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Tipo: Tese de Doutorado
Título: Aplicação de uma rede de sensores sem fios como instrumento de medição de teor água de uma cultura agrícola
Autor(es): Joao Carlos Giacomin
Primeiro Orientador: Flavio Henrique Vasconcelos
Resumo: Este trabalho apresenta os resultados de uma pesquisa para o desenvolvimento de um método de medição do teor de água de culturas agrícolas, o qual utiliza os sinais de rádio empregados na comunicação de uma rede de sensores sem fios (RSSF), sendo aplicável em agricultura de precisão. Uma RSSF instalada em um campo agrícola pode trabalhar de forma autônoma por mais de um ano, coletando informações do campo e transmitindo-as até uma central de coletade dados (ponto de acesso). Neste tipo de aplicação, os dados são transmitidos por ondas de rádio (RF) passando por vários nós da rede (chamados nós sensores) até chegar ao ponto de acesso. A transmissão de dados por rádio requer cuidado com a qualidade da comunicação,visto que os sinais de RF se dispersam à medida que aumenta a distância percorrida, além de serem atenuados pela vegetação. Uma vez que a umidade das plantas e a quantidade devegetação presente no caminho de propagação de RF influenciam diretamente a atenuação, a medição desta pode ser usada para se obter informações sobre o estado vegetativo e o conteúdo de água da cultura agrícola. A proposta deste trabalho consiste em se utilizar a medição da atenuação do sinal de RF de uma RSSF para se estimar o volume de água contidona vegetação de uma cultura agrícola, como a do milho. Um conjunto de tais medições deveser feito, utilizando alguns pares de nós sensores, os quais estejam distribuídos em uma regiãodo campo agrícola, considerada uniforme, de forma a se obter um valor médio, representativodas características da vegetação naquela região. Vários trabalhos foram desenvolvidos emdécadas passadas empregando sistemas monolíticos baseados em radares, os quais utilizavama medição de intensidade de sinal de microondas para estimação do teor de água de culturasagrícolas. Diferentemente desses, utiliza-se neste trabalho um sistema distribuído de medição,baseado em uma rede de sensores sem fios, a qual tenha sido depositada em um campoagrícola com a finalidade de obtenção de dados diversos. A medição do teor de água da vegetação é obtida sem a necessidade de sensores adicionais, não implicando, portanto, emaumento de custo. O texto apresenta a formulação teórica que relaciona o volume de água na vegetação à atenuação das ondas de rádio. São apresentados um modelo de propagação e um modelo de medição do teor de água da vegetação utilizando-se as informações de intensidadede sinal recebido nas comunicações entre os nós de uma RSSF. Vários experimentos foram conduzidos em campos de produção de milho, dos quais foram obtidos resultados que confirmam a viabilidade da proposta.
Abstract: This text presents the results of a research for development of a measuring method of agricultural crop water content, which utilizes radio signals employed in the communication of a wireless sensor network (WSN), which has application in precision agriculture. A WSN installed in a crop field may function autonomously for more than a year taking soil, weather and plant measurements, and transmitting these data towards a collecting point (or access point). In this kind of application, data are transmitted over radio waves (RF) passing throw a number of nodes of the network (called sensor nodes) until they reach the access point. RFdata transmission requires attention to communication quality, because RF signals spread along their way, besides being attenuated by vegetation. As long as plants moisture and the amount of vegetation in the way of RF propagation directly influence the attenuation, its measurement can be used to obtain information about plant status. The proposal of this work is to utilize the RF signal attenuation measurement of a WSN to estimate vegetation water content of an agricultural crop, as corn and soy. A number of such measurements have to be made, employing a set of pairs of sensor nodes, which are deployed in a region of the agricultural field, considered uniform, in order to obtain a mean value that represents the desired characteristic of the vegetation present in that region. Many works were developed in past decades employing monolitc systems based on radars, which used microwave signalintensity measurements to estimate the water content of agricultural crops. Differently of that, in this work it is used a distributed measurement system based in a wireless sensor network, which had been deployed in an agricultural crop field in order to collect a variety of data. The vegetation water content measuring is made without need of additional sensors, resulting in no additional cost. The text presents the theoretical formulation relating vegetation water content to the attenuation of radio waves. A propagation model is presented, as well as a measuring model of vegetation water content employing the information of the receivedsignal intensity of the communications between the WSN nodes. Several experiments were conducted in corn crop fields, in which the obtained results confirmed the proposal viability.
Assunto: Engenharia elétrica
Idioma: Português
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8CCFTK
Data do documento: 25-Mai-2007
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