The research presented in this thesis focuses on an innovative use of digital imaging, and the machine learning techniques to assess the body rumen fill scoring in dairy cows. This study aims to enhance the efficiency of monitoring and managing dairy cow health, which is crucial for the dairy industry's productivity and sustainability. The primary objective was to develop an automated annotation system fore valuating rumen fill status in dairy cows using digital images extracted from recorded videos. This system leverages advanced machine learning algorithms and neural networks, aiming to mimic manual assessments by veterinarians and specialists on farms. To achieve the above objectives, this thesis made use of already existing video records from a Swedish dairy farm hosting mainly the Swedish Redand the Swedish Holstein breeds. A subset of these images were then processed, manually classified using a modified rumen fill scoring system based on visual assessment, and supervised classification algorithms were trained on 277 manually annotated images. The thesis explored various machine learning techniques for classifying these images, including Logistic Regression, Support Vector Machine (SVM), and a Deep Neural Network using the VGG16 architecture. These models were trained, validated, and tested with a dataset that included variations in cow color patterns, aiming to determine the most effective approach for automated rumen fill scoring.The results indicated that while each model had its strengths and weaknesses, the simple logistic model was performing the best in terms of test accuracy and F1 score. This research contributes to the field of precision livestock farming, particularly in the context of dairy farming. By automating the process of rumen fill scoring, the study aims to provide dairy farmers with a reliable, efficient, and cost-effective tool for monitoring cow health. This tool has the potential to enhance dairy cow welfare, improve milk production, and support the sustainability of dairy farming operations. However, at the current state, the model accuracy of the best model was only moderate. There is a need for further improvement of the prediction performance possibly by adding more cow images, using improved image processing, and feature engineering.

[ES] La introducción de soluciones tecnológicas en la agricultura permite reducir el uso de recursos y aumentar la producción de los cultivos. Además, la calidad del agua de regadío se puede monitorizar para asegurar la seguridad de los productos para el consumo humano. Sin embargo, la localización remota de la mayoría de los campos presenta un problema para proveer de cobertura inalámbrica a los nodos sensores y actuadores desplegados en los campos y los canales de agua para regadío. El trabajo presentado en esta tesis aborda el problema de habilitar la comunicación inalámbrica entre los dispositivos electrónicos desplegados para la monitorización de la calidad del agua y el campo a través de un protocolo de comunicación y arquitectura heterogéneos. La primera parte de esta tesis introduce los sistemas de agricultura de precisión (PA) y la importancia de la monitorización de la calidad del agua y el campo. Asimismo, las tecnologías que permiten la comunicación inalámbrica en sistemas PA y el uso de soluciones alternativas como el internet de las cosas bajo tierra (IoUT) y los vehículos aéreos no tripulados (UAV) se introducen también. Después, se realiza un análisis en profundidad del estado del arte respecto a los sensores para la monitorización del agua, el campo y las condiciones meteorológicas, así como sobre las tecnologías inalámbricas más empleadas en PA. Además, las tendencias actuales y los desafíos de los sistemas de internet de las cosas (IoT) para regadío, incluyendo las soluciones alternativas introducidas anteriormente, han sido abordados en detalle. A continuación, se presenta la arquitectura propuesta para el sistema, la cual incluye las áreas de interés para las actividades monitorización que incluye las áreas de los canales y el campo. A su vez, la descripción y los algoritmos de operación de los nodos sensores contemplados para cada área son proporcionados. El siguiente capítulo detalla el protocolo de comunicación heterogéneo propuesto, incluyendo los mensajes y alertas del sistema. Adicionalmente, se presenta una nueva topología de árbol para redes híbridas LoRa/WiFi multisalto. Las funcionalidades específicas adicionales concebidas para la arquitectura propuesta están descritas en el siguiente capítulo. Éstas incluyen algoritmos de agregación de datos para la topología propuesta, un esquema de las amenazas de seguridad para los sistemas PA, algoritmos de ahorro de energía y tolerancia a fallos, comunicación bajo tierra para IoUT y el uso de drones para adquisición de datos. Después, los resultados de las simulaciones para las soluciones propuestas anteriormente son presentados. Finalmente, se tratan las pruebas realizadas en entornos reales para el protocolo heterogéneo presentado, las diferentes estrategias de despliegue de los nodos empleados, el consumo energético y la función de cuantificación de fruta. Estas pruebas demuestran la validez de la arquitectura y protocolo de comunicación heterogéneos que se han propuesto. / [CA] La introducció de solucions tecnològiques en l'agricultura permet reduir l'ús de recursos i augmentar la producció dels cultius. A més, la qualitat de l'aigua de regadiu es pot monitoritzar per assegurar la qualitat dels productes per al consum humà. No obstant això, la localització remota de la majoria dels camps presenta un problema per a proveir de cobertura sense fils als nodes sensors i actuadors desplegats als