İÇİNDEKİLER 1 GİRİŞ VERİ TOPLAMA TEKNOLOJİLERİ GİRİŞ... 12

Transkript

1 I İÇİNDEKİLER 1 GİRİŞ HASSAS TARIM TEKNOLOJISININ KAPSAMI TARIM VE ÇEVRE HASSAS TARIM TEKNOLOJISININ TANIMI ANAHTAR KELIME DEĞIŞKENLIK HASSAS TARIM TEKNOLOJISI İLE SAĞLANABILECEK YARARLAR HASSAS TARIM TEKNOLOJISININ BILEŞENLERI VERİ TOPLAMA TEKNOLOJİLERİ GİRİŞ KONUM BELİRLEME SİSTEMLERİ Giriş Yer Esaslı Konum Belirleme Sistemleri Uydu Esaslı Konum Belirleme Sistemleri VERİM GÖRÜNTÜLEME VE HARİTALAMA TEKNOLOJİLERİ Giriş Ürün Verimini Belirlemede Kullanılan Yöntemler Verim Görüntüleme Sistemini Oluşturan Elemanlar Verim Değerinin Hesaplanması Verim Haritalama Uzaktan Algılama Yöntemi İle Verim Haritalama Verim Haritalarının Doğruluğu ve Güvenilirliği Verim ve Kârlılık Haritaları TOPRAK ÖRNEKLEME VE TOPRAK ÖZELLİKLERİNİN HARİTALANMASI Giriş Toprak ve Bitki Gelişimi Toprak Örnekleme Yöntemleri Toprak Örnekleme Yöntemine Etki Eden Faktörler Otomatik Toprak Örnekleme Araçları... 71

2 II Toprak Özelliklerinin Haritalanması Toprak Analizinde Hareketli Algılayıcı Kullanımı Toprak Özellikleri ile İlgili Hassas Tarım Teknolojileri Uygulamaları UZAKTAN ALGILAMA TEKNOLOJİLERİ Giriş Uzaktan Algılamanın Kullanım Alanları Uzaktan Algılama Sistemlerinin Çalışma İlkesi Uzaktan Algılama Sistemlerinin Sınıflandırılması Uzaktan Algılama Sisteminin Başarısı Uzaktan Algılama Verilerinin Kullanımı Uzaktan Algılama Veri Kaynakları Vejetasyon İndeksi Sayısal Yükselti Modeli Uzaktan Algılamanın Hassas Tarımda Kullanım Örnekleri TARLA VE ÜRÜN KOŞULLARINI BELİRLEME TEKNOLOJİLERİ Giriş Tarla ve Ürün Koşullarını Belirleme Yöntemi Tarla ve Ürün Koşullarını Belirleme Konusunda Yapılan Çalışmalar VERİ İŞLEME VE KARAR VERME TEKNOLOJİLERİ COĞRAFİ BİLGİ SİSTEMLERİ (CBS) Giriş CBS nin Genel Kullanım Alanları CBS nin Tarım Amaçlı Kullanım Alanları CBS Bileşenleri CBS Veri Şekilleri CBS ile Yapılan İşlem Basamakları CBS ile Veri İşleme Ara Değer Bulma Yöntemleri Coğrafi Koordinat Sistemleri Referans Yüzeyi (Datum) Harita İzdüşümü Harita Ölçeği

3 III Veri Kaydı Bazı CBS Yazılımları ve Özellikleri CBS İle Harita Oluşturma Hassas Tarım Teknolojilerinde CBS Kullanımına İlişkin Örnekler HASSAS TARIM TEKNOLOJİLERİNİN UYGULANMASI DEĞİŞKEN DÜZEYLİ UYGULAMA (DDU) Giriş Değişken Düzeyli Uygulama (DDU) Yöntemleri Değişken Düzeyli Uygulama (DDU) Yöntemlerinin Karşılaştırılması Değişken Düzeyli Tarım Makinesinin Bileşenleri Değişken Düzeyli Uygulama Sistemleri Değişken Düzeyli Uygulamada Dikkate Alınması Gereken Faktörler Değişken Düzeyli Uygulayıcıların Uygulama Çözünürlüğü Değişken Düzeyli Uygulama Örnekleri OTOMATİK DÜMENLEME Giriş Otomatik Dümenleme Sistemleri Tam Otomatik Dümenlemenin Sağladığı Yararlar Otomatik Dümenleme Yöntemleri HASSAS TARIM TEKNOLOJİLERİNİN ADAPTASYONU, EKONOMİKLİĞİ VE DÜNYADA KULLANIM DURUMU HASSAS TARIM TEKNOLOJİSİNİN ADAPTASYONU VE EKONOMİKLİĞİ Giriş Hassas Tarım Teknolojisinin Adaptasyonu Etkileyen Faktörler Hassas Tarım Teknolojisinin Adaptasyon Durumu Hassas Tarım Teknolojilerine Geçiş Hassas Tarım Teknolojisinin Ekonomikliği

