Η ομάδα μας:

Είμαστε οι SteaMakers. Η ομάδα μας αποτελείται από τη Μαρία Μαμάκη, τον Παναγιώτη Μπούγκα και τον Έκτορα Κουτεντάκη. Είμαστε από το πανέμορφο Ηράκλειο Κρήτης και λαμβάνουμε μέρος για δεύτερη συνεχή χρονιά. Η υπεύθυνη συντονίστρια της ομάδας μας είναι η κυρία Ελεάννα Γαντάρη.

Παρουσίαση προβλήματος:

Καθημερινά ερχόμαστε σε επαφή με ειδήσεις, οι οποίες αφορούν κατεστραμμένες καλλιέργειες και μάλιστα με ανεπανόρθωτες ζημιές. Ιδιαίτερα τα τελευταία χρόνια, οι συνέπειες της κλιματικής αλλαγής, έγιναν αισθητά εμφανείς. Οι αγρότες βρίσκονται πολλές φορές εκτεθειμένοι στις αλλαγές του καιρού. Οι προγνώσεις που δίνονται για τον καιρό πολλές φορές δεν είναι έγκυρες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός πως οι μετρήσεις που γίνονται για την πρόβλεψη του καιρού γίνονται σε μετεωρολογικούς σταθμούς, οι οποίοι βρίσκονται κοντά σε αεροδρόμια και λιμάνια. Αυτό όμως δεν καταφέρνει να προσεγγίσει τις καιρικές συνθήκες σε τοπικό επίπεδο με ακρίβεια.

Ο καιρός αποτελεί σύμμαχος αλλά και εχθρός των γεωργών.

Στην Κρήτη, από όπου και καταγόμαστε, η καλλιέργεια της ελιάς  και των πορτοκαλιών είναι αρκετά διαδεδομένες. Η καλλιέργεια των πορτοκαλιών είναι δύσκολη καθώς η ανθοφορία τους γίνεται κατά την περίοδο των χειμερινών μηνών. Υπάρχει λοιπόν, μεγάλος κίνδυνος να δημιουργηθεί παγετός, λόγω των χαμηλών θερμοκρασιών και των μεγάλων ποσοστών υγρασίας που αναπτύσσονται. Με αποτέλεσμα τα άνθη των πορτοκαλιών να καίγονται και να καταστρέφονται.Είμαστε

Έτσι, παρόλο που οι περισσότερες περιοχές της Κρήτης, στις οποίες καλλιεργούνται πορτοκάλια, είναι σε χαμηλό υψόμετρο, συναντάμε κατεστραμμένες καλλιέργειες από παγετούς. Μπορεί να είναι παροδικά φαινόμενα, με μικρή χρονική διάρκεια, όμως αρκετά καταστρεπτικά, με τεράστιες φυσικές και οικονομικές ζημιές.

Στην Κρήτη συναντάμε καλλιέργειες πορτοκαλιών στο νομό Χανίων και συγκεκριμένα στα χωριά, Σκινέ, Φουρνέ, Αλικιανό, Βατόλακκο και στο Μάλεμε. Μάλιστα τα πορτοκάλια του Μάλεμε είναι ΠΟΠ (Προστατευμένη Ονομασία Προέλευσης) προϊόν και αποτελούν τα μόνα πορτοκάλια ΠΟΠ σε όλη την Ελλάδα. Είναι της ποικιλίας Washington Navel και των κλώνων της (Μέρλιν, Ναβελίνες New Hall, Lane Late).

 

Κοινωνικές διαστάσεις προβλήματος:

Σε όλες αυτές τις περιοχές, είναι πολύ σημαντική η συγκεκριμένη αγροτική δραστηριότητα, με πολλούς ανθρώπους να εργάζονται στον πρωτογενή τομέα της γεωργίας.

Μάλιστα, η καλλιέργεια πορτοκαλιού είναι αυξημένης βαρύτητας για τους κατοίκους των χωριών αυτών, για αυτό τον λόγο διοργανώνεται κάθε χρόνο γιορτή πορτοκαλιού.