camps i els canals d'aigua per a regadiu. El treball presentat en aquesta tesi tracta el problema d'habilitar la comunicació sense fils entre els dispositius electrònics desplegats per a la monitorització de la qualitat de l'aigua i el camp a través d'un protocol de comunicació i arquitectura heterogenis. La primera part d'aquesta tesi introdueix els sistemes d'agricultura de precisió (PA) i la importància de la monitorització de la qualitat de l'aigua i el camp. Així mateix, també s'introdueixen les tecnologies que permeten la comunicació sense fils en sistemes PA i l'ús de solucions alternatives com l'Internet de les coses sota terra (IoUT) i els vehicles aeris no tripulats (UAV). Després, es realitza una anàlisi en profunditat de l'estat de l'art respecte als sensors per a la monitorització de l'aigua, el camp i les condicions meteorològiques, així com sobre les tecnologies sense fils més emprades en PA. S'aborden les tendències actuals i els reptes dels sistemes d'internet de les coses (IoT) per a regadiu, incloent les solucions alternatives introduïdes anteriorment. A continuació, es presenta l'arquitectura proposada per al sistema, on s'inclouen les àrees d'interès per a les activitats monitorització en els canals i el camp. Finalment, es proporciona la descripció i els algoritmes d'operació dels nodes sensors contemplats per a cada àrea. El següent capítol detalla el protocol de comunicació heterogeni proposat, així como el disseny del missatges i alertes que el sistema proposa. A més, es presenta una nova topologia d'arbre per a xarxes híbrides Lora/WiFi multi-salt. Les funcionalitats específiques addicionals concebudes per l'arquitectura proposada estan descrites en el següent capítol. Aquestes inclouen algoritmes d'agregació de dades per a la topologia proposta, un esquema de les alertes de seguretat per als sistemes PA, algoritmes d'estalvi d'energia i tolerància a fallades, comunicació per a IoUT i l'ús de drons per a adquisició de dades. Després, es presenten els resultats de les simulacions per a les solucions proposades. Finalment, es duen a terme les proves en entorns reals per al protocol heterogeni dissenyat. A més s'expliquen les diferents estratègies de desplegament dels nodes empleats, el consum energètic, així com, la funció de quantificació de fruita. Els resultats d'aquetes proves demostren la validesa de l'arquitectura i protocol de comunicació heterogenis propost en aquesta tesi. / [EN] The introduction of technological solutions in agriculture allows reducing the use of resources and increasing the production of the crops. Furthermore, the quality of the water for irrigation can be monitored to ensure the safety of the produce for human consumption. However, the remote location of most fields presents a problem for providing wireless coverage to the sensing nodes and actuators deployed on the fields and the irrigation water canals. The work presented in this thesis addresses the problem of enabling wireless communication among the electronic devices deployed for water quality and field monitoring through a heterogeneous communication protocol and architecture. The first part of the dissertation introduces Precision Agriculture (PA) systems and the importance of water quality and field monitoring. In addition, the technologies that enable wireless communication in PA systems and the use of alternative solutions such as Internet of Underground Things (IoUT) and Unmanned Aerial Vehicles (UAV) are introduced as well. Then, an in-depth analysis on the state of the art regarding the sensors for water, field and meteorology monitoring and the most utilized wireless technologies in PA is performed. Furthermore, the current trends and challenges for Internet of Things (IoT) irrigation systems, including the alternate solutions previously introduced, have been discussed in detail. Then, the architecture for the proposed system is presented, which includes the areas of interest for the monitoring activities comprised of the canal and field areas. Moreover, the description and operation algorithms of the sensor nodes contemplated for each area is provided. The next chapter details the proposed heterogeneous communication protocol including the messages and alerts of the system. Additionally, a new tree topology for hybrid LoRa/WiFi multi-hop networks is presented. The specific additional functionalities intended for the proposed architecture are described in the following chapter. It includes data aggregation algorithms for the proposed topology, an overview on the security threats of PA systems, energy-saving and fault-tolerance algorithms, underground communication for IoUT, and the use of drones for data acquisition. Then, the simulation results for the solutions previously proposed are presented. Finally, the tests performed in real environments for the presented heterogeneous protocol, the different deployment strategies for the utilized nodes, the energy consumption, and a functionality for fruit quantification are discussed. These tests demonstrate the validity of the proposed heterogeneous architecture and communication protocol. / García García, L. (2021). Architecture and communication protocol to monitor and control water quality and irrigation in agricultural environments [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/174223