4 IV 5.2 HASSAS TARIM TEKNOLOJİLERİNİN DÜNYADA KULLANIM DURUMU Giriş ABD Arjantin Avustralya Brezilya Almanya Danimarka Güney Kore Güney Afrika Türkiye KAYNAKLAR KISALTMALAR HASSAS TARIM TEKNOLOJİLERİ TEKNİK TERİMLER SÖZLÜĞÜ İNGİLİZCE TÜRKÇE TEKNİK TERİMLER SÖZLÜĞÜ TÜRKÇE - İNGİLİZCE TEKNİK TERİMLER SÖZLÜĞÜ

5 V ŞEKİL DİZİNİ Şekil 1. Kazova da bir tarlada toprak azot düzeyi değişimi... 8 Şekil 2. Hassas Tarım Teknolojileri Şekil 3. Bir tarım makinesi için yer esaslı konum belirleme sistemi Şekil 4. El tipi GPS alıcısı ve Arazi donanımlı GPS alıcısı Şekil 5. Cep telefonlu GPS alıcısı ve kol saatli GPS alıcısı Şekil 6. GPS uydularının dünya etrafındaki yerleşimi ve bir GPS uydusu Şekil 7. Uydu sinyali ile alıcının ürettiği sinyal arasındaki zaman farkı Şekil 8. Atmosferde bulunan gazların uydudan gönderilen sinyallerde geciktirme etkisi Şekil 9. Radyo sinyallerinin birden fazla yolla alıcıya ulaşması Şekil 10. Uyduların birbirine yakın olması ile artan hata Şekil 11. Kasıtlı hatanın (SA) kaldırılmasından önce ve sonra konum belirleme hata değerleri Şekil 12. Yer esaslı hata düzeltme yöntemi Şekil 13. Hata düzeltme sinyalinin AM radyo dalgaları ile alıcıya iletimi Şekil 14. Hata düzeltme sinyalinin FM radyo dalgaları ile alıcıya iletimi Şekil 15. Uydu esaslı hata düzeltme yöntemi (SBAS) Şekil 16. Dairesel hata olasılığı (CEP) Şekil 17. GPS konumunun normal frekans dağılımı Şekil 18. Bir GNSS alıcısının bilgisayara bağlanması Şekil 19. GNSS alıcısından veri okumak amacıyla kullanılacak bir programın akış diyagramı Şekil 20. Verim görüntüleme/haritalama sisteminin temel elemanları Şekil 21. Çarpma kuvveti ilkesiyle çalışan ürün miktarı algılayıcısı Şekil 22. Yük hücresi esaslı bir verim ölçüm sistemi Şekil 23. Yerfıstığı hasat makinesinde kütle değişimini ölçmek amacıyla depo altına yerleştirilen yük hücreleri Şekil 24. Yerfıstığı hasat makinesinde ağırlık değişimini ölçmek amacıyla depo altına yerleştirilen yük hücreleri Şekil 25. Yumrulu ve yeşil yem bitkileri hasadında kullanılan yük hücrelerine sahip bir tarım arabası Şekil 26. Şekerpancarı hasat makinesinde kullanılan bir verim ölçüm sistemi Şekil 27. Patates hasat makinesinde kullanılan bir verim ölçüm sistemi... 45

