ΕΡΓΟ ΑΡΙΣΤΕΙΑ «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 3.1

Transcript

1 1 ΕΡΓΟ ΑΡΙΣΤΕΙΑ 2632 ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 3.1 Αξιολόγηση δεικτών αποτελεσματικότητας λειτουργίας των φυτών και δυνατότητα χρήσης τους για τον έλεγχο του κλίματος στο θερμοκήπιο 1. Εισαγωγή Το παραδοτέο αυτό παρουσιάζει το ολοκληρωμένο σύστημα ασύρματου δικτύου αισθητήρων (Wireless Sensor Network WSN) που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του έργου, σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας, και αξιολογεί την απόδοσή του με βάση τις μετρούμενες παραμέτρους αποτύπωσης της κατάστασης του κλίματος και της καλλιέργειας. Το παραδοτέο αποτελεί συνέχεια του Παραδοτέου Π.2.3, στο οποίο είχαν παρουσιαστεί η δομή και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του ασύρματου δικτύου αισθητήρων. Αρχικά, γίνεται μια ανάλυση της λειτουργικής αξιοπιστίας του συστήματος και της ακρίβειας των μετρήσεών του σε συνθήκες θερμοκηπίου. Μια σειρά ειδικά σχεδιασμένων πειραμάτων χρησιμοποιούνται για την ανάλυση των μετρήσεων και τον προσδιορισμό των σφαλμάτων που εμπεριέχονται στις μετρήσεις, καθώς και των παραμέτρων που εισαγάγουν ή τουλάχιστον επηρεάζουν τα σφάλματα αυτά. Προσδιορίζονται συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες που επηρεάζουν την ποιότητα των μετρούμενων μεταβλητών, και διερευνάται και αναλύεται ο ρόλος τους στην ακρίβεια των μετρήσεων. Προτείνονται συγκεκριμένοι αλγόριθμοι αντιστάθμισης για τη σωστή ρύθμιση των ασύρματων αισθητήρων, με στόχο την πιο αξιόπιστη και ακριβή καταγραφή των κλιματικών συνθηκών του θερμοκηπίου, έτσι ώστε να καταστεί αξιόπιστη η χρήση του WSN για τον ακριβή έλεγχο του κλίματος στο θερμοκήπιο. Στη συνέχεια, το σύστημα δοκιμάστηκε σε πραγματικές συνθήκες, σε περιβάλλον εμπορικού θερμοκηπίου. Η λειτουργία του διήρκεσε αρκετούς μήνες και σε διαφορετικές εποχιακές περιόδους, ώστε να συλλεχθεί ικανός αριθμός μετρήσεων για την εξαγωγή ασφαλών αποτελεσμάτων και

2 2 συμπερασμάτων ως προς τον κατάλληλο έλεγχο του κλίματος για την αποφυγή προβληματικών συνθηκών για τα καλλιεργούμενα φυτά, με παράλληλη μείωση των εισροών ενέργειας. Αρχικά προσδιορίστηκε και αναλύθηκε η χωρική ανομοιογένεια των συνθηκών θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας στο εσωτερικό του θερμοκηπίου, και με βάση αυτή, διερευνήθηκε η πιθανότητα εντοπισμού προβληματικών καταστάσεων για την καλλιέργεια, καθιστώντας έτσι δυνατή την ανάπτυξη μεθοδολογιών ελέγχου του κλίματος που μπορούν να μειώσουν την εμφάνιση τέτοιων καταστάσεων. 2. Λειτουργική αξιοπιστία του WSN σε συνθήκες θερμοκηπίου Μία βασική παράμετρος που παίζει σημαντικό ρόλο στην εύρυθμη λειτουργία ενός WSN, εκτός από την αξιόπιστη συνδεσιμότητα και την όσο το δυνατόν πιο χαμηλή κατανάλωση ενέργειας των ασύρματων κόμβων, είναι η ακρίβεια των μετρούμενων τιμών. Οι εκτεθειμένοι και διάσπαρτοι αισθητήρες ενός ασύρματου δικτύου καθιστούν την παράμετρο αυτή της αξιολόγησης της ακρίβειας των μετρούμενων τιμών, ακόμα πιο βασική από ό,τι σε ένα συμβατικό σύστημα αισθητήρων, ειδικά αν ληφθούν υπόψιν οι ακραίες συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας, θερμοκρασίας και υγρασίας που επικρατούν στο εσωτερικό ενός θερμοκηπίου. Γενικά, οι εφαρμογές Γεωργίας της Ακριβείας στην περιοχή του ελεγχόμενου περιβάλλοντος, εισαγάγουν στον σχεδιασμό ενός WSN διάφορες παραμέτρους που σχετίζονται με την κάθε εφαρμογή, οι οποίες πρέπει να εξετάζονται παράλληλα με τις ιδιότητες που σχετίζονται με την επικοινωνία και με την κατανάλωση ενέργειας (Baggio, 2005; Garcia-Sanchez et al., 2011; Ferentinos & Tsiligiridis, 2007; Mancuso & Bustaffa, 2006). Η χρήση ασύρματων δικτύων αισθητήρων (WSNs) σε τέτοιες εφαρμογές παρέχει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τη χωρική κατανομή των μετρούμενων μεταβλητών, κάτι που αποτελεί πολύτιμο εργαλείο για τον ακριβή έλεγχο, κυρίως στη Γεωργία της Ακριβείας, αλλά και σε εφαρμογές ελεγχόμενου περιβάλλοντος μεγάλης κλίμακας (Balendock et al., 2010). Ειδικά στην περίπτωση του ελεγχόμενου περιβάλλοντος, που περιλαμβάνει κυρίως τη μέτρηση και τον έλεγχο του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου, μπορούν να προκύψουν διάφορα ζητήματα σχετικά με την ποιότητα των μετρήσεων των χρησιμοποιούμενων WSNs, κυρίως λόγω των ακραίων περιβαλλοντικών συνθηκών στο

3 3 εσωτερικό του θερμοκηπίου (Ferentinos et al., 2014). Οι συνθήκες αυτές μπορούν να δημιουργήσουν σφάλματα στις μετρήσεις των WSNs, επομένως οι μετρούμενες τιμές θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψιν με κάποιον βαθμό αβεβαιότητας (Wen et al., 2015). Ειδικά στην περίπτωση των θερμοκηπίων, οι Ahonen et al. (2008) ανέπτυξαν ένα WSN για μια εμπορική θερμοκηπιακή εγκατάσταση, το οποίο μετρούσε τη θερμοκρασία, την υγρασία, την ηλιακή ακτινοβολία και τη συγκέντρωση CO2. Πραγματοποίησαν αρκετές δοκιμές, που οδήγησαν σε αντίστοιχα συμπεράσματα σχετικά με τα συγκεκριμένα προβλήματα που προκύπτουν σε μια εφαρμογή WSN σε θερμοκήπιο. Ομοίως, οι Balendonck et al. (2014) ανέφεραν προβληματική συμπεριφορά των WSNs όσον αφορά την ακρίβεια των μετρήσεών τους σε περιβάλλοντα θερμοκηπίου, σε σχέση με την άμεση ακτινοβολία Βασικά στοιχεία πειραματικής εγκατάστασης Για τον προσδιορισμό της αξιοπιστίας των μετρήσεων του προτεινόμενου WSN σε πραγματικές συνθήκες θερμοκηπίου, σχεδιάστηκαν και εκτελέστηκαν μια σειρά από εξειδικευμένα πειράματα, με στόχο να χρησιμοποιηθούν για την αρχική ανάλυση των μετρήσεων και τον προσδιορισμό των σφαλμάτων που εμπεριέχονται στις μετρήσεις, καθώς και των περιβαλλοντικών παραμέτρων που επηρεάζουν τα σφάλματα αυτά. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε ένα από τα πειραματικά θερμοκήπια του Εργαστηρίου Γεωργικών Κατασκευών & Ελέγχου Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας (ΠΘ) στο πλαίσιο συνεργασίας του ΕΚΕΤΑ με το ΠΘ, που βρίσκονται στο αγρόκτημα της Σχολής Γεωπονικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας στο Βελεστίνο (συντεταγμένες: 39ο 44 Β, 22ο 79 Α, υψόμετρο 85m). Το συγκεκριμένο θερμοκήπιο είναι συμβατικού τύπου, απλό τροποποιημένο τοξωτό πλαστικού καλύμματος, με επιφάνεια 160 m2 (20 m μήκος και 8 m πλάτος), με προσανατολισμό Β-Ν, ύψος κορφιά 4.1 m και ύψος υδρορροής 2.4 m. Ο φυσικός αερισμός επιτυγχάνεται μέσω δύο πλευρικών ανοιγμάτων και ενός ανοίγματος οροφής, κατά μήκος των πλευρών, ενώ είναι εξοπλισμένο με αναμείκτες αέρα και σύστημα υδρονέφωσης. Τέλος, το κεντρικό του σύστημα αισθητήρων περιλαμβάνει αισθητήρες θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας HD9009TR Hygro-transmitter (Delta OHM, S.r.L., Padova, Ιταλία) με ακρίβεια T = ± 0.1oC και RH = ± 2%, που βρίσκεται στο κέντρο του θερμοκηπίου, περίπου 1.8 m πάνω από το έδαφος. Κατά τη διάρκεια των αρχικών αυτών πειραμάτων, δεν υπήρχαν καλλιεργούμενα φυτά στο θερμοκήπιο, έτσι ώστε να μπορεί να αξιολογηθεί αποκλειστικά η επίδραση των εξωτερικών