A utilização de eletrônica embarcada na agricultura tem crescido rapidamente, tornando necessária a utilização de diversos módulos a bordo da máquina (trator e implemento). Considerando-se os impactos relacionados a esta tendência, alternativas tecnológicas devem ser geradas e devidamente exploradas, especialmente sobre os sistemas de controle e o cabeamento requeridos. As arquiteturas eletro-eletrônicas devem garantir o mínimo de custo de implementação e tempo de manutenção. Os sistemas de controle devem operar maximizando a disponibilidade das informações, o que implica a necessidade de troca de dados entre estes diversos sistemas de controle e, portanto, a existência de um protocolo de comunicação serial internacionalmente padronizado. Neste contexto, este trabalho aborda os diversos protocolos de comunicação serial - como o RS232, o RS485 e o CAN (Controller Area Network) - e as suas normas específicas, voltadas às aplicações agrícolas, como a ISO11783 e a DIN 9684, comparando-as. Dessa análise resulta a indicação da ISO11783, norma baseada no protocolo CAN, como a mais interessante para as aplicações agrícolas. Essa norma é estudada em detalhes, o que permite a criação de um roteiro de estudo e implementação do referido protocolo. Finalmente, é desenvolvida uma aplicação deste protocolo, considerando-se uma rede de comunicação de dados de um Monitor de Semeadora, a fim de demonstrar sua aplicação prática. / The use of on-board electronics in agriculture has grown quickly, requiring many electronic modules on-board machines (tractor and implement). Considering the trend related impacts, alternative technologies should be developed and used properly, especially on control systems and on the required wiring harness. Electro-electronic architectures should provide minimum implementation cost and maintenance related time. Control systems should operate maximizing the availability of information that implies on the necessity of data exchange among these variety of control systems and also, on the existence of an international standardized serial communication protocol. Considering that, this documentation covers many serial communication protocols - as RS232, RS485 and CAN (Controller Area Network) - and the agricultural applications related standards as ISO11783 and DIN 9684, comparing them. This analysis results in the indication of ISO11783, a CAN Bus based standard, as the most interesting to agricultural applications. This standard is analyzed in details, making possible the development of a protocol related study and implementation guideline. Finally, a protocol related application is developed for a Planter Monitor implement bus network, looking forward to demonstrating an ISO11783 real implementation.

Der Pendelsensor “Crop-Meter” misst indirekt die oberirdische Biomasse von Getreide, um Stickstoffdünger (N) teilflächenspezifisch auf heterogenen Ackerflächen auszubringen. In On-Farm-Versuchen wurde eine variable N-Düngung mit „Crop-Meter“ gegenüber der praxisüblichen, einheitlichen N-Düngung in Wintergetreide getestet. Im Gegensatz zur klassischen Anlage von Parzellenversuchen war eine Bestandsheterogenität zum Sensoreinsatz im Getreide ausdrücklich gefordert. Prüfmerkmal war der Kornertrag. Auf Grund der georeferenzierten Ertragskartierung lagen die somit pseudo-wiederholten Daten vermutlich räumlich autokorreliert vor. Daher wurden zwei Ansätze zur statistischen Analyse gewählt. Im ersten Ansatz wurden die Ertragsdaten auf Basis der Biomasse post-stratifiziert, um die Biomassevariabilität einzugrenzen. In jedem Stratum wurden Autokorrelationsmodelle für die Residuen (räumliche Modelle) mit der Annahme nicht korrelierter Residuen (Nullmodell) verglichen. Stets wurden räumliche Modelle als beste statistische Modelle ausgewählt. Im Gegensatz zu den Nullmodellen waren die Ertragsdifferenzen räumlicher Modelle sehr häufig nicht signifikant. Dieses Ergebnis wurde auch durch verschiedene Stratifikationen und N-Einsparungen nicht verändert. Im zweiten Ansatz wurde jeweils der gesamte Ertragsdatensatz eines Versuchs zusätzlich zu den räumlichen Modellen mit Kovariablen (Trendmodelle) modelliert. Für jeden Versuch wurden individuell verschiedene Kombinationen aus Trend- und räumlichen Modellen selektiert. Die meisten Mittelwertdifferenzen waren trotz N-Reduktion in den variablen Varianten nicht signifikant (7…24 kg N ha-1). Diese Ansätze bilden eine Grundlage zur Ableitung fundierter Auswertungsmethoden von On-Farm-Versuchen mit georeferenzierten Daten. / A pendulum sensor (Crop-Meter) measures cereal aboveground biomass in order to apply nitrogen (N) fertilizers site-specifically on heterogeneous agricultural fields. In on-farm trials, common N application practice (constant) was compared to site-specific (variable) N application with the sensor to assess grain yields as response. Unlike the classic design of small-plot trials, cereal crop heterogeneity was explicitly desired to use the Crop-Meter. Simultaneously, spatial yield data provided pseudo-replications and possible autocorrelation. Therefore, two approaches were selected for statistical analysis. In the first approach, yield data were post-stratified on the basis of biomass measures to confine total biomass variability. For each stratum, spatial co-variance structures were assumed for residuals (spatial models) opposed to the assumption of non-correlated residuals (null model). Spatial models were selected as best statistical models. Very often, yield differences were not significant when selecting spatial models in contrast to null models. However, this was not due to different stratifications and stratum-dependent N savings. In the second approach, trend models were fitted for total yield datasets with covariates in addition to spatial models. For each on-farm trial, distinct combinations of trend and spatial models were selected. Most mean differences were not significant despite site-specific N reduction (7…24 kg N ha-1). These approaches provide basics to derive profound methods for analysis of on-farm trials with spatial data.