6 VI Şekil 28. Kuvvet ölçümü esasına dayanan bir ürün miktarı algılayıcısı Şekil 29. Biçerdöverlerde kullanılan optik esaslı verim ölçüm sistemi Şekil 30. Biçerdöverlerde kullanılan optik esaslı ve çarklı ürün akış ölçüm sistemi Şekil 31. Pamuk hasat makinelerinde kullanılan optik esaslı verim ölçüm sistemi Şekil 32. Nükleer esasla çalışan ürün miktarı algılayıcısı Şekil 33. Biomas verimi ölçümünde kullanılan sarkaç yöntemi Şekil 34. İki ayrı tip kapasitans esaslı nem algılayıcısı Şekil 35. Manyetik esaslı hız algılama sistemi Şekil 36. Radar ve ultrasonik esaslı hız ölçüm sistemi Şekil 37. Görüntü işleme esaslı hız belirleme yöntemi Şekil 38. Bir biçerdöverde yer alan ürün kaybı algılayıcısı Şekil 39. Ultrasonik esasla çalışan bir iş genişliği algılayıcısı Şekil 40. Biçerdövere yerleştirilen ürün yoğunluğu ölçüm algılayıcısı Şekil 41. Örnek bir verim haritası Şekil 42. Yerfıstığı verim ve kazanç haritası Şekil 43. Toprak sıkışıklığı ölçüm sisteminin şematik diyagramı Şekil 44. Geonics EM-38 elektromanyetik EC ölçer Şekil 45. DUALEM-1 EMI esaslı ölçüm sistemi Şekil 46. Veris 3100 toprak elektriksel iletkenliği ölçüm sistemi Şekil 47. Toprak ph düzeyini 6.5 a getirmek için uygulanması gereken kireç miktarının toprak tipi ve mevcut ph a göre değişimi Şekil 48. Toprak tipine göre örnekleme ve Izgara hücreli örnekleme Şekil 49. GPS alıcısı ile donatılmış otomatik toprak örnekleme aracı Şekil 50. Prototip organik madde ölçüm algılayıcısı Şekil 51. Prototip organik madde algılayıcısı Şekil 52. Prototip organik madde algılayıcısının toprak içindeki çalışma durumu Şekil 53. Yansıma ve organik madde içeriği arasındaki ilişki Şekil 54. VIS-NIR Spektro fotometre ünitesi Şekil 55. Grid örnekleme ve Veris sistemi ile elde edilen organik madde içeriği (%) haritaları Şekil 56. Değişken düzeyli gübre uygulama sisteminin traktör üzerindeki durumu Şekil 57. Değişken düzeyli gübre uygulama sistemindeki ölçüm sistemi... 77

7 VII Şekil 58. Traktöre asılır Mole sistemi Şekil 59. Yatay penetrometre Şekil 60. Penetrasyon direnci haritası ve Derin toprak işleme yapılacak bölgeler Şekil 61. Kayak tekerlek tipi toprak işleme derinliği ölçüm sistemi Şekil 62. Ultrasonik esaslı toprak işleme derinliği ölçüm sistemi Şekil 63. Toprak örneklerinin alındığı noktalar ve ph haritası Şekil 64. Değişken düzeyli kireç uygulama haritası Şekil 65. Elektromanyetik dalganın özellikleri Şekil 66. Dalga boyuna göre elektromanyetik spektrum aralığı Şekil 67. Elektromanyetik ışınım ve bitki etkileşimi ve Mısır bitkisi tarafından yansıtılan enerjinin spektrumu Şekil 68. Sağlıklı, strese girmiş ve ölü yaprağın yansıtma özelliği Şekil 69. Toprak, sararmış çim ve yeşil çimin yansıma özelliği Şekil 70. Yeşil yaprak, buğday anızı ve toprağın ışınım yansıtma özelliklerindeki farklılıklar Şekil 71. Bitki yansıma özelliğinde eğrisinde kırmızı kenar kayma durumu Şekil 72. Yer esaslı uzaktan algılama sistemi uydu esaslı uzaktan algılama sistemi Şekil 73. Laboratuar ortamında çalışan uzaktan algılama sistemi ve spektroradyometre Şekil 74. Çim bitkilerinin görsel kalitesinin tahmini için geliştirilen bir uzaktan algılama sistemi Şekil 75. Yansıma esasıyla çalışan ticari bir uzaktan algılama sistemi (GreenSeeker) Şekil 76. LANDSAT I uydusu Şekil 77. Ürün ve tarla koşullarını belirlemede ve tarla sınır haritası çıkarmada kullanılan bir arazi aracı Şekil 78. Aynı tarlanın çoklu CBS veri bileşenleri Şekil 79. Nokta, çizgi ve alan özelliklerinin hücre ve çizgi formatında gösterimi Şekil 80. CBS ile uzaklık ölçümü Şekil 81. Yeniden sınıflandırma işlemi Şekil 82. kartografik modelleme örneği Şekil 83. Topraktaki sıkışık tabaka derinliğinin yarı varyansı Şekil 84. Enlem/boylam coğrafi koordinat sistemi Şekil 85. UTM koordinat sisteminde adresleme