4 4 περιβαλλοντικών διαταραχών στο μικροκλίμα του θερμοκηπίου, ως προς τον τρόπο που αυτές επηρεάζουν την αξιοπιστία της λειτουργίας του εγκατεστημένου WSN. Το πρωτότυπο WSN βασίστηκε στην πλατφόρμα ανοιχτού κώδικα και χαμηλής κατανάλωσης TelosB (UC Berkeley), με λειτουργικό σύστημα TinyOS. Τα πλήρη τεχνικά του χαρακτηριστικά παρουσιάζονται στις Ενότητες 3 και 4 του Παραδοτέου Π.1.4. Στη συγκεκριμένη υλοποίηση, οι βασικές υπολογιστικές μονάδες των ασύρματων κόμβων εσωκλείστηκαν σε κουτιά προδιαγραφών IP65 για την προστασία τους από την υγρασία και την έκθεση στο νερό της υδρονέφωσης. Ο κάθε ασύρματος κόμβος περιελάμβανε αισθητήρα θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας αέρα (Sensirion SHT75), ενώ για τις μετρήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας χρησιμοποιήθηκαν πυρανόμετρα SP Lite2 (Kipp & Zonen) τα οποία ήταν συνδεδεμένα σε μια ασύρματη πλατφόρμα μετρήσεων τύπου Wisensyss που μετέδιδαν τις μετρήσεις σε έναν κεντρικό σταθμό βάσης (ανεξάρτητα του WSN). Σε όλα τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν, ο κάθε κόμβος του WSN επικοινωνούσε απευθείας με τον σταθμός βάσης (base-station), χωρίς τη χρήση ενδιάμεσων κόμβων δρομολόγησης (clusterheads). Ο σταθμός βάσης βρισκόταν σε απόσταση 20 μέτρων από τους ασύρματους κόμβους του δικτύου Περιγραφή πειραμάτων και αρχική βαθμονόμηση Τρία ειδικά σχεδιασμένα πειράματα πραγματοποιήθηκαν, με συγκεκριμένες διατάξεις του WSN στο εσωτερικό του θερμοκηπίου, καθένα με συγκεκριμένους στόχους όσον αφορά τον προσδιορισμό των επιπτώσεων των περιβαλλοντικών συνθηκών του θερμοκηπίου στην αξιοπιστία και την ποιότητα των μετρήσεων του WSN. Σε όλες τις περιπτώσεις, ο κύριος στόχος ήταν ο προσδιορισμός της επίδρασης της ηλιακής ακτινοβολίας στην ακρίβεια των μετρήσεων των αισθητήρων του δικτύου. Για αυτόν τον λόγο αυτό, εξετάστηκαν τρεις διαφορετικοί τρόποι τοποθέτησης των ασύρματων κόμβων: i. Στο εσωτερικό αεριζόμενων κουτιών ειδικά σχεδιασμένων για την προστασία των αισθητήρων και των ασύρματων κόμβων από την ηλιακή ακτινοβολία (Σχήμα 1α). Οι κόμβοι αυτοί θα αναφέρονται ως έγκλειστοι κόμβοι (boxed nodes). ii. Υπό τη σκιά μιας μεταλλικής επιφάνειας (Σχήμα 1β). Οι κόμβοι αυτοί θα αναφέρονται ως κόμβοι υπό σκίαση (shaded nodes).

5 5 iii. Απροστάτευτοι από το άμεσο ηλιακό φως (Σχήμα 1β). Οι κόμβοι αυτοί θα αναφέρονται ως εκτεθειμένοι κόμβοι (exposed nodes). Οι ασύρματοι αυτοί κόμβοι κατέγραφαν τιμές θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας αέρα, ενώ στο σημείο του κάθε ασύρματου κόμβου καταγράφονταν επίσης το επίπεδο έντασης της ακτινοβολίας. Επιπλέον, καταγράφονταν οι τιμές της θερμοκρασίας, της σχετικής υγρασίας και της ακτινοβολίας από τους αισθητήρες της κεντρικής μονάδας ελέγχου του θερμοκηπίου. Το WSN και οι φορητές μονάδες μέτρησης της ακτινοβολίας μετέδιδαν τα δεδομένα τους κάθε 2 λεπτά και εξάγονταν μέσοι όροι 10λέπτων για να συμβαδίζουν με το χρονικό βήμα της κεντρικής μονάδας ελέγχου του θερμοκηπίου. (α) Εικόνα 1. Ασύρματοι κόμβοι αισθητήρων στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. α) Έγκλειστοι κόμβοι. β) Κόμβοι υπό σκίαση και εκτεθειμένοι κόμβοι. Ο κύριος στόχος των πειραμάτων ήταν να διερευνηθούν η ακρίβεια και η αξιοπιστία των μετρήσεων όπως επηρεάζονται από το φως του ήλιου μέσα στο θερμοκήπιο. Για αυτόν τον σκοπό, σχεδιάστηκαν τρία διαφορετικά πειράματα, τα οποία πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια μιας περιόδου 4 μηνών, από τον Σεπτέμβριο έως τον Δεκέμβριο Στο 1ο πείραμα, τέσσερις έγκλειστοι κόμβοι τοποθετήθηκαν σε τέσσερις διαφορετικές θέσεις στο εσωτερικό του θερμοκηπίου και συλλέχθηκαν μετρήσεις για περίοδο μίας εβδομάδας. Στο 2ο πείραμα, οι ίδιοι τέσσερις κόμβοι τοποθετήθηκαν στα ίδια σημεία σε μορφή εκτεθειμένων κόμβων, ενώ

6 6 ταυτόχρονα καταγράφονταν και η ένταση της ακτινοβολίας στα συγκεκριμένα σημεία. Το πείραμα αυτό διήρκεσε 12 ημέρες. Δύο προσεγγίσεις ακολουθήθηκαν στην προσπάθεια να καθοριστεί σε ποιον βαθμό επηρεάζεται η αξιοπιστία των ενδείξεων του αισθητήρα από την ηλιακή ακτινοβολία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου: a) Υπολογίστηκαν οι τυπικές αποκλίσεις των μετρήσεων μεταξύ των τεσσάρων κόμβων του WSN σε κάθε πείραμα ( έγκλειστοι και εκτεθειμένοι κόμβοι), και συσχετίστηκαν με τις τιμές έντασης της ακτινοβολίας. b) Υπολογίστηκαν οι ρίζες των μέσων τετραγωνικών σφαλμάτων (RMSEs) των μετρήσεων του WSN ως προς τις μετρήσεις των κεντρικών αισθητήρων του θερμοκηπίου, και συσχετίστηκαν επίσης με τις τιμές έντασης της ακτινοβολίας. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε το 3ο πείραμα με στόχο τον προσδιορισμό της ακρίβειας και της αξιοπιστίας προσεκτικά σκιασμένων ασύρματων κόμβων αισθητήρων, συγκρίνοντας τις μετρήσεις τους με εκείνες των έγκλειστων κόμβων. Δημιουργήθηκαν δύο ομάδες των 2 κόμβων έκαστη: μία με έγκλειστους κόμβους και μία με κόμβους υπό σκίαση. Για κάθε ομάδα κόμβων, υπολογίστηκαν οι τυπικές αποκλίσεις μεταξύ των κόμβων της ομάδας και τα RMSEs τους ως προς τους κεντρικούς αισθητήρες του θερμοκηπίου, και συσχετίστηκαν με τα επίπεδα έντασης της ακτινοβολίας. Το συγκεκριμένο αυτό πείραμα διήρκεσε 18 ημέρες Αποτελέσματα λειτουργικής αξιοπιστίας του WSN Αρχικά, πραγματοποιήθηκε μια προκαταρκτική ανάλυση σχετικά με την ακρίβεια των αισθητήρων του WSN, για να εξασφαλιστεί ότι όλοι οι κόμβοι έχουν βαθμονομηθεί σωστά και είναι επαρκώς ακριβείς σε σύγκριση με τους κεντρικούς αισθητήρες του θερμοκηπίου. Ο στόχος ήταν η ανάπτυξη κατάλληλων εμπειρικών συναρτήσεων για τη βαθμονόμηση των μετρήσεων της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας. Έτσι, αρχικά το WSN χρησιμοποιήθηκε για τη λήψη μετρήσεων στο θερμοκήπιο για χρονικό διάστημα μίας εβδομάδας, χρησιμοποιώντας τη διάταξη των έγκλειστων κόμβων και για τους τέσσερις διαθέσιμους ασύρματους κόμβους του δικτύου. Οι μετρήσεις της θερμοκρασίας του κάθε κόμβου συσχετίστηκαν με τις μετρήσεις της θερμοκρασίας του κεντρικού

