Role of spatial data uncertainty in executions of precision farming operations

Tutkimustuotos

Tutkijat

  • Jere Kaivosoja

Organisaatiot

Kuvaus

Tässä väitöskirjassa tarkastellaan peltoviljelytoimenpiteisiin liittyvän paikkatiedon laatua. Tyypillisesti pelto halutaan työstää joko mahdollisimman tasaisesti, tai täsmäviljelymenetelmien avulla paikkakohtaisesti suunnitellun tarpeen mukaan. Kunkin peltotoimenpiteen lopputuloksessa on kuitenkin paljon epävarmuutta. Tämä hankaloittaa erityisesti täsmäviljelymenetelmien kehittämistä sekä arviointia. Tämä väitöskirja lähestyy tätä ongelmakenttää paikkatiedon epävarmuustarkastelun näkökulmasta hyödyntäen paikkatiedon laadun standardisoituja mittausmenetelmiä. ISO 19157:2013 standardi määrittelee paikkatiedon laadun pääelementit. Tässä väitöskirjassa näitä laatuelementtejä selvitettiin tutkimalla soveltuvia peltoviljelyteknologian tapaustutkimuksia. Tällä tavoin saatiin käsitys eri laatuelementtien merkittävyydestä sekä vaikutuksesta peltoviljelyn kokonaislaatuun. Näissä teknologialähtöisissä tapaustutkimuksissa tutkittiin kaukokartoitusaineistojen hyödyntämistä täsmäviljelyssä, satelliittipaikannusjärjestelmien hyödyntämistä peltonavigoinnissa, sekä viljelijöiden käytännön työn tarkkuuksia. Kaukokartoitusaineistoina käytettiin satelliittikuvia sekä droonien avulla kerättyä tavallista näkyvän valon dataa, hyperspektridataa sekä laserkeilausta. Näitä aineistoja yhdistettiin maatilan paikkakohtaisiin tietoihin, sekä viljelijän hiljaiseen tietoon. Ajallista laatua ja aikakriittisyyttä tarkasteltiin tässä työssä toteuttamalla ulkopuolisia paikkatietoaineistoja reaaliajassa hyödyntävä ISOBUS-standardin mukaisen työkoneohjaimen prototyyppi. GNSS paikannuksen aiheuttamaa epävarmuutta tarkasteltiin luomalla realistinen GNSS-virhesimulaattori liikkuvaan ympäristöön. Tutkimuksissa havaittiin, että viljelijät ajavat työkoneiden työlinjat keskimäärin 10 % päällekkäin. Erilaisten ohjausavustimien avulla tästä voidaan vähentää noin puolet. Suurimpana epävarmuustekijänä oli täsmäviljelysäätötasojen paikkakohtainen määrittäminen. Tätä temaattista tarkkuutta selvitettiin vertaamalla eri menetelmillä samaan tarkoitukseen laskettuja täsmäviljelytyötehtäviä keskenään. Nämä työtehtävät vaihtelivat keskimäärin 22 %. Työtehtävien täydellisyys tulkittiin tässä tutkimuksessa vastaavan työtehtävän laajuutta. Ajallinen laatu oli täysin riippuvainen käyttötapauksista. Lopputulokset viittaavat siihen, että teknologian näkökulmasta peltoviljelyn ja erityisesti täsmäviljelyn kannattavuutta voitaisiin kehittää merkittävästi. Yksittäisen täsmäviljelytoimenpiteen kannattavuudeksi laskettiin noin 31€/ha, mikä oli vain n. 23 % ideaalista tilanteesta, jossa paikkatiedon laatuun ei liittyisi epävarmuutta. Käytännön tulosten mukaan työkoneen tehtävän tarkkuus oli 61 % teoreettiseen optimiin verrattuna. Lopputulosten perusteella nähdään, että teknologioissa on vielä huomattavasti kehitettävää, ennen kuin todellisia täsmäviljelysovellutuksia pystytään kehittämään ja aukottomasti arvioimaan.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8840-2
Sähköinen ISBN978-952-60-8841-9
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • paikkatiedon laatu, maatalous, täsmäviljely

ID: 39400573