To Επίγειο Σύστημα Μετρήσεων που τοποθετείται παράλληλα σε κάθε μια από τις τρεις πειραματικές καλλιέργειες, αντιπροσωπευτικές της περιοχής μελέτης, αποτελεί το κεντρικό άξονα της πιλοτικής εφαρμογής του έργου GreenWaterDrone. Περιλαμβάνει τον αυτόματο Μικρομετεωρολογικό εξοπλισμό υψηλής ακριβείας (Class A) σύμφωνα με τα πρότυπα του Παγκόσμιου Μετεωρολογικού εξοπλισμού (WMO), ο οποίος είναι απαραίτητος για την βαθμονόμηση (αποτύπωση) του ρυθμού διαπνοής της καλλιέργειας πού πιστοποιείται και εκφράζεται μέσω των πραγματικών ατμοσφαιρικών γεγονότων (θερμοκρασία αέρα, θερμοκρασία φυλλώματος, Έλλειμα Κορεσμού Ατμόσφαιρας) και εδαφικών μετρήσεων υγρασίας στην ζώνη του ριζοστρώματος. Οι πειραματικές εφαρμογές καθ’ όλη τη διάρκεια της περιόδου άρδευσης οριοθετούν το εύρος διακύμανσης του CWSI κάτω από τις τοπικές κλιματικές συνθήκες για κάθε καλλιέργεια.

Για κάθε πειραματικό αγρό έχει εγκατασταθεί ανεξάρτητο επίγειο σύστημα μέτρησης. O εξοπλισμός αυτός είναι απαραίτητος όχι μόνο για την βαθμονόμηση του δείκτη CWSI για την κάθε επιλεγόμενη καλλιέργεια, αλλά και για την λεπτομερή αποτύπωση των μεταβολών όλων των μικροκλιματικών παραμέτρων που επιδρούν στην ανάπτυξη της καλλιέργειας σε όλα τα στάδια ανάπτυξής της. Το σύστημα περιλαμβάνει μετρήσεις του υπερκείμενου ατμοσφαιρικού αέρα πάνω από την καλλιέργεια καθώς και μετρήσεις εντός του εδάφους όπως:

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ

• [Rs]: Πυκνότητα ροής εισερχόμενης, μικρού μήκους ολικής ακτινοβολίας [Incoming shortwave radiation flux density] σε Watt/m2
• [α]: Ανακλαστικότητα επιφανείας (Albedo)
• [Rn]: Πυκνότητα ροής καθαρής ακτινοβολίας (Net Radiation flux density) σε Watt/m2
• [PAR]: Πυκνότητα ροής Ενεργού Φωτοσυνθετικής Ακτινοβολίας (Photosyntheticaly Active Radiation) σε μmol/ m2sec
• [IRT]: Υπέρυθρη Θερμοκρασία Φυλλώματος (Canopy Infrared Temperature) σε οC
• [Τa]: Θερμοκρασία Αέρα (Air Temperature) σε οC
• [RH]: Σχετική Υγρασία Αέρα (Air Relative Humidity) %
• [WS]: Ταχύτητα Ανέμου (Wind Speed) σε m/sec
• [WD]: Διεύθυνση Ανέμου (Wind Direction) σε μοίρες (degrees)
• [Pre]: Κατακρημνίσματα (Precipitation) σε mm

ΕΔΑΦΟΣ

• [SHF]: Πυκνότητα Ροής Θερμότητας στο Έδαφος (Soil Heat Flux Density) σε Watt/m2
• [SMois]: Κατ’ όγκο Εδαφική Υγρασία (Soil Moisture) σε cm3/cm3 - Λαμβάνεται σε 6 βάθη (5, 15, 25, 35, 45, 55 cm)
• [STemp]: Θερμοκρασία Εδάφους (Soil Temperature ) - Λαμβάνεται σε 6 βάθη (5, 15, 25, 35, 45, 55 cm)