7 7 αισθητήρα του θερμοκηπίου. Βρέθηκε μια σχεδόν γραμμική σχέση για όλους τους ασύρματους αισθητήρες, με την καλύτερη συσχέτιση να δίνεται από τα ακόλουθα πολυώνυμα δευτέρου βαθμού (οι δείκτες αντιστοιχούν σε κάθε έναν από τους 4 κόμβους αισθητήρων οι αστερίσκοι υποδηλώνουν τις βαθμονομημένες τιμές): T1* = T T (R2 = 0.90) T2* = T T (R2 = 0.90) T3* = T T (R2 = 0.92) T4* = T T (R2 = 0.90) Με βάση τις τιμές της σχετικής υγρασίας που μετρήθηκαν κατά τη διάρκεια αυτού του προκαταρκτικού πειράματος, διαπιστώθηκε ότι η ακρίβειά τους (ως προς τις τιμές σχετικής υγρασίας του κεντρικού αισθητήρα του θερμοκηπίου) είχε υψηλή συσχέτιση με τις τιμές της θερμοκρασίας. Ως εκ τούτου, αναπτύχθηκε ένας απλός αλγόριθμος αντιστάθμισης για τη βαθμονόμηση των ενδείξεων της σχετικής υγρασίας των ασύρματων κόμβων, με βάση την τρέχουσα θερμοκρασία μέσα στο θερμοκήπιο: RH1* = RH Tg Tg RH2* = RH Tg Tg RH3* = RH Tg Tg RH4* = RH Tg Tg όπου, RHi (i = 1,4) είναι οι αβαθμονόμητες μετρήσεις σχετικής υγρασίας του κάθε κόμβου, RH j* είναι οι αντίστοιχες διορθωμένες τιμές σχετικής υγρασίας, και Tg είναι η θερμοκρασία του αέρα, σύμφωνα με τον κεντρικό αισθητήρα του θερμοκηπίου. Οι Εικόνες 2 και 3 δείχνουν τα αποτελέσματα της διαδικασίας βαθμονόμησης για τη θερμοκρασία και τη σχετική υγρασία, αντίστοιχα, κατά τη διάρκεια της μίας εβδομάδας του 1ου πειράματος. Η σημαντική βελτίωση των μετρούμενων τιμών είναι προφανής, ειδικά στην περίπτωση της σχετικής υγρασίας. Κατά τη διάρκεια όλων των εξειδικευμένων πειραμάτων, χρησιμοποιήθηκαν οι συναρτήσεις αυτές βαθμονόμησης για τη διόρθωση των μετρούμενων τιμών του WSN.

8 Εικόνα 2. Τιμές θερμοκρασίας του WSN σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές του κεντρικού αισθητήρα του θερμοκηπίου (a) πριν και (b) μετά τη βαθμονόμηση. Εικόνα 3. Τιμές σχετικής υγρασίας του WSN σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές του κεντρικού αισθητήρα του θερμοκηπίου (a) πριν και (b) μετά τη βαθμονόμηση. 8

9 9 Η ανάλυση των τυπικών αποκλίσεων μεταξύ των τιμών των τεσσάρων κόμβων κατά τα δύο πρώτα πειράματα, έδειξε ότι η διασπορά μεταξύ των μετρήσεων της θερμοκρασίας των τεσσάρων αισθητήρων ήταν πολύ μεγαλύτερη για υψηλότερες τιμές ακτινοβολίας στην περίπτωση των εκτεθειμένων κόμβων (exposed nodes), ενώ στην περίπτωση των έγκλειστων κόμβων (boxed nodes), η αύξηση της τυπικής απόκλισης των τιμών της θερμοκρασίας ήταν πολύ μικρή κατά την αύξηση της ακτινοβολίας (Εικόνα 4a). Στην περίπτωση των τιμών της σχετικής υγρασίας (Εικόνα 4b), οι μετρήσεις των εκτεθειμένων κόμβων φαίνονται επίσης να επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από την ηλιακή ακτινοβολία, με υψηλότερες τιμές απόκλισης στις μεσαίες τιμές έντασης της ακτινοβολίας, ενώ στην περίπτωση των έγκλειστων κόμβων, η διασπορά δε φάνηκε πρακτικά να επηρεάζεται από την ηλιακή ακτινοβολία. Εικόνα 4. Τυπικές αποκλίσεις (a) θερμοκρασίας και (b) σχετικής υγρασίας μεταξύ των 4 ασύρματων κόμβων, ως προς τα επίπεδα ακτινοβολίας, στην περίπτωση έγκλειστων και εκτεθειμένων κόμβων. Η ανάλυση των RMSEs έδειξε ότι, γενικά τα σφάλματα τόσο των τιμών της θερμοκρασίας όσο και των τιμών της σχετικής υγρασίας σε σχέση με τους κεντρικούς αισθητήρες του θερμοκηπίου, ήταν σαφώς μεγαλύτερα στην περίπτωση των εκτεθειμένων κόμβων. Στην περίπτωση των τιμών της θερμοκρασίας (Εικόνα 5a), δε φάνηκε να υπάρχει προφανής συσχέτιση των RMSEs των εκτεθειμένων κόμβων με τις τιμές της ακτινοβολίας, ενώ στην περίπτωση της σχετικής υγρασίας (Εικόνα 5b), τα σφάλματα φάνηκε να ενισχύονται ελαφρώς στα μεγαλύτερα επίπεδα ακτινοβολίας.

10 10 Επομένως, η αξιοπιστία των μετρήσεων θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας επηρεάζεται σε πολύ σημαντικό βαθμό από την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, καθιστώντας προβληματική και αναξιόπιστη τη χρήση μη προστατευμένων ασύρματων κόμβων αισθητήρων για τη μέτρηση των περιβαλλοντικών συνθηκών του θερμοκηπίου. Εικόνα 5. RMSEs (a) θερμοκρασίας και (b) σχετικής υγρασίας ως προς τα επίπεδα ακτινοβολίας, στην περίπτωση έγκλειστων και εκτεθειμένων κόμβων. Στο 3ο πείραμα, στην περίπτωση των μετρήσεων θερμοκρασίας, οι κόμβοι υπό σκίαση φάνηκε να λειτουργούν καλύτερα και από τους έγκλειστους κόμβους, καθώς οι αποκλίσεις μεταξύ των μετρήσεων των δύο αυτών κόμβων ήταν μικρότερες και πρακτικά ανεξάρτητες από τα επίπεδα ακτινοβολίας (Εικόνα 6a). Ειδικότερα κατά τη διάρκεια της νύχτας, οι έγκλειστοι κόμβοι είχαν αρκετά χαμηλή απόδοση, όπως αυτή καθορίζεται από τη διασπορά των μετρήσεων μεταξύ των δύο κόμβων (σημεία στην κάθετη ευθεία του μηδενός στο γράφημα της Εικόνας 6a). Ομοίως, οι αντίστοιχες τιμές των σφαλμάτων RMSE των κόμβων υπό σκίαση ήταν ελαφρώς χαμηλότερες από αυτές των έγκλειστων κόμβων (Εικόνα 6b). Στην περίπτωση των μετρήσεων σχετικής υγρασίας, οι τυπικές αποκλίσεις των τιμών έδειξαν ότι οι κόμβοι υπό σκίαση έμειναν μάλλον ανεπηρέαστοι από την ακτινοβολία. Ωστόσο, οι τιμές των RMSEs έδειξαν, όπως και στην περίπτωση των θερμοκρασιών, ότι οι κόμβοι υπό σκίαση ήταν σε γενικές γραμμές ελαφρώς πιο ακριβείς από τους έγκλειστους κόμβους. Έτσι, η ακρίβεια και αξιοπιστία των μετρήσεων των κόμβων υπό σκίαση καθιστά μη απαραίτητη την ανάπτυξη κάποιου αλγόριθμου αντιστάθμισης

11 11 των μετρήσεων θερμοκρασίας και υγρασίας του WSN, ο οποίος θα λάμβανε υπόψιν τα επίπεδα ηλιακής ακτινοβολίας. Εικόνα 6. (a) Τυπικές αποκλίσεις της θερμοκρασίας μεταξύ 2 κόμβων αισθητήρων και (b) RMSEs θερμοκρασίας, ως προς τα επίπεδα ακτινοβολίας, στην περίπτωση έγκλειστων κόμβων και κόμβων υπό σκίαση.

