CLAFIS ioGateway – daiktų interneto sietuvas išmaniajam ūkininkavimui

2016-11-18 09:00

„Sietuvas ioGateway yra ne tik komunikacijų įrenginys, užtikrinantis duomenų mainus per skirtingas komunikacijų sąsajas, bet taip pat matavimo ir valdymo funkcijas gebanti realizuoti įterptinė sistema.“ - pabrėžia prof. dr. Vytautas Deksnys.

7BP projektas CLAFIS

7BP projektą „Integruota sistema automatiniam valdymui, informacijos apdorojimui ir kontrolei augalininkystės, gyvulininkystės ir miškų ūkio srityse“ (CLAFIS - Crop, Livestock and Forests Integrated Systems for Intelligent automation, Processing and Control) vykdė Suomijos, Danijos, Jungtinės Karalystės, Austrijos, Izraelio, Švedijos, Vokietijos, Olandijos bei Lietuvos mokslo ir verslo institucijos. 2013 metų sausio mėnesį startavęs projektas įtraukė ir KTU Elektros ir elektronikos fakulteto komandą: mokslininkus – prof. dr. Vytautą Deksnį, prof. dr. Žilviną Nakutį, doc. Gediminą Činčiką bei inžinierius Vilių Dambrauską, Igną Jaruševičių bei Aleną Kriaučeliūną, taip pat prof. Dr. Eligijų Sakalauską iš Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto.

Projekto tikslas buvo sukurti integruotos intelektualios informacinės platformos prototipą, skirtą duomenų mainų realizavimui tarp išmaniosios žemdirbystės, gyvulininkystės ir miškininkystės automatizavimo sistemų ir informacinių sistemų, naudojamų ūkiuose.  Sparčiai didėjant Žemės gyventojų skaičiui ir maisto stygiui, didėjant taršai bei dirbamos žemės plotų produktyvumo mažėjimui dėl per didelio trąšų naudojimo, visuomenės keliamiems reikalavimams maisto kokybei, tokių sistemų poreikis auga, kadangi jos atveria technines galimybes žemės ūkio procesų efektyvinimui, našumo didinimui, maisto produkcijos kilmės atsekamumui bei darnios plėtros užtikrinimui.  Viena iš technologijų ateinanti į pagalbą šio uždavinio sprendimui – tai „daiktų internetas“. Daiktų internetas (angl. IoT Internet-of-Things) apibrėžiamas kaip fizinių objektų tinklas su atitinkamais elektroniniais komunikacijų ir valdymo mazgais, programine įranga, sensoriais. Nors išgirdę žodžius „daiktų internetas“, pirmiausia pagalvojame apie namų automatizavimą, išmaniuosius miestus,  transporto ir logistikos sistemas, tačiau šiandien šios technologijos panaudojimas plinta pramonėje ir išmaniosios žemdirbystės (angl. precision agriculture) srityse.

Ką reiškia išmanusis ūkininkavimas?

Ūkininkavime naudojama vis daugiau  greitai besikeičiančių technologijų, tokių kaip procesų optimizavimas, realaus laiko navigacija, vaizdų apdorojimas, augalų ligų prognozė, prevencija ar kintamo intensyvumo tręšimas. Daugelis šių sistemų ir įrenginių tarpusavyje nėra suderinami, turi skirtingas komunikacijų sąsajas, duomenų formatus bei standartus. Todėl norint maksimizuoti derliaus kiekį, valdyti jo kokybę, įgyvendinti tvarų resursų naudojimą, vykdyti precizišką produktų stebėseną bei sumažinti tręšimo chemikalais kiekį, pasitelkiamos išmaniosios technologijos. Svarbu pabrėžti, kad išmanusis ūkininkavimas pasižymi pažangių techninių sprendimų bei vis didėjančiu informacinių technologijų, apimančių ir debesų kompiuterijos servisus, didelių duomenų srautų (angl. Big Data) ir juose kaupiamų duomenų analitikos, panaudojimą.

Kas yra CLAFIS ioGateway ?

