip traktör kullanmıĢlardır. OluĢturulan sistem, 3 farklı ünite üzerine kurulmuĢtur. Birinci ünite, traktörün önüne yerleĢtirilen bir kamera yardımı ile anlık görüntüyü bilgisayara aktarmaktadır. Borland C++ programı ile hazırlanan yazılım, aktarılan 111 Kim ve arkadaĢları (2008), pirinç üretimi için değiĢken oranlı pnömatik gübre uygulama sistemi geliĢtirerek performansını analiz etmiĢlerdir. 10 m uygulama geniĢliğine sahip olan sistem üzerinde gübreleme baĢlıkları ve ölçme sistemi bulunmaktadır. OluĢturulan sistem üzerinde bulunan mikro denetleyici, DGPS alıcısının göndermiĢ olduğu sinyallere göre anlık ilerleme hızını belirlemektedir. Daha önceden üzerine yüklenmiĢ olan uygulama haritasını okuyarak ölçüm motorunun hızını darbe genlik modülasyonu (PWM) kullanarak kontrol eder. Uygulama sistemi 0.2 m3 hacimli gübre deposu, iki ölçüm elemanı, 4 bağlantı borusu, 4 bölüm ve 16 gübreleme baĢlığından oluĢmaktadır. 16 gübreleme baĢlığını yeknesak bir uygulama modeli oluĢturmasının zor olduğunu belirten araĢtırmacılar, bu sebeple 4 bölüm oluĢturarak her bir bölüme 4 tane gübreleme baĢlığı yerleĢtirmiĢlerdir. Sistem, 0.2 ile 0.8 m/s çalıĢma hızında 34 ile 428 kg ha-1 granül uygulayabilmektedir (ġekil 16). 2 6. T a r ı m s a l M e k a n i z a s y o n U l u s a l K o n g r e s i, 2 2 – 2 3 E y l ü l 2 0 1 0, H a t a y ġekil 18. ÇalıĢmanın blok Ģeması (Tola ve ark, 2008) ġekil 16. DeğiĢken oranlı pnömatik gübre uygulama sistemi (Kim ve ark., 2008) Tola ve ark. (2008), çalıĢmalarında gübre akıĢını değiĢken oranlı olarak kontrol edebilen bir sistem geliĢtirmiĢlerdir. Gerçek zamanlı gübre akıĢ sensörü yardımı ile Ģu an kullanılan değiĢken oranlı uygulayıcılar ile karĢılaĢtırıldığında uygulama hatalarının önemli miktarda azaldığını belirtmiĢlerdir. ÇalıĢmada, gübre oran ayarı mekanik olarak değiĢtirilen pnömatik bir ekim makinesi kullanmıĢlardır (ġekil 17). Sonuç olarak çalıĢmada, el ile çalıĢan oranlama ünitesinin otomatik hale getirilmesi ile performansının etkin bir Ģekilde arttığı belirtilmiĢtir. DeğiĢken oranlı gübreleme iĢleminin gerçek zamanlı ölçüm yaparak mümkün olacağını, sistemin kontrol iĢleminin tam olarak etkin yapılabilmesi için 3 metre ve üzerindeki ilerleme mesafelerinde kontrol edilmesi gerektiğini tespit etmiĢlerdir. Diğer değiĢken oranlı uygulama sistemlerinde uygulama hatalarının %7‟ nin üzerinde olduğu, bu sistemde ise ±%5 olduğunu ve son olarak gübre uygulama oran değiĢikliğinin sistem çalıĢırken 0.95 ile 1.90 saniye arasında gerçekleĢtiğini belirtmiĢlerdir. SONUÇ ġekil 17. DeğiĢken oranlı gübreleme sistemi (Tola ve ark, 2008) DeğiĢken oranlı uygulama sistemi 3 temel ünite üzerine kurulmuĢtur. Birinci ünite gübre oran kontrol ünitesidir. Mekanik olarak gübre oranını ayarlayan mekanik kola aĢağı yukarı hareket kazandıran 12V DC motor ve DC motorun istenilen gübre oranına göre ne kadar aĢağı ya da yukarı ayar kolunu hareket ettireceğini belirleyen dijital lineer gauge sensör kullanılmıĢtır. Ġkinci ünite, ilerleme hızı, toplam ilerleme uzunluğu ve o anki toplam alan verilerini görüntülemektedir. Bu iĢlem için döner encoder sensör kullanılmıĢtır. Son ünite ise, anlık olarak gübre çıkıĢ oranını görüntülemektedir. Burada, kademeli encoder sensör kullanılarak gübre çıkıĢ miktarı ölçülmüĢtür. ġekil 18‟ de sisteme ait blok Ģema gösterilmiĢtir. 112 Hassas Tarım; geleneksel tarıma göre taĢıdığı agronomik, ekonomik ve çevresel avantajları nedeniyle son yıllarda üzerinde yoğun çalıĢmaların yapıldığı biliĢim teknolojileri odaklı bir üretim yöntemidir. DeğiĢken düzeyli uygulamalar, girdiler en küçük alanların gereksinimine göre uygun makineler kullanılarak yapılan uygulamalardır. DeğiĢken düzeyli girdi uygulamasından gerekli yararın sağlanabilmesi için bu makinelerin üzerlerindeki donanım ile birlikte uygun yere, uygun zamanda ve uygun miktarda girdinin uygulanması gerekmektedir. Sonuç olarak, dünya genelinde yapılan çalıĢmalarda değiĢken oranlı gübre, ilaç, kimyasal gibi girdiler baĢarılı bir Ģekilde uygulanmaktadır. LĠTERATÜR LĠSTESĠ American Society of Agronomy (ASA), 1989. "Decision reached on sustainable ag." Agronomy News. January, pg 15, Madison, Wisconsin. Bongiovanni, R.,Lowenberg-Deboer, J., 2004. Precision Agriculture and Sustainability, Precision Agriculture, Volume 5, Number 4, Springer Netherlands, pp. 359-387. Ess, D. R., M. T. Morgan, and S. D. Parsons. 