12 12 3. Χρήση του WSN για την ακριβή αποτύπωση του θερμοκηπιακού περιβάλλοντος Μετά την επίλυση των θεμάτων βαθμονόμησης των αισθητήρων του WSN και διόρθωσης των μετρούμενων τιμών με βάση τις εξισώσεις που αναπτύχθηκαν και παρουσιάστηκαν στην προηγούμενη ενότητα, και αφού προσδιορίστηκε ο πιο αξιόπιστος τρόπος τοποθέτησης των αισθητήρων των ασύρματων κόμβων, το WSN εγκαταστάθηκε σε εμπορικό θερμοκήπιο με αρχικό σκοπό την αποτύπωση και ανάλυση της χωρικής κατανομής και μεταβλητότητας των συνθηκών θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας στο εσωτερικό του. Στα σύγχρονα εμπορικά θερμοκήπια, για τη δημιουργία μιας αντικειμενικής και λεπτομερούς αποτύπωσης του κλίματος στις διάφορες περιοχές τού υπό κάλυψη χώρου, απαιτούνται διάφορα σημεία μέτρησης στο επίπεδο των φυτών. Συγκεκριμένες κλιματολογικές διαβαθμίσεις μπορεί να προκαλέσουν σημαντικές διαφοροποιήσεις όσον αφορά την απόδοση της καλλιέργειας, την παραγωγικότητα, τα ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά των φυτών, καθώς και την ανάπτυξη διαφόρων ασθενειών. Οι Kittas & Bartzanas (2007) έχουν επισημάνει ότι πολλοί ερευνητές στον τομέα του ελέγχου περιβάλλοντος θερμοκηπίων θεωρούν το κλίμα στο εσωτερικό του ως ομοιογενές. Ωστόσο, πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι συνήθως υπάρχει μεγάλος βαθμός ανομοιογένειας στο εσωτερικών τέτοιων κατασκευών (π.χ., Soni et al., 2005; Teitel et al., 2010). Για να είναι σε θέση ένα σύστημα ελέγχου και διαχείρισης του κλίματος του θερμοκηπίου να εξαλείψει τις διαφορές που δημιουργούνται λόγω της ανομοιογένειας του κλίματος, απαιτείται η ακριβής και αξιόπιστη καταγραφή των συνθηκών από ένα επαρκώς κατανεμημένο σύστημα αισθητήρων. Τα WSNs, με τη δυνατότητα που προσφέρουν για την καταγραφή μετρήσεων από διαφορετικά και απομακρυσμένα σημεία, ενδείκνυνται για την υλοποίηση τέτοιων συστημάτων. Διάφορες πρόσφατες μελέτες έχουν διερευνήσει τη χρήση τους για τον προσδιορισμό της διακύμανσης του κλίματος στο εσωτερικό θερμοκηπίων (Castillo, 2007; Bojaca et al., 2009; Balendock et al., 2014). Επιπλέον, έχουν γίνει προσπάθειες ώστε να χρησιμοποιηθούν τα αντίστοιχα αποτελέσματα στην ανάπτυξη κατανεμημένων συστημάτων ελέγχου του περιβάλλοντος των θερμοκηπίων (Gonda & Cugnasca, 2006; Pawlowski et al., 2009; Chaudhary et al., 2011). Με βάση αυτά, το πρότυπο WSN χρησιμοποιήθηκε για να συλλεχθούν οι απαραίτητες μετρήσεις στο εμπορικό θερμοκήπιο στο οποίο εγκαταστάθηκε, για την ανάπτυξη κατανεμημένων μεθόδων

13 13 εντοπισμού προβληματικών καταστάσεων για τα φυτά, με τρόπο που να μπορεί να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα λειτουργίας των φυτών και να αξιολογηθεί η δυνατότητα χρήσης των μετρούμενων παραμέτρων, τόσο σε επίπεδο περιβάλλοντος θερμοκηπίου όσο και σε επίπεδο φυτού, στη βελτίωση του ελέγχου του κλίματος Βασικά στοιχεία πειραματικής εγκατάστασης Θερμοκήπιο Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε ένα εμπορικό θερμοκήπιο στον Πυργετό Λάρισας (συντεταγμένες: 39ο 55 N, 22ο 35 E). Το συγκεκριμένο θερμοκήπιο είναι συμβατικού τύπου, τοξωτό 5 τμημάτων, πλαστικού καλύμματος οροφής με τοιχώματα από τζάμια. Η επιφάνειά του είναι 0.5 ha (105 m μήκος και 48 m πλάτος). Είναι εξοπλισμένο με σύστημα υγρής παρειάς κατά μήκος της μεγάλης πλευράς του, παράθυρα οροφής, σύστημα θέρμανσης με σωλήνες στο ύψος του εδάφους και των φυτών, καθώς και αναμείκτες αέρα σε ύψος 4 μέτρων από το έδαφος. Το κάθε τμήμα του θερμοκηπίου διαθέτει ξεχωριστή ζώνη ελέγχου της θέρμανσης και της άρδευσης. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων καλλιεργούνταν φυτά αγγουριού σε υδροπονικό σύστημα με υπόστρωμα πετροβάμβακα (rockwool). Οι καλλιεργητικές γραμμές ήταν παράλληλα με τη μεγάλη πλευρά του θερμοκηπίου (Βοράς-Νότος) και κάθετα στη ροή του αέρα που δημιουργούνταν από το σύστημα ψύξης της υγρής παρειάς Ασύρματο δίκτυο αισθητήρων Η διάταξη και η αρχιτεκτονική ενός WSN θα πρέπει να έχει ως στόχο την όσο πιο ακριβή αποτύπωση της χωρικής κατανομής και ανομοιογένειας των περιβαλλοντικών συνθηκών στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Οι πυκνότητες ασύρματων κόμβων που έχουν προταθεί στη σχετική βιβλιογραφία έχουν αρκετά μεγάλη διακύμανση, ενώ δεν υποστηρίζονται από αντίστοιχη πληροφορία ως προς τις λεπτομέρειες της εκάστοτε εφαρμογής και τους μηχανισμούς ελέγχου των θερμοκηπιακών μονάδων στις οποίες εφαρμόζονται τα αντίστοιχα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Επιπρόσθετα, στην πλειοψηφία των ανάλογων εργασιών, δεν υπάρχουν συγκεκριμένα πειραματικά δεδομένα μετρήσεων από τα οποία να προκύπτει η εκάστοτε προτεινόμενη πυκνότητα κόμβων. Οι Balendonck et al. (2014) χρησιμοποίησαν διάφορες πυκνότητες μετρήσεων στην προσπάθειά τους να αποτυπώσουν την ανομοιογένεια της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας σε διάφορες θερμοκηπιακές καλλιέργειες, από έναν κόμβο ανά 170 m 2 έως και έναν κόμβο ανά 80 m 2, ενώ

14 14 πρότειναν πυκνότητα μετρήσεων ενός κόμβου ανά 100 m2 για να είναι δυνατή η μέτρηση διαφορών 0.5 βαθμού. Οι Bojacá et al. (2009) χρησιμοποίησαν πυκνότητα ενός κόμβου ανά 400 m 2. Ο Castillo (2007) ανέπτυξε μία εμπειρική εξίσωση για τον υπολογισμό της πυκνότητας κόμβων για θερμοκήπια έκτασης έως 5000 m 2, με μέση πυκνότητα αρκετά πιο υψηλή, περί τον έναν κόμβο ανά 70 m2, η οποία χρησιμοποιήθηκε από τους Jiménez et al. (2012) σε θερμοκηπιακή καλλιέργεια τομάτας, ενώ οι Chaudhary et al. (2011) πρότειναν τη διπλάσια πυκνότητα (έναν κόμβο ανά 35 m 2). Μία πιο εμπεριστατωμένη ανάλυση των Goense et al. (2005) προτείνει πυκνότητα κόμβων μέτρησης ενός κόμβου ανά 100 m2, αλλά σε εφαρμογές ανοιχτού αγρού. Εδώ, το WSN που χρησιμοποιήθηκε αποτελούνταν από 7 ασύρματους κόμβους, τοποθετημένους σε συγκεκριμένες θέσεις για να καλύπτουν ολόκληρο το εύρος της επιφάνειας του θερμοκηπίου. Οι ασύρματοι κόμβοι ήταν τύπου Zolertia Z1 (Zolertia, Spain), οι οποίοι λειτουργούσαν με σημαντικά χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας από τους κόμβους TelosB της Advanticsys που είχαν δοκιμαστεί σε προηγούμενες μορφές του δικτύου. Οι αισθητήρες ήταν οι ίδιοι με αυτούς που παρουσιάστηκαν στο Παραδοτέο Π.1.4, δηλαδή ένας αισθητήρας SHT11 (Sensirion, Switzerland) για τη μέτρηση θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας αέρα, και ένας αισθητήρας Zytemp TN9 (Zytemp, Taiwan) για τη μέτρηση θερμοκρασίας αέρα και θερμοκρασίας επιφάνειας φύλλου. Οι κόμβοι επικοινωνούσαν απευθείας με τον σταθμό βάσης, ο οποίος περιελάμβανε έναν κόμβο Advanticsys CM3300 node (Advanticsys, Spain) συνδεδεμένο με έναν ενσωματωμένο υπολογιστή Olimex OlinuXino A13 (Olimex, Bulgaria) με λειτουργικό σύστημα Linux (Debian). Για την ανάλυση των δεδομένων που πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του Παραδοτέου, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από 5 από τους κόμβους του WSN, οι οποίοι είχαν συμμετρικές θέσεις στο επίπεδο της καλλιέργειας (σε ύψος 1.5 m), όπως φαίνεται στην Εικόνα 7. Το θερμοκήπιο, όπως προαναφέρθηκε, έχει διαστάσεις δαπέδου 48x105m, όπως φαίνεται και στην Εικόνα 7. Με βάση αυτές τις διαστάσεις, οι κόμβοι βρίσκονταν στις εξής συντεταγμένες: Κόμβος 1: (5, 55), Κόμβος 2: (24, 55), Κόμβος 3: (44, 55), Κόμβος 4: (24, 95), Κόμβος 5: (24, 10).