8 VIII Şekil 86. Harita ölçeği biçimleri Şekil 87. Değişken düzeyli kimyasal girdi uygulama haritası Şekil 88. Harita Esaslı DDU yöntemi Şekil 89. Algılayıcı (Sensör) Esaslı DDU yöntemi Şekil 90. Geri beslemesiz kontrol sistemi Şekil 91. Geri beslemeli kontrol sistemi Şekil 92. Birbirinden bağımsız dört üniteye sahip bir değişken düzeyli uygulayıcının uygulama çözünürlüğü Şekil 93. Ağaç yüksekliği algılama sistemi ve memelerin yerleşimi Şekil 94. Ağaç yüksekliği algılama sistemi ve püskürtme memelerinin yerleşimi Şekil 95. Yeşil yaprak, buğday anızı ve toprağın ışınım yansıtma özelliklerindeki farklılık Şekil 96. Yabancı ot algılama sistemi Şekil 97. Değişken düzeyli bir gaz amonyak uygulayıcısı Şekil 98. Otomatik dümenleme sistemleri ile sağlanan birbirine tam paralel geçişler Şekil 99. Yarı otomatik dümenleme sistemine ait ışıklı çubuk ve sistemin kabin içi görünümü Şekil 100. Hidrolik esaslı tam otomatik dümenleme sistemlerinde kullanılan elektro-hidrolik valf ve manifold Şekil 101. Tam otomatik dümenleme sisteminde direksiyonu çeviren elektrik motoru Şekil 102. Yabancı ot mücadelesi için geliştirilen prototip sürücüsüz tarım robotu Şekil 103. Hassas Tarım Teknolojilerinin adaptasyon eğrisi Şekil 104. Kazova da yaklaşık beş hektarlık bir tarlada toprak azot düzeyi değişimi

9 IX ÇİZELGE DİZİNİ Çizelge 1. Uydu geometrisinden kaynaklanan hata faktörleri Çizelge 2. Farklı Ülkeler Tarafından Geliştirilen Uydu Esaslı Hata Düzeltme Sistemleri Çizelge 3. Hata Düzeltme Yöntemlerinin Hata Değerleri Çizelge 4. Farklı tarımsal işlemler için gerekli olan GNSS alıcısı doğruluk değerleri Çizelge 5. GPS ve GLONASS ın Bazı Özellikleri Çizelge 6. GPS veri serileri Çizelge 7. Bir GNSS alıcısından bilgisayar ile alınan örnek veri serileri Çizelge 8. Bir $GPGGA veri serisinde bulunan verilerin anlamı Çizelge 9. Bazı Ürün Miktarı Ölçüm Yöntemlerinin Kullanıldığı Makine Tipleri Çizelge 10. Toprağın Elektriksel İletkenliği ile Belirlenebilen Toprak Özellikleri Çizelge 11. Toprak Elektriksel İletkenliği Çalışmalardan Örnekler Çizelge 12. Çeşitli Bitkiler için Uygun Toprak ph Düzeyi Çizelge 13. Çeşitli Organik Madde İçeriğine Sahip Topraklar için Önerilen Herbisit Normları Çizelge 14. Toprak Nem İçeriğinin Ölçümünde Kullanılan Yöntemler Çizelge 15. RASAT uydusunun özellikleri Çizelge 16. Bazı Uydu Uzaktan Algılama Sistemlerinin Genel Özellikleri Çizelge 17. Coğrafi Bilgi Sisteminin bileşenleri Çizelge 18. Hücre ve Alan Esaslı Sistemlerin Üstünlükleri ve Eksiklikleri Çizelge 19. CBS de Yapılan Veri Analizi İşlem Basamakları Çizelge 20. Değişken düzeyli tarımsal girdi uygulama sisteminin bileşenleri Çizelge 21. Hassas Tarım Teknolojilerinde Yer Alan Teknolojilerin Üstünlük ve Eksiklikleri Çizelge 22. Bazı Hassas Tarım Teknolojilerinin kârlılık durumu Çizelge yılı verilerine göre acre lık tahıl ve yağ bitkileri alanına düşen Verim görüntüleme sistemi sayısı Çizelge 24. Farklı ülkelerde Hassas Tarım Teknolojileri merkezleri Çizelge 25. ABD de bazı Hassas Tarım Teknolojilerinin adaptasyonu Çizelge 26. ABD de tarımsal girdi satan bayiler tarafından en çok kullanılan Hassas Tarım Teknolojileri

10 X Çizelge 27. ABD de tarımsal girdi satan bayilerin en çok kullandığı Hassas Tarım Teknolojileri Çizelge 28. ABD de tarımsal girdi satan bayilerin sattığı Hassas Tarım Teknolojileri hizmetinin yaklaşık kullanım oranı Çizelge 29. ABD de tarımsal girdi satan bayilerin sattığı Değişken düzeyli uygulama teknolojilerinin yaklaşık kullanım oranı Çizelge 30. ABD de Hassas Tarım Teknolojileri hizmeti satan tarımsal girdi bayilerinin kâr durumu Çizelge 31. Türkiye de Hassas Tarım Teknolojileri konusunda yapılan çalışmalar