Η τηλεμετρική μονάδα συλλογής, καταγραφής και αποθήκευσης δεδομένων A753 αποτελεί την καρδιά του συστήματος. Είναι GSM/GPRS χαμηλής ισχύος, με 4 ψηφιακές θύρες εισόδου/εξόδου, 12 αναλογικές εισόδους και 4 παλμικές εισόδους. H A753 ADCOM είναι μια ανθεκτική, απομακρυσμένη τερματική μονάδα (Remote Terminal Unit–RTU), που συμμορφώνεται με την κατηγορία IP65 (NEMA 4) για εξωτερικές εφαρμογές προστασίας των ηλεκτρικών εξαρτημάτων από σκόνη, βροχή, νερό και πάγο. Η μονάδα λειτουργεί με εσωτερική επαναφορτιζόμενη μπαταρία 6,2V, η οποία φορτίζεται από ηλιακό συλλέκτη. Επιπλέον, υποστηρίζεται από το λογισμικό addVANTAGE Pro 6, το οποίο είναι ένα ισχυρό πακέτο για τη συλλογή, αποθήκευση, επεξεργασία και προβολή γραφικών δεδομένων. Είναι πλήρως ενεργοποιημένο στο Διαδίκτυο, γεγονός που το καθιστά ιδανικό εργαλείο για πολλές περιβαλλοντικές εφαρμογές όπως, μικρομετεωρολογικές και κλιματικές παρατηρήσεις, δεδομένα καιρού, υδρογραφικά στοιχεία κ.α.. Το μεγάλο πλεονέκτημα της επιλογής του λογισμικού addVANTAGE Pro 6 ως πλατφόρμας για την διαχείριση των δεδομένων του προγράμματος GreenWaterDrone είναι ότι, ως χρήστες απομακρυσμένης τερματικής μονάδας που ανήκει στο δίκτυο, δεν απαιτείται πλέον η εγκατάσταση οποιοδήποτε λογισμικού σε υπολογιστές των χρηστών του εξοπλισμού.

Η μεταφορά των δεδομένων των μετρήσεων σε κατάλληλη Βάση Δεδομένων του συστήματος, γίνεται μέσω δικτύου κινητής τηλεφωνίας (GPRS/UMTS), ή άλλης τοπικής ασύρματης διασύνδεσης. Επιπλέον εξετάζονται λύσεις, όπως π.χ. η τεχνολογία ασύρματης τοπικής δικτύωσης ZigBee, με κριτήρια το κόστος, την ενεργειακή κατανάλωση και την ανεξαρτησία από δημόσια δίκτυα. Διερευνάται επίσης η δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας των αισθητήρων εδάφους με το drone, για την κάλυψη εξειδικευμένων περιπτώσεως χρήσης του έργου, όπως η κάλυψη περιοχών που δεν διαθέτουν δίκτυο κινητής τηλεφωνίας, βρίσκονται σε περιοχές σκίασης, η κάλυψη με Μ2Μ (Machine to Machine) συνδρομές κρίνεται ασύμφορη, ή το ασύρματο τοπικό δίκτυο δεν παρέχει επαρκή εμβέλεια.

Η λειτουργική δομή διαχείρισης λήψης των πρωτογενών δεδομένων, ελέγχου ποιότητας, στατιστικής επεξεργασίας, άντλησης και αποθήκευσης, παρουσιάζεται στο γραφικό διάγραμμα ροής της Εικ. 1. Θα πρέπει να επισημανθεί ότι, σε δεύτερο επίπεδο, τα δεδομένα αυτά χρησιμοποιούνται σε ανεξάρτητες ειδικές εφαρμογές που αναπτύσσονται αποκλειστικά από το πρόγραμμα GreenWaterDrone.

Εικόνα 1. Λειτουργική ροή διαχείρισης των πρωτογενών δεδομένων και εφαρμογών του συστήματος μετρήσεων εδάφους.

O εξοπλισμός των επίγειων Αυτόματων Μικρομετεωρολογικών Σταθμών (ΑΜΜ) που έχουν εγκατασταθεί στους πειραματικούς σταθμούς παρουσιάζεται στον ακόλουθο πίνακα.

Το χρονικό βήμα αποθήκευσης των μέσων τιμών των δεδομένων στη βάση δεδομένων για κάθε αισθητήρα, είναι 10 λεπτά. Όλες οι μέσες τιμές για κάθε αισθητήρα αποδίδονται από 4320 αναγνώσεις ανά 24ωρο. Ο προγραμματισμός για την μέτρηση ανάγνωσης λαμβάνει υπόψη το χρόνο απόκρισης του κάθε αισθητήρα, δηλαδή την ικανότητά του να ανταποκριθεί σε δυο διαφοροποιούμενες διαδοχικές τιμές στο χρόνο. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, για κάθε έτος από το σύνολο των εγκατεστημένων αισθητήρων σε κάθε πειραματικό αγρό, αποθηκεύονται περισσότερες από 1.3 εκατομμύρια μέσες τιμές δεκαλέπτων!

Εικόνα 2. Εγκατάσταση των επίγειων σταθμών μέτρησης στους τρεις πειραματικούς αγρούς. Από αριστερά, αγρός καλλιέργειας καρπουζιού (Field 1), αγρός καλλιέργειας Πατάτας (Field 2) και αγρός καλλιέργειας τομάτας (Field 3). Μάιος 2019.