15 15 Εικόνα 7. Η διάταξη των 5 ασύρματων κόμβων αισθητήρων του WSN στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Η υγρή παρειά είναι στην αριστερή πλευρά, ενώ οι ανεμιστήρες στη δεξιά πλευρά. Η είσοδος του θερμοκηπίου καθώς και ο σταθμός βάσης του δικτύου είναι στην κάτω πλευρά Πειράματα Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια δύο διαφορετικών περιόδων: i) τη χειμερινή περίοδο, μεταξύ 12 Φεβρουαρίου και 18 Μαρτίου 2015, και ii) τη θερινή περίοδο, μεταξύ 1 Μαΐου και 17 Ιουλίου Οι μετρήσεις στέλνονταν στον σταθμό βάσης του WSN κάθε 2 λεπτά και υπολογίζονταν μέσοι όροι 10λέπτων. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι παρουσιάστηκαν κάποιες περίοδοι προβληματικής λειτουργίας του δικτύου κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, κατά τις οποίες περιόδους εμφανίστηκαν κενά στην καταγραφή των μετρήσεων, τα οποία κυμαίνονταν σε

16 16 διάρκεια από μερικά λεπτά μέχρι ολόκληρες ημέρες. Για τον λόγο αυτό, υπήρχαν κάποιες χρονικές ασυνέχειες στα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στις αναλύσεις που παρουσιάζονται εδώ. Η χωρική διακύμανση της κάθε μετρούμενης παραμέτρου εκτιμήθηκε με βάση τις ενδείξεις των 5 κόμβων, χρησιμοποιώντας τα ακόλουθα μέτρα: Τη μέγιστη διαφορά μεταξύ των τιμών των 5 κόμβων, χρησιμοποιώντας τις μέσες τιμές κατά τις περιόδους ενδιαφέροντος (ημέρας και νύχτας για κάθε πειραματική περίοδο). Τις τυπικές αποκλίσεις αυτών των μέσων τιμών. Τη Μέση Σχετική Απόκλιση Mean Relative Deviation (MRD), η οποία δίνεται από τη σχέση: N V i V m MRD= i=1 N V m όπου: N είναι το πλήθος των μετρήσεων μιας συγκεκριμένης παραμέτρου, Vi είναι η μέτρηση i, και Vm είναι η μέση τιμή όλων των N μετρήσεων. Τα δύο πρώτα μέτρα υποδηλώνουν το μέγεθος της διακύμανσης των μέσων τιμών των μετρήσεων, ενώ το MRD είναι ένα μέτρο ομοιομορφίας των μετρήσεων, με τις μικρότερες τιμές να αντιστοιχούν σε καλύτερη ομοιομορφία. Εκτός από τα μέτρα αυτά των μέσων τιμών συγκεκριμένων περιόδων ενδιαφέροντος, αναπτύχθηκαν επίσης διάφορες γραφικές παραστάσεις για να απεικονίσουν τη χωρική διακύμανση, αφού εκτιμήθηκαν οι τιμές των παραμέτρων σε ολόκληρη την έκταση του θερμοκηπίου χρησιμοποιώντας παρεμβολή στις μετρούμενες τιμές, βασισμένη σε μια μέθοδο ελαχίστων τετραγώνων (Garcia, 2010) Χωρική διακύμανση θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας Με βάση τις τιμές των μέτρων της χωρικής ομοιομορφίας που υπολογίστηκαν για τις μετρήσεις της θερμοκρασίας (Πίνακας 1), φαίνεται ότι ο μεγαλύτερος βαθμός ετερογένειας παρατηρήθηκε κατά

17 17 τη διάρκεια της ημέρας την καλοκαιρινή περίοδο (μέγιστη διαφορά 3.3 βαθμών Κελσίου, τυπική απόκλιση των μέσων θερμοκρασιών μεταξύ των 5 κόμβων ίση με 1.23, και τιμή του MRD ίση με 00361). Οι διαφορές αυτές στις τιμές της θερμοκρασίας θα μπορούσαν να αποδοθούν κυρίως στη λειτουργία του συστήματος ψύξης, με τη θερμοκρασία να αυξάνεται προοδευτικά από την πλευρά της υγρής παρειάς προς την πλευρά των ανεμιστήρων. Ωστόσο, φαίνεται ότι το σύστημα ψύξης του θερμοκηπίου λειτουργούσε ικανοποιητικά, παρόλο που η ροή του αέρα ήταν κάθετη προς τις γραμμές καλλιέργειας, αφού ακόμα και για περιπτώσεις που η ροή του αέρα είναι παράλληλη με τις καλλιεργητικές γραμμές, άλλοι ερευνητές έχουν παρατηρήσει αντίστοιχες ή ακόμα και υψηλότερες θερμοκρασιακές διαφορές (π.χ., Kittas et al., 2003; López et al., 2012). Οι αντίστοιχες τιμές κατά τη διάρκεια της νύχτας την καλοκαιρινή περίοδο και κατά τη διάρκεια όλης της ημέρας τη χειμερινή περίοδο, ήταν αρκετά πιο χαμηλές (π.χ., μέγιστες μέσες θερμοκρασιακές διαφορές της τάξης του 1 βαθμού Κελσίου), επομένως η διακύμανση κατά τη διάρκεια αυτών των περιόδων ήταν αρκετά μικρότερη. Πίνακας 1. Τιμές μέσης θερμοκρασίας και τυπικές αποκλίσεις ( oc) για κάθε κόμβο κατά τη διάρκεια και των δύο πειραματικών περιόδων, για τις περιόδους μέρας και νύχτας. Επίσης, περιλαμβάνονται: η μέγιστη μέση διαφορά (Max diff.), η τυπική απόκλιση των μέσων τιμών (Avg. Std), και η τιμή του MRD των μέσων τιμών. Θερ/σία o C Θερινή περίοδος Μέρα Νύχτα Mean Std Mean Std Κόμβος Κόμβος Κόμβος Κόμβος Κόμβος Max diff Avg. std Avg. MRD Χειμερινή περίοδος Μέρα Νύχτα Mean Std Mean Std Στην περίπτωση της σχετικής υγρασίας (Πίνακας 2), η μέγιστη χωρική διακύμανση παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια της ημέρας, και στις δύο πειραματικές περιόδους (μέγιστες διαφορές περίπου 9%, τυπική απόκλιση της μέσης σχετικής υγρασίας μεταξύ των 5 κόμβων μεταξύ 3 και 3.7%, και τιμή

18 18 του MRD περίπου στο 0.033). Παρόλο που οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας φάνηκε να επηρεάζονται από τη ροή του αέρα λόγω της λειτουργίας των ανεμιστήρων, η σχετική υγρασία φαίνεται να κατανέμεται κυρίως κατά μήκος της μεγάλης πλευράς του θερμοκηπίου. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, οι μετρήσεις σχετικής υγρασίας ήταν αρκετά ομοιόμορφες και στις δύο πειραματικές περιόδους (καλοκαίρι και χειμώνα). Πρέπει να σημειωθεί ότι κατά της διάρκεια της νύχτας λειτουργούσαν οι αναμείκτες αέρα, κάτι το οποίο φαίνεται να συνέβαλε στη δημιουργία πιο ομοιογενούς μικροκλίματος. Πίνακας 2. Τιμές μέσης σχετικής υγρασίας και τυπικές αποκλίσεις (%) για κάθε κόμβο κατά τη διάρκεια και των δύο πειραματικών περιόδων, για τις περιόδους μέρας και νύχτας. Επίσης, περιλαμβάνονται: η μέγιστη μέση διαφορά (Max diff.), η τυπική απόκλιση των μέσων τιμών (Avg. Std), και η τιμή του MRD των μέσων τιμών. Σ.Υ. % Θερινή περίοδος Μέρα Νύχτα Mean Std Mean Std Κόμβος Κόμβος Κόμβος Κόμβος Κόμβος Max diff Avg. std Avg. MRD Χειμερινή περίοδος Μέρα Νύχτα Mean Std Mean Std Οι ισοϋψείς καμπύλες των Εικόνων 8 και 9 δίνουν μια σχηματική αναπαράσταση των μέσων διακυμάνσεων που παρατηρήθηκαν, για τη θερμοκρασία και τη σχετική υγρασία, αντίστοιχα. Οι διακυμάνσεις αυτές φαίνονται με διαφορετική μορφή και στις δισδιάστατες και τρισδιάστατες αναπαραστάσεις του χώρου του θερμοκηπίου των Εικόνων (δισδιάστατη απεικόνιση) και 1213 (τρισδιάστατη απεικόνιση). Από όλα αυτά τα γραφήματα είναι εμφανές ότι παρατηρούνται διαφορετικές μορφές ανομοιογένειας θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας σε διαφορετικές πειραματικές περιόδους (καλοκαίρι/χειμώνα), καθώς και μεταξύ μέρας και νύχτας. Η Εικόνα 14 δείχνει την εξέλιξη του δείκτη ομοιομορφίας (MRD) για τη θερμοκρασία και τη

19 19 σχετική υγρασία και για τις δύο πειραματικές περιόδους (καλοκαιρινή περίοδος: (a) και (b), χειμερινή περίοδος: (c) και (d)), για τις μέρες και τις νύχτες. Κατά τη διάρκεια της νύχτας (γραφήματα (b) και (d)), και οι δύο μεταβλητές παρουσίασαν καλύτερη ομοιομορφία. Φαίνεται από τα γραφήματα ότι κατά τη διάρκεια της μέρας η διακύμανση τόσο στη θερμοκρασία όσο και στη σχετική υγρασία είναι μεγαλύτερη (γραφήματα (a) και (c) σε όλες τις Εικόνες). Επομένως, ως προς την εξέλιξη της ανομοιογένειας κατά τη διάρκεια των πειραματικών περιόδων, φαίνεται ότι υπήρχε μια πιο εμφανής διάκριση μεταξύ μέρας και νύχτας, παρά μεταξύ θερινής και χειμερινής περιόδου. Εικόνα 8. Διαγράμματα ισοϋψών μέσων θερμοκρασιών (a) Θερινής περιόδου μέρα, (b) Θερινής περιόδου νύχτα, (c) Χειμερινής περιόδου μέρα, (d) Χειμερινής περιόδου νύχτα.