CLAFIS integruota platforma apima keturias pagrindines posistemes: 1) sąsają su žemės ūkio sistemomis, techniką, sensorius ir mašinas 2), žinių valdymo sistemą, 3) vartotojo sąsają ir 4) integravimo platformą, apjungiančią prieigą prie visų paslaugų. Sąsajai su su žemės ūkio sistemomis, technika, sensoriais  ir mašinomis realizuotas komunikacijų įrenginys CLAFIS ioGateway buvo  sukurtas KTU EEF, bendradarbiaujant su Danijos technikos universitetu, Suomijos Aalto universitetu ir vidutinio ir smulkaus dydžio užsienio kompanijomis, dalyvavusiomis projekte. CLAFIS ioGateway  - tai  daugiafunkcinis komunikacijų mazgas (interneto daiktų sietuvas) išmaniosios žemdirbystės reikmėms, užtikrinantis saugią, belaidę ir greitaveiksmę  sąveiką tarp įvairiais komunikacijų standartais funkcionuojančių prietaisų, įrenginių ir mašinų.

ioGateway užtikrina duomenų mainus tarp duomenų šaltinių, prijungtų su CAN/ISOBUS, beviele 169 MHz dažnių ruožo, RS485/Modbus sąsajomis ir lokaliomis bei globaliomis informacinėmis sistemomis per WiFI, Ethernet, 3/4G komunikacijų tinklus. Grupė ioGateway įrenginių gali veikti saugiame VPN (angl. Virtual Private Network) tinkle ir per kriptografiškai saugų agreguojantį OPC UA serverį perduoda duomenis į debesų sistemose (angl. Cloud) realizuotas duomenų bazes ir servisus. Sukurtas VPN sertifikatų serveris leidžia vartotojams greitai ir saugiai įdiegti VPN tinkle naujus ioGateway sietuvus ir užregistruoti juos CLAFIS sistemos duomenų bazėje. ioGateway taip pat gali užtikrinti vartotojų sąsajų, veikiančių interneto naršyklės pagrindu (pvz., planšetiniai kompiuteriai, išmanieji telefonai) arba specializuotų pramoninių vartotojų sąsajos komponentų (angl. industrial HMI), prijungimą prie nuotolinių CLAFIS sistemos servisų.   

Anot prof. dr. V. Deksnio, sietuvas ioGateway yra ne tik komunikacijų įrenginys, užtikrinantis duomenų mainus per skirtingas komunikacijų sąsajas, bet taip pat matavimo ir valdymo funkcijas gebanti realizuoti įterptinė sistema. ioGateway taip pat yra jungiamas prie CAN tinklo ir per ISOBUS standartą įgalina nuotolinę prieigą prie žemės ūkio mašinų ir padargų diagnostinės informacijos bei generuojamų duomenų srautų (kuro sunaudojimo, tręšimo intensyvumo, geografinių koordinačių ir t.t.) realiuoju laiku.

Prof. Ž.Nakutis paminėjo, kad ioGateway sietuve yra realizuotas serveris, palaikantis OPC UA standartą (https://opcfoundation.org/), kuriam yra prognozuojamas svarbus vaidmuo 4.0 pramonės revoliucijos (angl. Industry 4.0) daiktų interneto (IoT) komunikacijų protokolų šeimoje, taikomajame lygmenyje susiejant automatizavimo ir informacines sistemas.

Daugiau apie projektą ir CLAFIS ioGateway sietuvą galima rasti sveitainėje http://www.clafis-project.eu/.

CLAFIS sistemos su ioGateway taikymo sritys

Panaudojant ioGateway, bevieliu lokaliuoju ryšiu nuskaitomus oro sąlygų (temperatūros, oro drėgmės, vėjo greičio, kritulių kiekio) ir dirvos parametrus bei grybelinių ligų protrūkių tikimybinį modelį grūdinėse kultūrose, suteiks galimybę prognozuoti augalų ligų vystymąsi ir operatyviai rekomenduoti cheminį apdorojimą jų prevencijai.

Panaudojant ioGateway, prijungtą prie žemės ūkio technikos elektroninių magistralių, bus galima vykdyti nuotolinę diagnostiką bei automatizuotą tręšimo ir derliaus apskaitą skirtinguose žemės ūkio lauko zonose.

Panaudojant ioGateway, CLAFIS sistema išmaniojoje gyvulininkystėje galės realizuoti gyvulinių maisto produktų kilmės atsekamumą, gyvulių būsenos stebėseną (mobilumą, temperatūrą ir kt.), bičių avilių stebėseną, tradicinių automatizavimo uždavinių valdymą per išmaniuosius įrenginius su interneto naršykle bei įvairių procesų duomenų archyvavimą.

 

Ateityje KTU EEF komanda sieks išplėsti lietuviškų ūkio valdymo sistemų (angl. FMIS – Farm Management Information System) funkcionalumą, papildant jas ne tik apskaitos, bet ir matavimų, duomenų perdavimo ir valdymo uždaviniais.

Šiuo metu taip pat vystomas išmanaus apšvietimo projektas, kuriame sukurtas sietuvas tampa pagrindine šios sistemos dalimi.