In the current agricultural context, agricultural machine unproductivity on fields and their impacts on soil along pathways are unavoidable. These machines have direct and indirect costs associated to their work in field, with non-productive time spent in manoeuvres when these are reaching field borders; likewise, there is a double application of product when machines are covering headlands while adding farm inputs. Both issues aggravate under irregular field geometry. Moreover, unproductive time can also appear in operations of loading/offloading the machine\'s reservoir with inputs/harvested-goods, which can increase with an improper use of the reservoir due to the inadequate machine path length. On the other hand, irregular steep surfaces present a problem for establishment of row crops and machine paths towards erosion. Though contouring (i.e., performing field operations perpendicular to slope direction) is a common practice to reduce runoff and increase water infiltration, still elevation contours are never parallel, while machine operations always are. Many of these issues were target for optimization in computer path planning for agricultural machines, where unproductivity was overall minimized and attempts of soil loss reduction by more proper path establishment also yielded results. This thesis gathered these issues in a combined path planning approach making possible to address soil loss and unproductive costs to their proper location. A number of methods was proposed and modified: creating and replicating steerable machine track; finding more optimal references for path coverage on irregular surfaces (curved or straight); quantifying the impacts of soil loss for a given path pattern; identifying spatially the water flow and concentration; defining geometrically different manoeuvre types and calculate its time, space and energy demands; obtain the overlapped area of input application; and quantifying the machine replenishment cost in relation to underuse of its reservoir for following tracks of inadequate length. An algorithm-application was achieved, which is capable of simulating a large number of path coverage scenarios and to display optimized ones based on a user defined criteria. Sugarcane crop, grown in Brazilian conditions, was the main object of study in this thesis because of its high in-field mechanization costs (along with unproductive operational costs), high susceptibility of soil erosion in its planting phase, and for occupying an area of predominant rolling surface. Case studies were subject to this algorithm that provided suitable outputs with minimized impacts. The outputs of the algorithm were comprehensive and showed potential for the methods to be used by agricultural decision makers. / No contexto agrícola atual, improdutividade de máquinas agrícolas em campo e seus impactos sobre o solo ao longo de suas vias são inevitáveis. Estas máquinas têm custos diretos e indiretos associados ao seu trabalho no campo, como tempo improdutivo gasto em manobras quando estes atingem os limites do talhão. Também nestes limites, há uma dupla aplicação de insumos agrícolas quando as máquinas estão cobrindo cabeceiras. Ambas as questões se agravam em talhões de geometria irregular. Além disso, o tempo improdutivo também pode aparecer em operações de carga / descarga do reservatório da máquina com insumos / bens colhidos, o que pode aumentar com um uso indevido do reservatório da máquina devido ao comprimento inadequado do percurso em campo. Ainda, superfícies irregulares e íngremes apresentam um problema para o estabelecimento de culturas em fileira e caminhos de máquinas contra declive. Apesar de operações em nível serem uma prática comum para reduzir o escoamento e aumentar a infiltração de água, curvas de nível nunca são paralelas, enquanto operações agrícolas são sempre paralelas. Muitas destas questões foram alvo de otimização computacional para planejamento de percursos de para máquinas agrícolas, onde a ineficiência foi, em geral, minimizada e tentativas de redução da perda de solo estabelecimento de percursos mais adequados também produziu resultados. Esta tese reuniu estas questões em uma abordagem de planejamento de percurso quantificando e direcionando custos de perda de solo e improdutividade de máquinas para sua devida localização. Métodos foram propostos e modificados, como: criar e replicar trajetos transitáveis de máquinas; encontrar referências ideais para a cobertura do trajeto em superfícies irregulares (curvas ou retas); quantificação dos impactos da perda de solo por um determinado padrão de percursos; identificar espacialmente o fluxo da água e sua concentração; definir geometricamente diferentes tipos de manobras e calcular o seu tempo, espaço e energia demandada; obter a área sobreposta de aplicação de insumos; e quantificar custo de reposição da máquina em relação à subutilização de seu reservatório para seguir trajetos de comprimento inadequado. Um aplicativo-algoritmo foi obtido capaz de simular um grande número de cenários de padrões de percurso, e exibindo aqueles que foram otimizados por critérios definidos pelo usuário. A cultura da cana, em condições brasileiras, foi a principal cultura de estudo nesta tese devido ao seu alto custo de mecanização (assim como custos operacionais improdutivos), alta suscetibilidade à erosão do solo na sua fase de plantio, e ocupando predominantemente áreas de superfície irregular. Os estudos de caso foram sujeitos ao algoritmo que obteve resultados coerentes e impactos minimizados. Os resultados do algoritmo mostram potencial para que os métodos avaliados sejam utilizados por tomadores de decisão da área agrícola.