Λόγω των συνθηκών σε παγκόσμιο επίπεδο, οι τιμές των προϊόντων που έρχονται από το εξωτερικό έχουν αυξηθεί σημαντικά. Επομένως, είναι σημαντικό να υποστηρίζουμε τον πρωτογενή τομέα και τους ανθρώπους που ασχολούνται με αυτόν, ώστε να ενισχυθεί η τοπική κοινότητα και παραγωγή και να αποτραπεί η εγκατάλειψη τέτοιων δραστηριοτήτων, λόγω των δυσκολιών που αντιμετωπίζουν κατά την καλλιέργεια.

Προτεινόμενη λύση:

Μελετώντας το πρόβλημα αυτό, ώστε να βρούμε μια λύση για τους γεωργούς και όχι μόνο, εντοπίσαμε μια ήδη υπάρχουσα λύση, η οποία εφαρμόζεται  στην Πελοπόννησο σε καλλιέργειες πορτοκαλιών. Αναφερό

μαστε στην κατασκευή των ανεμομεικτών, οι οποίοι δημιουργήθηκαν με σκοπό την αντιπαγετική προστασία καλλιεργειών.

Το φαινόμενο του παγετού, συμβαίνει κυρίως τις περιόδου του χειμώνα και της άνοιξης και κυρίως τις ώρες της νύχτας. Όταν στον ουρανό δε υπάρχουν σύννεφα είναι πιο εύκολο να διαφύγει η θερμότητα, σε μορφή ακτινοβολίας, προς το διάστημα.  Κατά αυτόν τον τρόπο, το έδαφος χάνοντας τη θερμοκρασία του, επιτρέπει τη δημιουργία  ψυχρών στρωμάτων αέρα.  Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, το υγρό που βρίσκονται στους ιστούς των φυτών,  όταν η θερμοκρασία φτάσει κάτω του μηδενός, να αρχίσει και κρυσταλοποιείται και να προκαλεί την αφυδάτωση του φυτού.

 

Καθώς οι αέριες που βρίσκονται σε μεγαλύτερο υψόμετρο

δεν επηρεάζονται από την πτώση της θερμοκρασίας του εδάφους, παραμένοντας θερμές, τέθοντας σε τη λειτουργία τους ανεμομείκτες, εκείνοι θα μεταφέρουν τις θερμές αυτές μάζες προς το έδαφος. Έτσι, θα αποτραπεί η δημιουργία παγετού.

Η δικιά μας ιδέα, είναι η επέκταση της κατασκευής αυτής, με την προσθήκη ενός σταθμού για τη συλλογή δεδομένων των καιρικών συνθηκών.  Ο σταθμός αυτός θα περιέχει αισθητήρες (θερμοκρασίας, υγρασίας περιβάλλοντος, υγρασία εδάφους, βαρομετρικής πίεσης, ταχύτητα ανέμου),  οι οποίοι θα δίνουν τιμές για τις συνθήκες του περιβάλλοντος που βρίσκονται. Τα δεδομένα αυτά, θα αποθηκεύονται σε μια βάση δεδομένων, με σκοπό την ανάλυση τους και την εκγύμναση του συστήματος με στόχο την δυνατότητα πρόβλεψης. Αυτό θα καταστήσει αυτόνομο το σύστημά μας και θα μπορέσει θα ενεργοποιεί τους ανεμομείκτες, νωρίτερα με την σίγουρη αποφυγή του παγετού.

Η επιστημονική μας τοποθέτηση, είναι να υπάρχουν τέτοιοι σταθμοί ανά κάποια στρέμματα, με σκοπό τη μαζικότερη ανάκτηση περιβαλλοντικών δεδομένων

και τη συγκέντρωσή τους στη βάση δεδομένων μας. Αυτό θα βοηθήσει στην καλύτερη εκγύμνασης του συστήματος και στην ανακάλυψη του μικροκλίματος της κάθε περιοχής που αυτό θα τοποθετείται.

