Ανάπτυξη βιοφυσικού προσομοιώματος καλλιέργειας τομάτας, για βελτιστοποίηση της διαχείρισης του κλίματος, σε μεσογειακά θερμοκήπια, κατ...

Abstract

Το αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος για την υποστήριξη λήψης αποφάσεων, που να επιτρέπει τη διαχείριση του κλίματος ενός θερμοκηπίου κατά τη χειμερινή περίοδο σε 24ωρη βάση. Απώτερoς στόχος η βελτιστοποίηση της αποτελεσματικότητας του θερμοκηπίου σε συνάρτηση με τα κριτήρια που τίθενται από τον παραγωγό (π.χ. αύξηση παραγωγής, βελτίωση ποιότητας, μείωση κόστους, αποφυγή φυτοϋγειονομικών προβλημάτων). Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε αρχικά αναζήτηση και μελέτη του τρόπου λειτουργίας των υπαρχόντων βιολογικών και κλιματικών προσομοιωμάτων με στόχο τη δημιουργία ενός λειτουργικού προσομοιώματος ικανού να παρέχει στο χρήστη πλήθος πληροφοριών που να σχετίζονται με τις κλιματικές συνθήκες στο εσωτερικό του θερμοκηπίου καθώς και με την ανάπτυξη και την παραγωγή της καλλιέργειας τομάτας. Έπειτα καταρτίστηκαν ερωτηματολόγια και πραγματοποιήθηκαν επισκέψεις σε παραγωγούς σε θερμοκηπιακές μονάδες της ελληνικής επικράτειας, με σκοπό την αναζήτηση των κριτηρίων που σύμφωνα με την εμπειρία των παραγωγών, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη για τη διαχείριση του κλίματος κατά τη χειμερινή περίοδο. Μεγάλη έμφαση δόθηκε στην ανάπτυξη του βιοφυσικού προσομοιώματος το οποίο αποτελείται από δύο προσομοιώματα, ένα κλιματικό που προσομοιώνει το μικροκλίμα του θερμοκηπίου και ένα βιολογικό που προσομοιώνει την ανάπτυξη και την παραγωγή της καλλιέργειας τομάτας. Η ανάπτυξη του κλιματικού προσομοιώματος στηρίχθηκε στη παράλληλη λειτουργία 5 υπό-προσομοιωμάτων που προβλέπουν την κατανομή των κλιματικών παραμέτρων στο εσωτερικό του θερμοκηπίου ανάλογα με τη γεωμετρία του θερμοκηπίου, τα κατασκευαστικά του χαρακτηριστικά και τον χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό (συστήματα θέρμανσης - αερισμού). Για την περίπτωση του βιολογικού προσομοιώματος πραγματοποιήθηκε μετατροπή του προσομοιωτή TOMGRO σύμφωνα με τις καλλιεργητικές ανάγκες των παραγωγών της Μεσογείου και πιο συγκεκριμένα την εφαρμογή κορυφολογήματος στην καλλιέργεια και το σταμάτημα της ανάπτυξης. Για τη βαθμονόμηση και πειραματική επιβεβαίωση του βιοφυσικού προσομοιώματος πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις σε θερμοκήπιο στο Αγρόκτημα του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας στο Βελεστίνο. Η πειραματική επιβεβαίωση των προσομοιωμάτων έδειξε τη μικρή διαφοροποίηση που παρουσιάζουν οι μετρημένες από τις υπολογισμένες τιμές για το πλήθος των μεταβλητών που αναλύθηκαν. Παράλληλα αναπτύχθηκε και βαθμονομήθηκε γεννήτρια παραγωγής εξωτερικών κλιματικών δεδομένων για ολόκληρη τη χειμερινή περίοδο. Η λειτουργία της γεννήτριας στηρίζεται σε πρόβλεψη κλιματικών παραμέτρων από web-site και παράγει κλιματικά δεδομένα σε βάθος χρόνου ανάλογα με αυτό της πρόβλεψης. Η πειραματική επιβεβαίωση της γεννήτριας έδειξε τη μικρή διαφοροποίηση που παρουσιάζουν οι μετρημένες από τις υπολογισμένες τιμές. Ταυτόχρονα πραγματοποιήθηκε και ανάλυση σεναρίων για να εκτιμηθεί η επίδραση της διαφοροποίησης του μικροκλίματος στην ανάπτυξη και την παραγωγή της καλλιέργειας τομάτας. Τέλος αναπτύχθηκε λογισμικό για τη βελτιστοποίηση του βιοφυσικού προσομοιώματος με τη χρήση αλγορίθμων Branch & Bound. Πρόκειται ουσιαστικά για τη φάση της ανάπτυξης του συστήματος υποστήριξης λήψης αποφάσεων. Επιβάλλεται στο βιοφυσικό προσομοίωμα μια αλληλουχία αποφάσεων (όχι κατ’ ανάγκην βέλτιστων) και η εξέλιξη του συστήματος προσομοιώνεται κάτω από διαφορετικά «σενάρια» συνθηκών του εξωτερικού κλίματος που παράγονται από τη γεννήτρια κλιματικών δεδομένων.