Made available in DSpace on 2017-07-21T14:19:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daurimar Mendes da Silva.pdf: 4676770 bytes, checksum: 205397680d88c57f767ce2df43f7b077 (MD5) Previous issue date: 2013-08-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the future it will be essential to robotics in the agricultural environment, with great opportunity at this time to development new work and research, with the generation of patents, transforming knowledge into commercial products. The current technological advances allow the use of extremely minor processing architectures in relation to personal computers, giving us the ability to build new agricultural equipment using sensors (GPS, ultrasound, multispectral visible, infrared, images); changing paradigms and promoting the work at smaller scales can reach the leaf level through intelligent autonomous robots acting in the desired place, at the appropriate time, and navigating the appropriate path. Thus, the present study aimed to develop an autonomous agricultural robot (Field Robot) called NAVIGO, whose function is to traverse farmland collecting soil samples. To that end, we developed a mobile platform with a robotic arm using embedded computing system based on the Android mobile phone (Smartphone) and IOIO for Android controller. The system as a whole is intended to navigation in the role of information gatherer (soil amples). Results showed stable performance of the prototype allowing its use as a handy tool in performing the sampling of soils for agricultural areas for small and medium businesses. / No futuro será indispensável a robótica no ambiente agrícola, sendo grande oportunidade neste momento o desenvolvimento de novos trabalhos e pesquisas, com a geração de patentes, transformando os conhecimentos em produtos comerciais. Os avanços tecnológicos atuais permitem utilizar arquiteturas de processamento extremamente menores em relação aos computadores pessoais, que nos dão condições de construir novos equipamentos agrícolas utilizando sensores (GPS, ultrassom, multiespectral visível, infrared, imagens); modificando paradigmas e promovendo o trabalho em escalas menores podendo chegar ao nível foliar, através de robôs inteligentes autônomos atuando no lugar desejado, no momento apropriado, e navegando no trajeto adequado. Desta forma, o presente trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de um robô agrícola autônomo (Field Robot), denominado NAVIGO, que tem por função percorrer talhões agricultáveis coletando amostras de solos. Para tanto, foi desenvolvido uma plataforma móvel com um braço robótico utilizando sistema computacional embarcado baseado no telefone móvel Android (Smartphone) e controlador IOIO para Android. O sistema como um todo tem por finalidade a navegação desempenhando a função de coletor de informações (amostras de solos). Os resultados obtidos demonstraram atuação estável do protótipo permitindo o seu uso como ferramenta útil na execução de coletas de amostras de solos para áreas agrícolas de pequeno e médio porte.

Orientador: Morel de Passos e Carvalho / Banca: Marcelo Andreotti / Banca: Célia Regina Lopes Zimback / Resumo: O arroz é uma das fontes básicas de alimentação da humanidade. No processo de modernização e racionalização da agricultura brasileira, o uso de adubação adequada constitui um fator importante para o aumento da produtividade das culturas, redução dos custos de produção, maior retorno econômico para os produtores e redução do risco de degradação do meio ambiente. Assim, durante o ano agrícola 2009/2010, no município de Selvíria (MS), no Cerrado Brasileiro, foram estudados os atributos do arroz de terras e os atributos químicos de um LATOSSOLO VERMELHO Distroférrico sob sistema plantio direto, irrigado por pivô central. O objetivo foi selecionar entre os atributos pesquisados, aquele com a melhor correlação, linear e espacial, para explicar a variabilidade da produtividade do arroz de terras altas. Foi instalada a malha geoestatística, para a coleta de dados do solo e da planta, com 120 pontos amostrais, numa área de 3,0 ha e declive homogêneo de 0,055 m m-1. Do ponto de vista linear, o número de espiguetas viáveis por panícula apresentou correlação potencial direta com a produtividade de grãos de arroz. Entretanto, do ponto de vista espacial, o teor da matéria orgânica do solo, quando avaliada na camada 0,10 - 0,20 m, apresentou-se como indicador da produtividade de grãos de arroz. Dessa forma, visando-se auxiliar futuros trabalhos voltados à agricultura de precisão, os quais venham a utilizar os mesmos atributos que os do presente, os valores dos alcances da dependência espacial a serem empregados deverão estar compreendidos entre 40,2 e 181,2 metros / Abstract: The rice is one of the basic sources of the humanity's feeding. In the modernization process and rationalization of the Brazilian agriculture, the use of appropriate fertilization constitutes an important factor for the increase of the yield crop, reduction of the production costs, larger economical return for the producers and reduction of the risk of degradation of the environment. Like this, during the agricultural year 2009/2010, in Selvíria County, Mato Grosso do Sul State, in the Brazilian Savannah, they were studied the attributes of the rice uplands and the chemical