Εξαρτήματα:

Αισθητήρας Υγρασίας & Θερμοκρασίας DHT11

Ο πιο οικονομικός αισθητήρας Υγρασίας και Θερμοκρασίας. Χρησιμοποιείται για την μέτρηση της υγρασίας και της θερμοκρασίας του χώρου με ψηφιακή έξοδο. Το εύρος υγρασίας που μετράει είναι 20-80% και το εύρος της θερμοκρασίας είναι 0-50 °C. Η τροφοδοσία κυμαίνεται μεταξύ 3.0V έως 5.0V DC. Συμβατός με τις περισσότερες αναπτυξιακές πλακέτες, όπως Arduino, Raspberry.

Αισθητήρας Υγρασίας Εδάφους

Αυτός είναι ένας απλός αισθητήρας νερού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση της υγρασίας του εδάφους όταν η μονάδα ελλειμματικής υγρασίας του εδάφους εξάγει υψηλό επίπεδο και αντίστροφα χαμηλή απόδοση.

Αισθητήρας Βαρομετρικής Πίεσης I2C – BME180

Η μέτρηση της απόλυτης πίεσης του περιβάλλοντος χρησιμοποιώντας ένα ψηφιακό βαρόμετρο όπως αυτό έχει μερικές ενδιαφέρουσες εφαρμογές. Μετατρέποντας τη μετρούμενη πίεση σε υψόμετρο, έχετε έναν αξιόπιστο αισθητήρα για τον προσδιορισμό του ύψους.

Χρησιμοποιώντας το I2C, η συσκευή παρέχει πίεση και θερμοκρασία ως τιμές 16 bit, οι οποίες χρησιμοποιούνται μαζί με τα δεδομένα βαθμονόμησης εντός της συσκευής για την παροχή υπολογισμού υψομέτρου με αντιστάθμιση θερμοκρασίας.

Φωτοβολταϊκό

Υψηλής απόδοσης ενθυλακωμένο ηλιακό πάνελ, που παρέχει αρκετή ισχύ για DIY. Επιφάνεια επεξεργασμένη με υπεριώδη ακτινοβολία και ανθεκτική πλακέτα PCB αδιάβροχη.

ESP32 Development Board – DEVKIT V1

Το Esp32 DevKit v1 είναι μία από της πλακέτες ανάπτυξης που δημιουργήθηκαν για την αξιοποίηση του ESP-WROOM-32 module. Βασίζεται στον μικροελεγκτή ESP32 που διαθέτει και υποστηρίζει Wifi, Bluetooth και είναι χαμηλής ισχύος, σε ένα μόνο τσιπ.

Waveshare Αισθητήρας Υπεριώδους Ακτινοβολίας

Αυτός ο αισθητήρας μετρά την ένταση της υπεριώδους ακτινοβολίας. Όταν αυξάνεται η ένταση υπεριώδους ακτινοβόλίας του  περιβάλλοντος, ενισχύεται η τάση εξόδου

Motor 3-6V DC 12000-30000rpm with Wires

Διαδικασία

Ξεκινήσαμε συνδέοντας τους αισθητήρες, δημιουργώντας το κύκλωμα του συστήματός μας.

Προχωρήσαμε στην εκγύμναση του συστήματός μας. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήσαμε για αυτό τον σκοπό, ήταν δεδομένα από μια βάση, η οποία διέθετε τιμές ανάλογων αισθητήρων με αυτούς που χρησιμοποιήσαμε στη δική μας κατασκευή. Υπήρχε η δυνατότητα επιλογής τοποθεσίας, όπου και επιλέξαμε τα Χανιά. Τα δεδομένα αφορούσαν μια χρονιά και μελετούσαν, τη θερμοκρασία, την υγρασία, την ατμοσφαιρική πίεση την υγρασία και τη νεφοκάλυψη. Τα δεδομένα αυτά κάλυπταν 2.219 γραμμές.

Εκόνα 1.