20 20 Εικόνα 9. Διαγράμματα ισοϋψών μέσης σχετικής υγρασίας (a) Θερινής περιόδου μέρα, (b) Θερινής περιόδου νύχτα, (c) Χειμερινής περιόδου μέρα, (d) Χειμερινής περιόδου νύχτα.

21 Εικόνα 10. Δισδιάστατα διαγράμματα χωρικής κατανομής μέσων θερμοκρασιών (a) Θερινής περιόδου μέρα, (b) Θερινής περιόδου νύχτα, (c) Χειμερινής περιόδου μέρα, (d) Χειμερινής περιόδου νύχτα. 21

22 Εικόνα 11. Δισδιάστατα διαγράμματα χωρικής κατανομής μέσης σχετικής υγρασίας (a) Θερινής περιόδου μέρα, (b) Θερινής περιόδου νύχτα, (c) Χειμερινής περιόδου μέρα, (d) Χειμερινής περιόδου νύχτα. 22

23 Εικόνα 12. Τρισδιάστατα διαγράμματα χωρικής κατανομής μέσων θερμοκρασιών (a) Θερινής περιόδου μέρα, (b) Θερινής περιόδου νύχτα, (c) Χειμερινής περιόδου μέρα, (d) Χειμερινής περιόδου νύχτα. 23

24 Εικόνα 13. Τρισδιάστατα διαγράμματα χωρικής κατανομής μέσης σχετικής υγρασίας (a) Θερινής περιόδου μέρα, (b) Θερινής περιόδου νύχτα, (c) Χειμερινής περιόδου μέρα, (d) Χειμερινής περιόδου νύχτα. 24

25 25 Εικόνα 14. Δείκτης ομοιομορφίας MRD των τιμών μέσης θερμοκρασίας και μέσης σχετικής υγρασίας, κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου ((a) και (b)) και της χειμερινής περιόδου ((c) και (d)), για τη μέρα ((a) και (c)) και τη νύχτα ((b) και (d)) Διακύμανση διαπνοής των φυτών Η διαπνοή των φυτών είναι μια σημαντική παράμετρος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτιστοποίηση της άρδευσης αλλά και τον εντοπισμό προβληματικών συνθηκών για τα φυτά, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε πιο ακριβή και λεπτομερειακό έλεγχο των περιβαλλοντικών συνθηκών του θερμοκηπίου, με γνώμονα την κατάσταση των ίδιων των φυτών και της αποτελεσματικότητας της λειτουργίας της ίδιας της καλλιέργειας. Η γνώση της χωρικής διακύμανσης της διαπνοής αποτελεί ένα πολύ σημαντικό πλεονέκτημα για τη βέλτιστη λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος. Για τον υπολογισμό της διαπνοής της καλλιέργειας (Tr) στα σημεία μέτρησης του WSN, χρησιμοποιήθηκε ένα απλό μοντέλο βασισμένο στην ακόλουθη εξίσωση: Tr = a R + b VPD

26 26 όπου, R είναι η ένταση της ακτινοβολίας (W m -2) (καταγεγραμμένη στο κέντρο του θερμοκηπίου), VPD είναι το έλλειμμα κορεσμού (kpa) υπολογισμένο μέσω των μετρούμενων τιμών θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας, και a και b είναι σταθερές (Katsoulas & Kittas 2011). Η Εικόνα 15 δείχνει τη χωρική κατανομή των μέσων τιμών διαπνοής της καλλιέργειας κατά τη διάρκεια ολόκληρης της θερινής περιόδου (για τη μέρα (a), τη νύχτα (b) και ολόκληρη την ημέρα (c)). Η διαπνοή παρουσιάζει σημαντική διαφοροποίηση κατά μήκος της μεγάλης πλευράς του θερμοκηπίου, ενώ παρατηρείται αντίστροφη συμπεριφορά στη διαφοροποίησή της μεταξύ μέρας και νύχτας. Φυσικά οι τιμές κατά τη διάρκεια της νύχτας είναι πολύ μικρότερες, επομένων η ολική διακύμανση (Εικόνα 15c), είναι παραπλήσια αυτής που παρατηρείται κατά τη διάρκεια της μέρας. Η μάλλον ισορροπημένη κατανομή κατά μήκος της μεγάλης πλευράς του θερμοκηπίου, κάνει απόλυτα εφικτή την ανάπτυξη ενός συστήματος ακριβούς ελέγχου της άρδευσης ή του κλίματος που λαμβάνει υπόψιν του αυτή τη διαφοροποίηση. Εικόνα 15. Τρισδιάστατη απεικόνιση της μέσης διαπνοής των φυτών κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου, (a) τη μέρα, (b) τη νύχτα, (c) ολόκληρη τη διάρκεια της ημέρας. Η Εικόνα 16 παρουσιάζει τις τιμές του δείκτη ομοιομορφίας MRD για τη διαπνοή (σε 10λεπτα διαστήματα) κατά τη διάρκεια ολόκληρης της θερινής περιόδου, με τις χαμηλότερες τιμές να αντιστοιχούν σε χρονικά σημεία καλύτερης χωρικής ομοιομορφίας της διαπνοής. Αντίστοιχα, η Εικόνα 17 παρουσιάζει τη συσχέτιση μεταξύ του MRD της διαπνοής και της ηλιακής ακτινοβολίας. Φαίνεται από το γράφημα ότι η ομοιομορφία της διαπνοής έχει, γενικά, μια εκθετικής συσχέτιση με

27 27 την ακτινοβολία, παρόλο που οι τιμές του δείκτη ομοιομορφίας MRD είναι αρκετά διεσπαρμένες στις συνθήκες χαμηλής έντασης ακτινοβολίας, οδηγώντας σε χαμηλή τιμή του δείκτη R 2 (0.36). Αντίστοιχες διακυμάνσεις της διαπνοής έχουν επίσης βρεθεί από τους Boulard & Wang (2002), οι οποίοι μοντελοποίησαν ένα παθητικό σύστημα αερισμού τοξωτού θερμοκηπίου με ταχύτητα ανέμου κανονικής ροής στο θερμοκήπιο ίσης με 3 m s -1. Ενσωμάτωσαν υπορουτίνες στον κώδικα υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD) που υπολόγιζε τη δυναμική αντίδραση των φυτών ως μια συνάρτηση τοπικών συνθηκών. Το μοντέλο τους εντόπισε σημαντική ανομοιογένεια στο εσωτερικό περιβάλλον, με έντονο χαρακτηριστικό τη ροή αέρα από την πλευρά πρόσκρουσης του αέρα με το θερμοκήπιο προς την αντίθετη πλευρά, ενώ ο αέρας κατά μήκος του δαπέδου και των τοιχωμάτων παρέμενε στάσιμος. Επιπλέον, το μοντέλο υπολόγισε ότι το επίπεδο διαπνοής των φυτών στο βορινό τμήμα του θερμοκηπίου ήταν έως 30% μικρότερο από άλλες περιοχές, κυρίως λόγω χαμηλότερης ηλιακής ενέργειας και ταχύτητας αέρα. Επίσης, παραπλήσια αποτελέσματα παρατηρήθηκαν από τους Fatnassi et al. (2006) που μοντελοποίησηαν τη διαπνοή των φυτών σε ένα θερμοκήπιο πολλών τμημάτων. Εικόνα 16. Τιμές του δείκτη ομοιομορφίας MRD κατά τη διάρκεια ολόκληρης της θερινής περιόδου.

28 28 Εικόνα 17. Συσχέτιση του δείκτη ομοιομορφίας MRD με την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας Συνθήκες συμπύκνωσης Οι μετρήσεις της θερμοκρασίας φύλλου των φυτών χρησιμοποιήθηκαν για τον εντοπισμό περιόδων που ευνοούσαν τη συμπύκνωση υδρατμών στην επιφάνεια των φύλλων σε συγκεκριμένες περιοχές του θερμοκηπίου (όταν η θερμοκρασία του φύλλου ήταν μικρότερη ή ίση του σημείου δρόσου του αέρα). Οι θερμοκρασίες του σημείου δρόσου υπολογίζονταν δυναμικά στα σημεία των κόμβων του WSN και συγκρίνονταν με τις αντίστοιχες θερμοκρασίες της επιφάνειας των φύλλων των φυτών, για τον εντοπισμό πιθανών συνθηκών ανάπτυξης συμπύκνωσης στα φύλλα. Οι Εικόνες 18 και 19 παρουσιάζουν τις περιόδους (σε επίπεδο 10λέπτων) όπου οι συνθήκες ευνοούσαν την ανάπτυξη συμπύκνωσης στα φύλλα των φυτών, σε κάθε ένα από τα 5 σημεία μέτρησης στο θερμοκήπιο, κατά τη διάρκεια της θερινής και της χειμερινής περιόδου, αντίστοιχα. Με πράσινη διακεκομμένη γραμμή είναι οι θερμοκρασίες επιφάνειας φύλλου σε κάθε σημείο, ενώ με κόκκινη γραμμή είναι η υπολογιζόμενη θερμοκρασία δρόσου στα αντίστοιχα σημεία. Με μπλε κουκκίδες πάνω από το 0 σημειώνονται τα σημεία όπου κυριαρχούν συνθήκες ανάπτυξης συμπύκνωσης στα φύλλα. Ο Πίνακας 3 παρουσιάζει τα ποσοστά του χρόνου της κάθε πειραματικής περιόδου όπου κυριαρχούσαν συνθήκες ανάπτυξης συμπύκνωσης στα φύλλα σε κάθε σημείο μέτρησης (και κατά