attributes in a Dystropherric Red Latosol (Typic Acrustox) under no-tillage, irrigated by central pivot. The objective was to select among the researched attributes, that with the best correlation, spatial and linear, to explain upland rice yield variability. The geostatistical grid was installed, to collect the soil and plant data, with 120 sampling points, in an area of 3.0 ha and and homogeneous slope of 0.055 m m-1. Of the linear point of view, the number of viable spikelets per panicle showed direct potential correlation with the yield of grains of rice. However, of the spatial point of view, the organic matter soil, when appraised in the layer 0.10-0.20 m, showed up came as indicator of the yield of grains of rice. Thus, in order to support future researches concern precision agriculture, which uses the same attributes of this research, the values of the range of the spatial dependence to be utilized should be among 40.2 and 181.2 meters / Mestre

A utilização de eletrônica embarcada na agricultura tem crescido rapidamente, tornando necessária a utilização de diversos módulos a bordo da máquina (trator e implemento). Considerando-se os impactos relacionados a esta tendência, alternativas tecnológicas devem ser geradas e devidamente exploradas, especialmente sobre os sistemas de controle e o cabeamento requeridos. As arquiteturas eletro-eletrônicas devem garantir o mínimo de custo de implementação e tempo de manutenção. Os sistemas de controle devem operar maximizando a disponibilidade das informações, o que implica a necessidade de troca de dados entre estes diversos sistemas de controle e, portanto, a existência de um protocolo de comunicação serial internacionalmente padronizado. Neste contexto, este trabalho aborda os diversos protocolos de comunicação serial - como o RS232, o RS485 e o CAN (Controller Area Network) - e as suas normas específicas, voltadas às aplicações agrícolas, como a ISO11783 e a DIN 9684, comparando-as. Dessa análise resulta a indicação da ISO11783, norma baseada no protocolo CAN, como a mais interessante para as aplicações agrícolas. Essa norma é estudada em detalhes, o que permite a criação de um roteiro de estudo e implementação do referido protocolo. Finalmente, é desenvolvida uma aplicação deste protocolo, considerando-se uma rede de comunicação de dados de um Monitor de Semeadora, a fim de demonstrar sua aplicação prática. / The use of on-board electronics in agriculture has grown quickly, requiring many electronic modules on-board machines (tractor and implement). Considering the trend related impacts, alternative technologies should be developed and used properly, especially on control systems and on the required wiring harness. Electro-electronic architectures should provide minimum implementation cost and maintenance related time. Control systems should operate maximizing the availability of information that implies on the necessity of data exchange among these variety of control systems and also, on the existence of an international standardized serial communication protocol. Considering that, this documentation covers many serial communication protocols - as RS232, RS485 and CAN (Controller Area Network) - and the agricultural applications related standards as ISO11783 and DIN 9684, comparing them. This analysis results in the indication of ISO11783, a CAN Bus based standard, as the most interesting to agricultural applications. This standard is analyzed in details, making possible the development of a protocol related study and implementation guideline. Finally, a protocol related application is developed for a Planter Monitor implement bus network, looking forward to demonstrating an ISO11783 real implementation.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:46:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Denilson.pdf: 4098476 bytes, checksum: 61dc064a679354a8ec986c07c33444c3 (MD5) Previous issue date: 2013-07-05 / Large amounts of herbicides are used in agriculture to control weeds that pose risks to crops, resulting in increased production cost of farms. Also, if not applied properly, its use can cause resistance of spontaneous plants and result in residues in the environment, in the soil, the water or in toxicity to the crops. The objective of this research was to evaluate the residue of the 2,4-D herbicide in soil and its correlation with yield, as well as physical and chemical properties of the soil. The experiment was conducted on a farm in the city of Nova Santa Rosa, in the state of Paraná in the years 2011 and 2012. The main crops grown in the area are corn and soybeans, in rotation. Soil samples were collected to determine their physical and chemical properties and for analysis of residual 2,4-D before implementation (RI) and after application (RF) of the 2,4-D herbicide. Initially, the glyphosate herbicide was applied in a single dose (2.5 L ha-1) and then the 2,4-D herbicide was applied at two doses (1,0 and 1,5 L ha-1) with boom sprayer and, after 5 days of application, soil samples were collected for analysis of RF. After extracting the 2,4-D from the soil, high performance liquid chromatography (HPLC) was carried out to detect the active ingredient. In order to map the spontaneous plants, before and after spraying the herbicide the method of systematic sampling was used. The