توسعه سامانه پایشگر جرمی عملکرد کمی چغندرقند و پهنه بندی کمی و کیفی محصول

اولویتهای اصلی در کشاورزی، افزایش میزان عملکرد و کاهش هزینه های تولید است. بکارگیری کشاورزی دقیق و تهیه نقشه عملکرد (پهنه بندی) کمی و کیفی از مهمترین راههای دستیابی به این اهداف میباشد. با توجه به اهداف پژوهش، ابتدا سامانهای ساخته شد که به صورت لحظهای میزان عملکرد وزنی را اندازهگیری میکند. تفاوت این سیستم با سامانه های مشابه این است که کل قطعات از جمله شاسی و بارسنجها، کاملاً در بیرون شاسی بالابر قرار گرفته اند که امکان گیر کردن احتمالی محصول و یا سایر مواد اضافی با اجزای سامانه را به حداقل میرساند. با توجه به ثابت بودن شیب نوار نقاله، در این سامانه از دو حسگر بارسنج در دو طرف نوار نقاله استفاده گردید. برای سنجش سرعت نوار نقاله یک حسگر مغناطیسی در کنار محور محرک نوار نقاله قرار داده شد. همچنین سرعت خطی ماشین برداشت، با نصب یک حسگر مغناطیسی درون رینگ چرخ، اندازهگیری گردید. با توجه به ارتعاشات مکانیکی ماشین برداشت و تاثیر آن بر دادههای وزنی، در ابتدا محدوده بسامدی مربوط به ثبت وزنها با حرکت دادن سه وزنه مختلف بر روی نوار نقاله و تحلیل سیگنالهای برداشت شده بدست آمد. با تعیین محدوده بسامدی دلخواه، دیگر بسامدها که به عنوان نوفه عمل میکردند با بهره گیری از یک فیلتر پایینگذر باترورث و با بسامد قطع 8/0 هرتز حذف شدند. پس از واسنجی تمامی حسگرها و مجموعه دستگاه اندازهگیری در کارگاه، ارزیابی نهایی پایشگر عملکرد در مزرعه انجام شد. با تحلیل نتایج، میانگین و انحراف معیار خطا به ترتیب 48/6 درصد و 52/1 بدست آمد. میزان خطایی که میتواند با واسنجی تصحیح شود، در همه آزمایشها بین محدوده 06/5- تا 90/8- درصد گزارش گردید. این نشانه آن است که سامانه همیشه بیشبرآوردی را در اندازهگیری وزن نشان میدهد. با تغییر جزئی در نوار نقاله یا به صورت نرمافزاری امکان کاهش آن وجود دارد که در این پژوهش به صورت نرم افزاری انجام شد. با استفاده از داده های عملکرد لحظه ای، سرعت نوار نقاله، سرعت ماشین برداشت، موقعیت مکانی و با بهرهگیری از نرمافزارهای labview و arcmap 9.3، نقشه عملکرد کمی محصول تهیه شد. متوسط عملکرد کل مزرعه t/ha 46 تعیین گردید و با توجه به خطای متوسط 48/6 و تصحیح نرم افزاری ، این مقدار t/ha 7/42 گزارش شد که با مقایسه متوسط عملکرد واقعی مزرعه، 2 درصد اختلاف وجود داشت. نقشه عملکرد کمی تغییرات قابل توجهی را در مزرعه نشان داد. با مقایسه نقاط مختلف در این مزرعه اختلاف 8 تن در هکتار نیز مشاهده گردید که نشان میدهد امکان بکارگیری مدیریت موضعی مزرعه برای افزایش یکنواختی تولید وجود دارد. در مرحله نخست بخش دوم پژوهش، با پهنه بندی عملکرد کیفی که به صورت نمونه برداری استاندارد معمول انجام شد، نقشه عملکرد تهیه گردید و نشان داد که عیار قند محصول در نواحی مختلف مزرعه متفاوت میباشد. البته تغییرات نقطه به نقطه عیار کم بوده ولی بین چند ناحیه مشخص، اختلاف قابل توجهی بدست آمد. میزان عیار قند در یک بخش از مزرعه در محدوده 5/10- 7/9 و در وسط مزرعه به میزان 8/14- 13 درصد حاصل شد. در مرحله دوم این بخش، سنجش عیار ریشههای چغندر قند با بکارگیری طیفسنج فروسرخ نزدیک ((nir در محدوده طول موج nm1700-900 مورد بررسی قرار گرفت. این بخش از پژوهش صرفاً برای بررسی پتانسیل طیفسنجی در تهیه نقشه عملکرد کیفی انجام شد. بدین منظور لایه هایی به ضخامت 1 سانتیمتر از قسمت طوقه تهیه و توسط دستگاه اسپکترومتر، طیفسنجی گردید. در این بخش با دو روش مدلسازی خطی حداقل مربعات نسبی ((pls و غیر خطی شبکه عصبی (ann)، مدلسازی پارامترهای کیفی شامل میزان قند (sc) و مواد جامد قابل حل (ssc) انجام شد. نتایج نشان داد که هر دو مدل توانایی تخمین مناسب پارامترهای کیفی را دارند ولی روش غیر خطی شبکه عصبی اندکی بهتر عمل کرد. از میان پیشپردازشهای مطرح در طیفسنجی، روش تصحیح پراکنش افزاینده (msc) بهترین نتایج را در تشخیص مقدار ssc (95/0=r، 7/1=rmsep و 6/2=sdr) و sc (84/0=r، 8/1=rmsep و 5/2=sdr) ارائه داد. با توجه به مقدار sdr، در میان پیشپردازشها به ترتیب اولویت، مشتق دوم (2d)، نرمالسازی برداری (vn)، حذف جابجایی ثابت (coe) و مشتق اول (1d) مناسب پیشپردازش تشخیص داده شدند. در استفاده از مدل غیر خطی شبکه عصبی، ابتدا توسط تکنیک pca مولفههای اصلی استخراج و به عنوان ورودیهای شبکه در نظر گرفته شدند. نتایج نهایی نشان داد که مدل شبکه عصبی در برآورد مقدار ssc (95/0=r، 9/0=rmsep و 11/5=sdr) و sc (85/0=r، 26/1=rmsep و 5/3=sdr) توانایی خوبی نسبت به مدل خطی pls دارد. تشخیص میزان قند موجود در ریشهها به روش طیفسنجی، میتواند جایگزین مناسبی برای روشهای آزمایشگاهی معمول باشد و همچنین امکان بکارگیری آن در صنعت مربوط به تولید قند نیز وجود داد.