Για την εκγύμναση του συστήματος μας χρησιμοποιήσαμε το Orange, το οποίο είναι ένα λογισμικό ανοικτού κώδικα, γραμμένο σε Python. Χρησιμοποιείται στο τομέα της μηχανικής μάθησης και εξόρυξης δεδομένων. Επίσης, αποτελεί ένα ελεύθερο λογισμικό. Οι παραπάνω ήταν και οι λόγοι που επιλέξαμε το λογισμικό αυτό.

Αρχικά εισαγάγαμε το αρχείο μας και για να το ανοίξουμε και να το μελετήσουμε, χρησιμοποιήσαμε ένα πίνακα. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήσαμε ένα scatter plot, με σκοπό να αναλύσουμε τα δεδομένα μας. Αφού η δημιουργία παγετού, γίνεται όταν στο περιβάλλον υπάρχει χαμηλή υγρασία κοντά στο μηδέν, λόγω απώλειας θερμότητας εξαιτίας της μη νεφοκάλυψης (καθαρός ουρανός από σύννεφα) και με υψηλή υγρασία.  Πήραμε το παρακάτω σχεδιάγραμμα.

 

Εικόνα 2.

 

Επίσης, χρησιμοποιήσαμε ένα εργαλείο, το οποίο ονομάζεται “decision tree”.  Από αυτό πήραμε το παρακάτω σχεδιάγραμμα.

 

Εικόνα 3.

 

Με αυτές τις πληροφορίες, προχωρήσαμε στην ομαδοποίηση των δεδομένων μας με σκοπό την εκγύμναση του συστήματός μας, ώστε να κατηγοριοποιεί κάθε νέο δεδομένο με τη συγκεκριμένη ταξινόμηση. Αυτή η κατηγοριοποίηση έγινε σε όλα τα δεδομένα.

Εικόνα 4.

 

Μετά από αυτή τη διαδικασία εισαγάγαμε ένα νέο αρχείο και προσθέσαμε το εργαλείο των προβλέψεων. Με αυτό τον τρόπο, καταφέραμε το σύστημά μας να μας κατηγοριοποιήσει αυτόματα τα νέα μας δεδομένα. Αυτό είναι αυτό που λάβαμε.

Εικόνα 5.

Τελικό σχέδιο με τα εικονίδια—εργαλεία που χρησιμοποιήσαμε στο Orange.

 

Εικόνα 6.

Δημιουργία εφαρμογής:

Δημιουργία εφαρμογής, με δηνατότητα ζωντανής μετάδοσης δεδομένων, με σκοπό τον έλεγχο λειτουργίας του συστήματός μας. Τα δεδομένα προέρχονται από τη βάση δεδομένων μας, που δημιουργήθηκε για αυτόν τον σκοπό.

Περιορισμοί:

Οι περιορισμοί που συναντήσαμε ήταν κυρίως στην επιλογή του μικροελεγκτή.

Αρχικά σχεδιάσαμε το project μας με βάση τον μικροελεγκτή του micro:bit .  Προχωρώντας όμως με την υλοποίηση του, μας ήρθαν και άλλες ιδέες, οι οποίες είχαν περισσότερες απαιτήσεις από τις δυνατότητες του micro:bit . Μια από αυτές ήταν η δυνατότητα σύνδεσης της πλακέτας με το internet. Έτσι, αποφασίσαμε, μετά την έρευνά μας, να χρησιμοποιήσουμε την πλακέτα ESP 32 και να προχωρήσουμε με τις ιδέες μας για σύνδεση και μεταφορά των δεδομένων που λαμβάνονται από τους αισθητήρες του σταθμού μας, στη βάση δεδομένων μας.

 

Μελλοντικά σχέδια

Σκοπεύουμε να συλλέξουμε περισσότερα δεδομένα με σκοπό να γυμνάσουμε καλύτερα το σύστημά μας να ανταποκρίνεται σε κάθε περίπτωση.  Αλλά και να προσθέσουμε περισσότερους αισθητήρες με στόχο να εντοπίσουμε και να ανιχνεύσουμε καλύτερα το περιβάλλον που μελετάμε.