Современные промышленные теплицы уже трудно представить без цифрового контроля. На больших площадях нужно постоянно отслеживать температуру, влажность воздуха и почвы, содержание углекислого газа, работу систем освещения и отопления. Чем крупнее комплекс, тем сложнее опираться на визуальные оценки и точечные измерения. Нужен непрерывный мониторинг, когда сеть датчиков снимает показания в реальном времени, а система управления немедленно реагирует - приоткрывает форточки, включает отопление, корректирует полив.
От точности этих решений зависит не только урожай и качество продукции, но и затраты на электроэнергию и ресурсы, то есть рентабельность бизнеса. Однако за внешней простотой идеи - расставить датчики и собирать показания - скрываются серьезные технологические требования. В зависимости от площади теплицы и ее конфигурации счет сенсоров идет на десятки и сотни. Их нужно разместить так, чтобы они стабильно обменивались данными по беспроводным каналам, не расходуя при этом слишком много энергии.
Влияют и особенности самой теплицы. Радиосигналу мешает густая растительность, металлические конструкции, перепады температуры и влажности. По мере роста растений зеленая масса становится плотнее, фактически превращаясь в "живой экран", который меняет условия прохождения сигнала. В результате пакеты данных могут задерживаться, теряться, а это снижает точность управления микроклиматом и создает риск для стабильности производственного процесса.
Команда СтГАУ решила сделать сенсорную сеть устойчивой к этим факторам. Речь идет не просто о подборе оборудования, а о создании математических моделей и алгоритмов, которые позволят системе реагировать на изменения среды без постоянного вмешательства человека. Предполагается, что датчики смогут сами распределять энергопотребление, менять мощность передачи в зависимости от текущих условий и выбирать наиболее надежные маршруты доставки данных к центральному узлу. Если где-то из-за подросших растений или локальных помех связь проседает, сеть должна перестроиться, найдя обходные пути. Проект поддержал Российский научный фонд, а реализовать его рассчитывают до 2028 года.
Особое внимание уделяется как раз влиянию роста растений на показатели. В традиционных проектах беспроводных сетей среда передачи сигнала считается относительно стабильной, и поэтому инженеры изначально проектируют сеть под заданные условия. В теплице это не так - через несколько недель после высадки рассады конфигурация среды уже другая, а через пару месяцев она меняется снова. Ученые СтГАУ моделируют, как трансформируется распространение радиосигнала по мере увеличения зеленой массы, и закладывают эти зависимости в алгоритмы. По сути, система должна предугадывать, как будет вести себя связь через какое-то время, и заранее корректировать параметры работы.
Проект реализуют с опорой на практический опыт. Исследовательскую работу ведет научный коллектив под руководством проректора университета Владимира Самойленко. В команде также профессор Владимир Федоренко, декан факультета цифровых технологий Сергей Аникуев, доцент Ирина Самойленко, а еще студенты, которые получают возможность включиться в решение реальной научно-прикладной задачи. Стратегическим партнером выступает компания "Солнечный дар". Это позволяет испытывать технологии в действующих комплексах, а не только в лаборатории, что важно для последующего внедрения.
- Для нас значимо, что такие проекты реализуются в сотрудничестве с индустриальными партнерами и ориентированы на практическое внедрение. Разрабатываемые решения помогут сделать тепличное производство более технологичным, энергоэффективным и устойчивым, - отметил ректор СтГАУ Владимир Ситников.
Энергоэффективность теплиц сегодня важна не менее агрономии. Высокотехнологичные комплексы - это сложные инженерные сооружения с системами отопления, досветки, вентиляции. Ошибка в управлении микроклиматом оборачивается не только стрессом для растений, но и лишними расходами. Интеллектуальная система мониторинга, способная точнее оценивать состояние среды и оперативно передавать эти данные в управляющие модули, потенциально снижает перерасход энергии и ресурсов. Для предприятий это большое конкурентное преимущество.