soybean yield for both years were also analyzed, and finally, spatial correlation of the parameters evaluated was performed. The results of RI of 2,4-D in the soil in both years, demonstrating that this is a herbicide that can remain retained in the soil over time and, depending on the soil characteristics, the preparation of the area and climatic conditions, this time can be longer. In 2011, the maximum detection of the active ingredient was 609 μg kg-1 and in 2012 was 652 μg kg-1. The RI of 2,4-D in the soil showed negative spatial correlation for chemical attributes K, organic matter and pH and for physical density, macroporosity, microporosity, total porosity and soil moisture it showed positive spatial correlation with sand and the chemical attributes Cu, Mg, Mn, P and Zn in the first year assessed. In 2012 the spatial correlation was positive with clay. The spontaneous plants type horseweed (Conyza bonariensis), did not present spatial correlation among the parameters evaluated in 2011, however, showed a positive correlation with the micropores of the soil in 2012. As residual 2,4-D in the soil and many attributes analyzed presented spatial correlation, spatial correlation among the variables analyzed proved to be an important tool to understand the influence of a parameter over the other. Both doses satisfactorily controlled the incidence of spontaneous plants. The 2,4-D showed some points with detection and other with no detection of the active ingredient in the soil, a fact that demonstrates the importance of assessing the spatial correlation of soil properties (chemical and physical) with residual herbicide in the soil, determining the influence of one attribute over the other. / Grandes quantidades de herbicidas são utilizadas na agricultura para controlar plantas espontâneas que oferecem riscos às plantações, acarretando aumento do custo de produção das propriedades agrícolas. Além disso, se não forem aplicados corretamente podem ocasionar a resistência das plantas espontâneas e resultar em residual no ambiente, quer seja no solo, na água ou na toxidez para as culturas. O objetivo desta pesquisa foi avaliar o residual do herbicida 2,4-D no solo e a sua correlação com a produtividade e os atributos químicos e físicos do solo. O experimento foi desenvolvido em uma propriedade agrícola, do município de Nova Santa Rosa/Paraná nos anos de 2011 e 2012. As principais culturas cultivadas na área são o milho e a soja em sistema de rotação. Foram realizadas amostragens de solo para determinação dos seus atributos químicos e físicos e para análise do residual de 2,4-D antes da aplicação (RI) e após a aplicação (RF) do herbicida 2,4-D. Inicialmente, foi aplicado o herbicida glifosato em dosagem única (2,5 L ha-1) e, em seguida, aplicou-se o herbicida 2,4-D em duas doses (1,0 e 1,5 L ha-1) com pulverizador de arrasto e, após 5 dias da aplicação, amostras de solo foram coletadas para análise do RF de 2,4-D. Após a extração do 2,4-D do solo foi efetuada a determinação por meio de cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC) para detecção do ingrediente ativo. Para o mapeamento das plantas espontâneas, antes e após a pulverização do herbicida foi utilizado o método da amostragem sistemática. Também foi avaliada a produtividade da soja para ambos os anos e, por fim, foi efetuada a correlação espacial dos parâmetros avaliados. Os resultados do RI de 2,4-D no solo em ambos os anos, demonstram que este é um herbicida que pode permanecer retido no solo com o passar do tempo e, dependendo das características do solo, do preparo da área e das condições climáticas será maior ou menor. Em 2011, o valor máximo de detecção do ingrediente ativo foi de 609 μg kg-1 e em 2012 foi de 652 μg kg-1. O RI de 2,4-D no solo apresentou correlação espacial negativa para os atributos químicos K, matéria orgânica e pH e para os atributos físicos densidade do solo, macroporosidade, microporosidade, porosidade total e umidade do solo e correlação espacial positiva com a areia e com os atributos químicos Cu, Mg, Mn, P e Zn no primeiro ano avaliado. Já em 2012, a correlação espacial foi positiva com a argila. As plantas espontâneas do tipo buva (Conyza bonariensis) não apresentaram correlação espacial com os parâmetros avaliados em 2011, porém apresentaram correlação positiva com os microporos do solo em 2012. Como residual de 2,4-D no solo e muitos atributos analisados apresentaram dependência espacial, a correlação espacial entre as variáveis analisadas mostrou-se uma ferramenta importante para se conhecer a interferência de um parâmetro sobre o outro. Ambas as doses controlaram de modo satisfatório a incidência de plantas espontâneas. O 2,4-D apresentou alguns pontos com detecção e outros sem detecção do ingrediente ativo no solo, fator que demonstra a importância de avaliar a correlação espacial dos atributos do solo (químicos e físicos) com o residual do herbicida no solo, determinando a influência de um atributo sobre outro.