29 29 μέσο όρο σε ολόκληρο συνολικά το πείραμα). Αντίστοιχα, η Εικόνα 20 απεικονίζει τρισδιάστατα τα χρονικά αυτά ποσοστά, στον χώρο του θερμοκηπίου, δηλαδή παρουσιάζει μια τρισδιάστατη αναπαράσταση των συχνοτήτων εμφάνισης προβληματικών συνθηκών συμπύκνωσης. Είναι εμφανές ότι κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου υπάρχει μια αισθητή διαφορά μεταξύ της πλευράς της υγρής παρειάς και της πλευράς των ανεμιστήρων του θερμοκηπίου, με την τελευταία να έχει μεγαλύτερες περιόδους με συνθήκες συμπύκνωσης. Ωστόσο, οι σημαντικά μεγαλύτερες τέτοιες περίοδοι κατά τη διάρκεια της χειμερινής περιόδου και η διαφορετική τους χωρική κατανομή (Εικόνα 20b) κάνουν τη συνολική (μέση) χωρική κατανομή των περιόδων συμπύκνωσης να είναι αρκετά διαφορετική (Εικόνα 20c), με μεγαλύτερες διακυμάνσεις κατά μήκος της μεγάλης πλευράς του θερμοκηπίου, ενώ η περιοχή περί την είσοδο του θερμοκηπίου παρουσιάζει, γενικά, λιγότερο από το μισό χρονικό διάστημα συνθήκες συμπύκνωσης σε σύγκριση με την άλλη πλευρά του θερμοκηπίου. Εικόνα 18. Περίοδοι συμπύκνωσης στα φύλλα (μπλε κουκκίδες πάνω από το επίπεδο του 0) κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου, σε κάθε σημείο μέτρησης του WSN.

30 30 Εικόνα 19. Περίοδοι συμπύκνωσης στα φύλλα (μπλε κουκκίδες πάνω από το επίπεδο του 0) κατά τη διάρκεια της χειμερινής περιόδου, σε κάθε σημείο μέτρησης του WSN. Πίνακας 3. Ποσοστά χρόνου με συνθήκες συμπύκνωσης στα φύλλα, σε κάθε σημείο μέτρησης του θερμοκηπίου, για κάθε πειραματική περίοδο και κατά μέσο όρο για ολόκληρο το πείραμα. Θερινή Χειμερινή περίοδος περίοδος Μέσος όρος Κόμβος % 1.15% 0.53% Κόμβος % 1.57% 1.62% Κόμβος % 0.11% 0.82% Κόμβος % 3.98% 2.52% Κόμβος % 0.23% 1.49%

31 31 Εικόνα 20. Τρισδιάστατη απεικόνιση των χρονικών ποσοστών με συνθήκες συμπύκνωσης στα φύλλα των φυτών στον χώρο του θερμοκηπίου: (a) κατά τη θερινή περίοδο, (b) κατά τη χειμερινή περίοδο, (c) κατά μέσο όρο σε ολόκληρο το πείραμα Συνθήκες προβληματικής σχετικής υγρασίας Η κατανεμημένη δομή του WSN δίνει τη δυνατότητα δυναμικού εντοπισμού και άλλων προβληματικών περιοχών στον χώρο του θερμοκηπίου. Μια άλλη περίπτωση που εξετάστηκε είναι αυτή των προβληματικών συνθηκών που σχετίζονται με τα επίπεδα σχετικής υγρασίας. Για το αγγούρι, οι ιδανικές συνθήκες σχετικής υγρασίας είναι σε επίπεδα πάνω από 65%. Ο Πίνακας 4 παρουσιάζει τα χρονικά ποσοστά με προβληματικές συνθήκες υγρασίας, δηλαδή με τιμές σχετικής υγρασίας μικρότερες του 65%, ανά σημείο μέτρησης του WSN και για κάθε μία πειραματική περίοδο, καθώς και για ολόκληρη τη διάρκεια του πειράματος (και για τις δύο περιόδους). Στην Εικόνα 21 φαίνονται πιο αναλυτικά οι χρονικές στιγμές (σε επίπεδο 10λέπτων) των προβληματικών συνθηκών στα σημεία του κάθε κόμβου, κατά τη θερινή (γραφήματα αριστερής στήλης) και τη χειμερινή περίοδο (γραφήματα δεξιάς στήλης). Αντίστοιχα, η Εικόνα 22 παρουσιάζει την τρισδιάστατη αναπαράσταση των συχνοτήτων εμφάνισης προβληματικών συνθηκών ως προς τα επίπεδα υγρασίας. Από αυτά τα αποτελέσματα είναι εμφανές ότι υπήρξε αρκετά υψηλή συχνότητα εμφάνισης προβληματικών επιπέδων σχετικής υγρασίας (κάτω από 65%), ειδικά κατά τη χειμερινή

32 32 περίοδο. Οι προβληματικές περιοχές κατανέμονται κυρίως κατά μήκος της μεγάλης πλευράς του θερμοκηπίου, με την πλευρά της εισόδου του θερμοκηπίου να παρουσιάζει 1.5 φορές μεγαλύτερη συχνότητα εμφάνισης προβληματικών συνθηκών από την αντίθετη πλευρά κατά τη διάρκεια της χειμερινής περιόδου (μέχρι και το 60% του συνολικού χρόνου του πειράματος). Κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου, η διακύμανση κατανέμεται κατά την αντίθετη κατεύθυνση (Εικόνα 22a), αλλά με σημαντικά μικρότερα ποσοστά εμφάνισης. Ως αποτέλεσμα, τα συνολικά μέσα ποσοστά εμφάνισης καθ'όλη τη διάρκεια του πειράματος παρουσιάζουν μια κατανομή με σχετικά μικρή διακύμανση (Εικόνα 22c), με μικρότερη μεν συχνότητα εμφάνισης στο μέσο του θερμοκηπίου, αλλά μόνο κατά 6-8% χαμηλότερη από ό,τι στα άκρα του. Από αυτή την ανάλυση της χωρικής και χρονικής κατανομής των προβληματικών συνθηκών ως προς τα επίπεδα σχετικής υγρασίας στο εσωτερικό του θερμοκηπίου, είναι εμφανές ότι θα πρέπει να ακολουθούνται διαφορετικές μεθοδολογίες ελέγχου της σχετικής υγρασίας μεταξύ θερινών και χειμερινών περιόδων, έτσι ώστε οι προβληματικές αυτές συνθήκες να μπορέσουν να εξαλειφθούν κατά τον μέγιστο δυνατό βαθμό. Πίνακας 4. Ποσοστά χρόνου με συνθήκες προβληματικής σχετικής υγρασίας (RH<65%), σε κάθε σημείο μέτρησης του θερμοκηπίου, για κάθε πειραματική περίοδο και κατά μέσο όρο για ολόκληρο το πείραμα. Θερινή Χειμερινή περίοδος περίοδος Μέσος όρος Κόμβος % 52.47% 27.49% Κόμβος % 46.73% 21.30% Κόμβος % 47.26% 22.54% Κόμβος % 43.09% 29.18% Κόμβος % 56.30% 28.10%

33 33 Εικόνα 21. Περίοδοι προβληματικών συνθηκών υγρασίας (RH<65%) (μπλε κουκκίδες στο επίπεδο του 1) κατά τη διάρκεια της θερινής (αριστερή στήλη) και χειμερινής (δεξιά στήλη) περιόδου, σε κάθε σημείο μέτρησης του WSN. Εικόνα 22. Τρισδιάστατη απεικόνιση των χρονικών ποσοστών με προβληματικές συνθήκες υγρασίας στον χώρο του θερμοκηπίου: (a) κατά τη θερινή περίοδο, (b) κατά τη χειμερινή περίοδο, (c) κατά μέσο όρο σε ολόκληρο το πείραμα.