2001. "Implementing Site-Specific Management: Map versus Sensor-Based Variable Rate Application." Pub. No. SSM2-W, Site-Specific Management Center, Purdue University, West Lafayette, IN. 2 6. T a r ı m s a l M e k a n i z a s y o n U l u s a l K o n g r e s i, 2 2 – 2 3 E y l ü l 2 0 1 0, H a t a y Gerhards, R., and S. Christensen. 2003. "Real-Time Weed Detection, Decision Making, and Patch Spraying in Maize, Sugarbeet, Winter Wheat, and Winter Barley." Weed Res. 43:385-392. Griepentrog, H. W., Nørremark, M., Nielsen, H., Blackmore, B. S., 2005. Seed mapping of sugar beet.Precision Agriculture 6(2) p.157-165. Jeon, H.Y., Tian, L.F., 2009. Direct application end effector for a precise weed control robot, Biosystems Engineering, Volume 104, Issue 4, December 2009, Pages 458-464. Kim, Y.J., Kim, H.J., Ryu, K.H., Rhee, J.Y., 2008. Fertiliser application performance of a variable-rate pneumatic granular applicator for rice production, Biosystems Engineering, Volume 100, Issue 4, August 2008, Pages 498-510. Larson, J. A., R. K. Roberts, B. C. English, J. Parker, Sharp, T., 2004 "A Case Study Economic Analysis of a Precision Farming System for Cotton." In Proceedings of the Beltwide Cotton Conferences [San Antonio, TX, 5-9 January 20041, eds., P. Dugger and D. Richter, pp. 539542. Memphis, TN: National Cotton Council of America. Maleki, M., Mouazen, A., Ketelaere, B., Ramon, H., Baerdemaeker, J., 2007. On-the-go variable-rate phosphorus fertilisation based on a visible and nearinfrared soil sensor. Biosystems Engineering 99:35–46. Money,F.D, Larson,J.A, Roberts,R.K., English,B.C, 2009. “Economics of the Variable Rate Technology Investment Decision for Agricultural Sprayers”, Southern Agricultural Economics Association>2009 Annual Meeting, January 31-February 3, 2009, Atlanta, Georgia. Nishiwaki, K., K. Amaha and R. Otani, 2004. Development of positioning system for precision sprayer. Automation Technology for Off-Road Equipment, Proceedings of the 7-8 October 2004 Conference, Kyoto, Japan. ASAE Publication No.: 701P1004. Rider, T., Jeffrey, V., Dille, J., Kevin, D., Terry, K., 2006. “An economic evaluation of site-specific herbicide application.” PrecisionAgriculture. 7: 379-392. Roberts, R. K., English, B. C., Gao, Q., Larson, J. A., 2006. "Adoption of Conservation-Tillage Methods and Genetically Modified Cotton," 2006 Annual Meeting, February 5-8, 2006, Orlando, Florida 35293, Southern Agricultural Economics Association. Searcy, S.W., 1995. Engineering systems for site-specific management: opportunities and limitations. In: Sitespecific Management for Agricultural Systems. Proc. 2nd Intl. Conf., pp. 603-612. ASA, CSSA, SSSA, Madison, WI. Sudduth, K.A.,1999. “Engineering Technologies for Precision Farming,” The International Seminar on Agricultural Mechanization Technology for Precision Farming, Suwon, Korea, May 1999. Swinton, S. M., 2005. "Economics of Site-Specific Weed Management." Weed Sci. 53(2005):259-263. Tangwongkit, R., Salokhe, V. M., Jayasuriya, H., 2006. Development of a Real-time, Variable Rate Herbicide Applicator Using Machine Vision for Between-row Weeding of Sugarcane Fields. Agricultural Engineering International: the CIGR E-journal. Manuscript PM 06 009. Vol. VIII. June. Tekin.A.B, Sındır, K.O., 2006. DeğiĢken Düzeyli Uygulamaya Yönelik Mineral Gübre Dağıtma Makina Tasarımı Üzerine Bir AraĢtırma. Ege Üniversitesi Bilimsel AraĢtırma Projeleri Birimi. Proje No: 2002 ZRF 023. 113 Tian, L., 2002. "Development of a Sensor-Based Precision Herbicide Application System." Computers and Electronics in Agr. 36(2002): 133-149. Tola,E., Kataoka,T., Burce, M., Okamoto,H., Hata,S., 2008. “Granular fertiliser application rate control system with integrated output volume measurement”, Biosystems Engineering Volume 101, Issue 4, December 2008, Pages 411-416. Yuan, J., Liu, C.L., Li, Y.M., Zeng, Q., Zha, X.F., 2009. Gaussian processes based bivariate control parameters optimization of variable-rate granular fertilizer applicator, Computers and Electronics in Agriculture, Volume 70, Issue 1, January 2010, Pages 33-41.