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / For the sustainability of integrated crop-livestock systems, the proper management of its components (soil-plant-animal), which are dynamic and interact with each other, are essential to define the system's ability to provide positive or negative carbon balance to system and determine the physical, chemical and biological soil, which can affect the production capacity of agricultural soils. The objective of this study was to characterize the spatial and temporal variability of soybean yield and understand their relationship with the spatial variability of dungs, physical properties and chemical soil, and soil quality in different grazing intensities in integrated crop-livestock system. Chapter I concluded that the soil organic C stocks under different grazing intensities was related to indices of soil quality. The highest C stratification ratio and C pool index were found in the treatment with moderate grazing intensity. The integrated crop livestock system acts as source or sink of atmospheric C depending on the grazing intensity. Under heavy grazing intensity, the system acts as a source (0.04 Mg ha−1yr−1), and under light grazing intensity, it acts as a sink. The value range from 0.25 to 0.37 Mg ha−1yr−1.Pastures managed at 0.20 and 0.40 m sward height had the best balance between CMI and animal daily weight gain. The best balance between C management index and live weight gain per unit area, C management index and economic return, occurred in sward height of 0.20 m. Chapter 2 concluded that the dung supply affects the cycling of the nutrients P and K in the soil, in comparison with sites without supply, and the pasture height of 10 cm treatment had the highest P content in the soil in relation to the treatment of 0.40 m. The average diameter of the aggregates was higher with 0.40 m in relation to the treatment of 0.10 m and soil density was similar between the heights of the pasture. Treatment of sward height 0.10 m, which had a more homogeneous distribution of dungs in the area, showed greater variability of nutrients P and K, and the treatment of 0.40 m, which had the lowest number of dungs with distribution concentrated in attractive points, had the lowest variability of nutrients. In years with severe water restriction, all pasture height treatments were affected, with an average yield reduced by 80% over 2012/13 and 2013/14 crops without water restriction. The main components affected by water stress were the number of pods per plant and the weight of 1000 grains (2011/12). For the year severe water restriction the sward height of 0.40 m treatment, which provided greater coverage contribution dead on the ground, had the highest soybean yield variability. / Para a sustentabilidade dos sistemas de integração lavoura-pecuária, o manejo adequado de seus componentes (solo-planta-animal), que são dinâmicos e interagem entre si, são fundamentais para definir a capacidade do sistema em prover balanço positivo ou negativo de carbono ao sistema, assim como determinar as mudanças físicas, químicas e biológicas do solo, o que pode afetar a capacidade de produção dos solos agrícolas. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a variabilidade espacial e temporal da produtividade da soja e compreender sua relação com a variabilidade espacial das placas de esterco, atributos físicos e químicos do solo, e a qualidade do solo em diferentes intensidades de pastejo em sistema de integração lavoura-pecuária. O Capítulo I concluiu que o estoque de carbono no solo sob diferentes intensidades de pastejo foi relacionado aos índices de qualidade do solo. A maior taxa de estratificação do carbono e o maior índice de estoque de carbono foram encontrados para o tratamento com moderada intensidade de pastejo. A integração lavoura-pecuária age como fonte ou como dreno do carbono atmosférico, dependendo da intensidade de pastejo. Sob alta intensidade de pastejo, o sistem age como fonte (0.04 Mg ha-1 ano-1), e sob baixas intensidades de pastejo como dreno, variando de 0.25 to 0.37 Mg ha-1 ano-1. Pastos manejados com altura de pasto 20 e 40 cm possuem o melhor balanço entre o índice de manejo do solo e o ganho de peso diário. O melhor balanço entre o índice de manejo do solo e o ganho de peso por animal por unidade de área e o retorno econômico ocorreu no tratamento 20 cm. Já o Capítulo 2 concluiu que a presença de placas de esterco afetou a ciclagem dos nutrientes P e K no solo em relação a locais sem esterco na pastagem. O tratamento de altura do pasto de 0,10 m apresentou o maior teor de P no solo em relação ao tratamento de 0,40 m. O diâmetro médio ponderado dos agregados foi maior no tratamento de 0,40 m em relação ao tratamento de 0,10 m e a densidade do solo foi semelhante entre as alturas do pasto. O tratamento de altura do pasto 0,10 m, que possuía uma distribuição mais homogênea de placas de esterco na área, apresentou maior variabilidade dos nutrientes P e K, e o tratamento de 0,40 m, que possuía o menor número de placas de esterco com distribuição concentrada em pontos atrativos, apresentou a menor variabilidade dos nutrientes. Em anos com restrição hídrica severa todos os tratamentos de altura do pasto foram afetados, sendo a produtividade média reduzida em 80% em relação as safras 2012/13 e 2013/14 sem restrição hídrica. Os principais componentes afetados pelo estresse hídrico foram o número de legumes por planta e o peso de 1000 grãos (safra 2011/12). No ano com restrição hídrica severa o tratamento de altura do pasto de 0,40 m, que proporcionou maior aporte de cobertura morta sobre o solo, apresentou a maior variabilidade de produtividade de soja.