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
[email protected]
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.