34 Διακύμανση θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας σε συνθήκες υψηλής ακτινοβολίας Στην Ενότητα 3.2 του Παραδοτέου εξετάστηκε η χωρική διακύμανση της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας ανά χρονική περίοδο (θερινή/χειμερινή) και ανά περίοδο της ημέρας (μέρα/νύχτα). Επειδή η ηλιακή ακτινοβολία είναι μια παράμετρος που επιδρά σε σημαντικό βαθμό τόσο στη χωρική διακύμανση των δύο αυτών μεταβλητών, όσο και στο επίπεδο αξιοπιστίας των μετρήσεων του ίδιου του WSN, όπως αναλύθηκε στην Ενότητα 2 του Παραδοτέου, εξετάστηκε επιπλέον η χωρική διακύμανση της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας όχι ανά χρονική περίοδο, αλλά ανά επίπεδο ακτινοβολίας. Στον Πίνακα 5 παρουσιάζονται τα διάφορα μέτρα διακύμανσης που παρουσιάστηκαν στην Ενότητα 3.2, αλλά για τιμές έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας μεγαλύτερες των 300 W m -2. Από τα αποτελέσματα αυτά φαίνεται ότι οι τιμές χωρικής διακύμανσης και για τις δύο μεταβλητές είναι ακόμα μεγαλύτερες από αυτές που σημειώθηκαν κατά τις περιόδους έντονης διακύμανσης (κατά τη διάρκεια της ημέρας τη θερινή περίοδο για τη θερμοκρασία, και κατά τη διάρκεια της ημέρας και για τις δύο πειραματικές περιόδους για τη σχετική υγρασία Βλ. Πίνακες 1 & 2). Αντίστοιχα, οι παρατηρούμενη ομοιομορφία όπως αυτή εκφράζεται από τον δείκτη MRD, είναι στην περίπτωση και των δύο μεταβλητών, χαμηλότερη όταν απομονώνονται οι περίοδοι υψηλής ακτινοβολίας. Πίνακας 5. Τιμές μέσης θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας και τυπικές αποκλίσεις για κάθε κόμβο κατά τη διάρκεια περιόδων με ένταση ακτινοβολίας >300 Wm -2. Επίσης, περιλαμβάνονται: η μέγιστη μέση διαφορά (Max diff.), η τυπική απόκλιση των μέσων τιμών (Avg. Std), και η τιμή του MRD των μέσων τιμών. Κόμβος 1 Κόμβος 2 Κόμβος 3 Κόμβος 4 Κόμβος 5 Max diff. Avg. std Avg. MRD Θερμοκρασία (oc) Mean Std Σχετική Υγρασία (%) Mean Std

35 35 Στις Εικόνες 23 και 24 φαίνεται η συσχέτιση της ομοιομορφίας της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας, αντίστοιχα, με την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας (χαμηλότερες τιμές του δείκτη MRD αντιστοιχούν σε καλύτερη ομοιομορφία). Οι συσχετίσεις είναι σχετικά χαμηλές, λόγω της μεγάλης διασποράς των τιμών του δείκτη, όμως είναι εμφανής μία γενική τάση μείωσης της ομοιομορφίας (αύξησης του MRD) με την άνοδο της ακτινοβολίας, και στις δύο περιπτώσεις (θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας). Εικόνα 23. Συσχέτιση του δείκτη ομοιομορφίας MRD της θερμοκρασίας με την ένταση της ακτινοβολίας.

36 36 Εικόνα 24. Συσχέτιση του δείκτη ομοιομορφίας MRD της σχετικής υγρασίας με την ένταση της ακτινοβολίας 3.7. Διακύμανση του ελλείμματος κορεσμού (VPD) Μία από τις πιο σημαντικές παραμέτρους που επηρεάζουν την ανάπτυξη των θερμοκηπιακών καλλιεργειών και μπορούν να χρησιμεύσουν στην ανάπτυξη βέλτιστων μεθοδολογιών ελέγχου του κλίματος των θερμοκηπίων, είναι το έλλειμμα κορεσμού (Vapor Pressure Deficit VPD). Αυτό υπολογίστηκε με βάση τις τιμές θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας που μετρήθηκαν με το WSN και με τη χρήση δισδιάστατης παρεμβολής δημιουργήθηκαν τα γραφήματα των Εικόνων 25-27, όπου φαίνεται με ισοϋψείς, με δισδιάστατη και με τρισδιάστατη απεικόνιση, αντίστοιχα, η διακύμανση των μέσων τιμών του VPD ανά πειραματική περίοδο (θερινή/χειμερινή) και ανά διάστημα της ημέρας (μέρα/νύχτα). Η κατανομή της διακύμανσης στον χώρο του θερμοκηπίου δείχνει μία σαφή διάκριση στον προσανατολισμό της μεταξύ θερινής και χειμερινής περιόδου, ενώ η διαφορά μεταξύ μέρας και νύχτας συνίσταται κυρίως ως προς τα επίπεδα των τιμών του VPD και όχι ως προς τον τρόπο διακύμανσής της στον χώρο του θερμοκηπίου, που παραμένει σχετικά σταθερός σε κάθε πειραματική περίοδο.

37 37 Εικόνα 25. Διαγράμματα ισοϋψών μέσων τιμών του VPD (kpa). (a) Θερινής περιόδου μέρα, (b) Θερινής περιόδου νύχτα, (c) Χειμερινής περιόδου μέρα, (d) Χειμερινής περιόδου νύχτα.

38 38 Εικόνα 26. Δισδιάστατα διαγράμματα χωρικής κατανομής μέσων τιμών του VPD (kpa). (a) Θερινής περιόδου μέρα, (b) Θερινής περιόδου νύχτα, (c) Χειμερινής περιόδου μέρα, (d) Χειμερινής περιόδου νύχτα.

39 39 Εικόνα 27. Τρισδιάστατα διαγράμματα χωρικής κατανομής μέσων τιμών του VPD (kpa) (a) Θερινής περιόδου μέρα, (b) Θερινής περιόδου νύχτα, (c) Χειμερινής περιόδου μέρα, (d) Χειμερινής περιόδου νύχτα. 4. Συμπεράσματα Στο παραδοτέο αυτό, αρχικά παρουσιάστηκε μια ανάλυση της λειτουργικής αξιοπιστίας του συστήματος και της ακρίβειας των μετρήσεών του σε συνθήκες θερμοκηπίου. Προτάθηκαν οι βέλτιστοι τρόποι τοποθέτησης και λειτουργίας των κόμβων του ασύρματου δικτύου αισθητήρων σε πραγματικές συνθήκες θερμοκηπίου, καθώς και συγκεκριμένοι αλγόριθμοι αντιστάθμισης για τη σωστή ρύθμιση των ασύρματων αισθητήρων, με στόχο την πιο αξιόπιστη και ακριβή καταγραφή των κλιματικών συνθηκών του θερμοκηπίου, έτσι ώστε να καταστεί αξιόπιστη η χρήση του ασύρματου δικτύου για τον ακριβή έλεγχο του κλίματος στο θερμοκήπιο. Οι αναλύσεις των

40 40 δεδομένων οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι η ηλιακή ακτινοβολία παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στον καθορισμό του επιπέδου αξιοπιστίας των μετρούμενων περιβαλλοντικών παραμέτρων, και ότι οι αισθητήρων των ασύρματων κόμβων θα πρέπει να βρίσκονται υπό σκιά κατά τη διάρκεια λειτουργίας τους στο θερμοκήπιο, ενώ δεν είναι απαραίτητη η αυστηρή προφύλαξή τους σε ειδικά κουτιά σκίασης, με την προϋπόθεση ότι οι κόμβοι βρίσκονται προστατευμένοι από τις συνθήκες υψηλής υγρασίας σε ειδικά πλαστικά κουτιά. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν πειράματα καταμέτρησης των περιβαλλοντικών συνθηκών σε εμπορικό θερμοκήπιο, καθώς και της θερμοκρασίας των φύλλων των καλλιεργούμενων φυτών, για την εξαγωγή ασφαλών αποτελεσμάτων και συμπερασμάτων ως προς τον κατάλληλο έλεγχο του κλίματος για την αποφυγή προβληματικών συνθηκών για τα φυτά, με παράλληλη μείωση των εισροών ενέργειας. Η ανάλυση της χωρικής ανομοιογένειας του κλίματος ως προς διάφορες παραμέτρους τόσο του κλίματος όσο και της κατάστασης των φυτών (π.χ., συνθήκες συμπύκνωσης στην επιφάνεια των φύλλων), οδήγησε στο συμπέρασμα ότι η χωρική διακύμανση των παραμέτρων αυτών είναι τέτοια ώστε να είναι δυνατή η ανάπτυξη προηγμένων μεθοδολογιών κατανεμημένου ελέγχου του κλίματος, που μπορούν να μειώσουν την εμφάνιση προβληματικών καταστάσεων, με ταυτόχρονη εξοικονόμηση ενέργειας μέσω του ακριβούς ελέγχου σε συγκεκριμένα τμήματα του θερμοκηπίου, που μπορεί να οδηγήσει στη δραστική μείωση των απαραίτητων εισροών. Τα αποτελέσματα λοιπόν των αναλύσεων των μετρούμενων δεδομένων και των υπολογιζόμενων παραμέτρων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη προηγμένων συστημάτων ακρινούς ελέγχου του κλίματος αλλά και της άρδευσης των θερμοκηπιακών καλλιεργειών, τα οποία θα οδηγήσουν σε πιο ομοιογενείς συνθήκες για τα φυτά, και επομένως σε πιο ομοιόμορφη ποιότητα και ποσότητα της παραγωγής, ελαχιστοποιώντας ταυτόχρονα την πιθανότητα εμφάνισης ασθενειών σε συγκεκριμένες προβληματικές περιοχές του θερμοκηπίου, αλλά και τη χρήση εισροών τόσο σε επίπεδο ενέργειας για τη διαχείριση του κλίματος, όσο και σε επίπεδο νερού άρδευσης. Ο σχεδιασμός και η δοκιμή τέτοιων προηγμένων συστημάτων που θα βασιστούν στα αποτελέσματα του παρόντος έργου, θα πρέπει να αποτελέσει το επόμενο στάδιο της έρευνας. Για να είναι αυτό εφικτό, θα πρέπει να δοθεί η δυνατότητα στα νέα συστήματα ελέγχου να μπορούν, από μηχανικής άποψης, να επιτύχουν κατανεμημένο έλεγχο στον χώρο του θερμοκηπίου.