11 XI ÖNSÖZ Elektronik ve bilgisayar teknolojilerindeki gelişmelerin çok hızlı bir şekilde yaşandığı günümüzde, tarım da bu teknolojik gelişmelerden pay almaktadır. Son yıllarda, artan çevre bilinci, birim alandan daha yüksek verim, üretim masraflarının azaltılması ve başta su ve toprak olmak üzere doğal kaynakların sınırlı olması nedeniyle yeni tarımsal üretim sistemlerinin arayışı içerisine girilmiştir. Hassas Tarım Teknolojileri (HTT); tarıma bilgi ve teknolojiyi birlikte getirerek tarımsal işletmeciliği değiştirebilecek özelliğe sahip gelişme aşamasında olan bir teknolojidir lı yılların başında adından sıkça bahsedilmeye başlanan Hassas Tarım Teknolojileri (HTT) tarımsal değişimin temelini oluşturmaktadır. HTT, Uydu teknolojisi, elektronik ölçüm ve kontrol sistemleri ve bilgisayar yazılımları gibi yüksek teknolojileri kullanarak çok küçük alanlarda tarımsal girdi uygulama miktarını değiştirerek, kârlılık ve tarımsal etkinliğin arttırılmasını ve çevreyi korumayı amaçlamaktadır. Özellikle ABD yönetimi tarafından 2000 yılının Mayıs ayında Küresel Konum Belirleme Sistemi (GPS) ne eklenen kasıtlı hatanın (Selective Availability) kaldırılması Küresel Konum Belirleme sisteminin doğruluğunu olumlu yönde etkilemiş, hata miktarı, düzeltme sinyali olmadan yüz metreler seviyesinden birkaç metre seviyesine inmiştir. Bu gelişme özellikle verim haritalama gibi bazı uygulamalarda düşük maliyetli GPS alıcılarının kullanımına olanak sağlamış ve kullanılan bazı teknolojilerin maliyetini azaltmıştır. Ayrıca uydu esaslı konum belirleme sistemlerindeki gelişmeler ile traktör ve biçerdöver gibi kendi yürür tarım makinelerinin otomatik dümenlenmesi konusunda önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Bunun yanında, Hassas Tarım Teknolojileri alanında faaliyet gösteren firma sayısının artması rekabeti artırmış, bu sayede kullanılan bazı teknolojilerin maliyeti azalmıştır. Bu kitap; genel olarak Hassas Tarım Teknolojileri (HTT) konusunda teknolojiyi tanıtmak ve bu alandaki gelişmeleri aktarmak amacıyla hazırlanmıştır. Kitap, öncelikle, Mustafa Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Biyosistem Mühendisliği bölümü öğrencileri olmak üzere ilgili alanda diğer üniversitelerde öğrenim gören ön lisans, lisans, yüksek lisans ve doktora düzeyindeki öğrencileri, bu alanda çalışma yapmayı planlayan veya bunu gelecekte çalışma konuları arasında düşünen araştırıcıları, konu ile ilgili mühendisleri, geleneksel uygulamadan geçiş yapmayı isteyen çiftçileri hedef kitle olarak almaktadır. Kitabın ön lisans, lisans, yüksek lisans ve doktora seviyesinde ders kitabı olarak kullanılabilecek özellikte olduğu düşüncesindeyiz. Kitabın hazırlanmasında bu alandaki yerli kaynak yetersizliği sebebiyle daha çok İngilizce olarak hazırlanmış kaynaklardan yararlanılmış, kitap içinde önemli teknik terimlerin İngilizce karşılığına da yer verilmiş ayrıca kitabın sonunda Türkçe-İngilizce ve İngilizce-Türkçe teknik terimler sözlüğü eklenmiştir.

12 XII Kitabın, terminolojik ve teknik açıdan eksiklik ve noksanlıklara sahip olabileceğini baştan kabul eder, her türlü eleştiri ve katkılara açık olduğumuzu belirtir, kitabın ülkemize ve tüm insanlığa yararlı olmasını dileriz. Kitabın basımı konusunda verdiği destekten dolayı başta Mustafa Kemal Üniversitesi Rektörü Prof. Dr. Hüsnü Salih GÜDER ve Rektör Yardımcısı Prof. Dr. Ali KOÇ olmak üzere kitabın değerlendirilmesi ve basımı aşamasında emeği ve katkısı geçen tüm personele teşekkür ederiz.