Browsing by study line "Agroteknologi"

Soil compaction has a major effect on the soil fertility. It is important to find the compacted regions in the field for preventive actions. With a soil penetrometer, it is possible to find compactions from the soil. Hand-operated penetrom- eters are physically demanding to operate. By automating the measurement with a machine, the stress can be removed from the user, acquire higher amounts of data and achieve more accurate and consistent data, in comparison to manual measurement techniques. Machine automation achieves constant penetration speed and higher forces than manual op- eration while being not dependent on the user. The built automated penetrometer (AP) can be attached to an ATV or other small offroad machine such as a field robot. The automated penetrometer was built using a S-force sensor and ballscrew operated by a stepper motor. The force sensor is mounted on a sled running on linear guiderails. The system control is done with an Arduino-microcontroller and data processing with a RasberryPi – minicomputer. Surface moisture is measured with the Meter Teros 10 – capac- itive soil moisture sensor during the operation. Initial tests were done in the Viikki research farm, Helsinki, Finland on a perennial grass ley field. The same measure- ments were done from the same areas with proven commercial Eijelkamp soil penetrologger. AP was found to be prac- tical and useful measurement device. With the material costs of 2000 euros, it is significantly cheaper compared to the commercial device. AP data had smaller variance compared to Eijelkamp. Open-source code makes easy to do modifi- cations and changes on the machine. Integrated computer makes real time data collection and processing easy. The developed measurement device will be later implemented to an automated field robot use.

The purpose of this thesis was to design, build and test a system, which is capable of measuring in real time simple quantities influencing on tire-soil contact of agricultural tractors mobility. The measuring equipment is based on acceleration and distance sensors connected to the Arduino Uno microcontroller. The tractor’s CAN bus was logged and the data was saved using a CAN bus card connected to a Raspberry Pi minicomputer. The sensors were calibrated, and their sensitivity checked before performing the experiments while driving in the field. Accelerometers were placed on top of the rear axle of the tractor at both ends in housings printed for them and distance sensors were mounted behind the rear axle. All sensors were logged by using Raspberry's Raspbian operating system with a python program. The Raspberry was chosen as a computer because of its demanding low space, low cost, and versatility of interfaces. The properties of the field were monitored by monthly penetrometer measurements as well as SoilScout sensors embedded in the ground, which indicated the moisture and temperature of the ground at that depth in real time. The purpose of this was to find out the changes in the field during the growing season, which would also affect the tractor's mobility. The measurement were carried out successfully and the result were considered to be reliable and provide many other opportunities for the future. The results clearly indicated the factors influencing the tractor’s mobility and the different stages of the tillage could be recognized. Future challenges remain the filtering of large amounts of data and the application of measuring equipment in further research. The measurement equipment developed in the work is well suited for its purpose in terms of measurement accuracy and economical affordability. In the future, better accuracy could be achieved with more accurate measuring devices as well as data obtained from this work.

Polttoaineen voimakas hintakehitys, ympäristöarvojen korostuminen ja työkoneiden tehokkuuden jatkuva kasvu on aiheuttanut tilanteen, jossa polttomoottorikäyttöisten laitteiden mahdollisuudet kehittyä ovat enää rajalliset ja avuksi tarvitaan vaihtoehtoisia voimanlähteitä. Vaihtoehtoiset voimansiirto ratkaisut ovat alkaneet yleistyä työkonekäytössä ja ne ovat nopeasti alkaneet korvata perinteisiä ratkaisuja etenkin alemmissa teholuokissa. Kehitys on kuitenkin ollut nopeaa, ja erilaisia hybridi- ja täyssähköratkaisuja on esitelty laajasti eri työkone- ja laitemarkkinoille. Etenkin sähkökäyttöiset ratkaisut ovat yleistyneet erittäin nopeasti, mikä aiheuttaa haasteita niiden huolto ja ylläpitoa suorittaville henkilöille ja yrityksille. Ajoneuvopuolella sähköistyksen tuomiin haasteisiin on varauduttu jo pidemmän aikaa, mutta työkonepuolella varautuminen on ollut vaatimattomampaa. Tämä johtuu pääosin teknologian nopeasta kehityksestä, mikä on mahdollistanut myös maastossa ja vaativissa olosuhteissa käytettävien työkoneiden sähköistämisen. Opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia hybridiajoneuvojen huollon erityisvaatimuksia korjaamoilla ja kenttähuollossa ja niiden vaikutusta työtä suorittaviin työntekijöihin ja esihenkilöihin. Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksena, jonka avulla selvitettiin eri henkilöstön koulutustarpeita, erilaisten huoltotilojen ja erikoislaitteiden tarvetta sekä turvallisuusnäkökohtia aiempien tutkimusten, standardien ja eurooppalaisten lakien, säädösten ja määräysten kautta. Työssä havaittiin että korkeajänniteajoneuvojen huolto edellyttää henkilöstön lisäkoulutusta, huoltotilojen varustelua sekä uusien luokiteltujen työkalujen hankintaa. Koulutuksen kustannuksia olisi mahdollista jakaa valmistajien ja oppilaitosten välillä mutta työtilojen varustelu jää yritysten vastuulle.

Maailmanlaajuisen satelliittipaikannusjärjestelmän GNSS:n paikannustarkkuus ei yksistään riitä maataloudessa vaadittavalle senttimetritasolle, sillä GNSS:n tarkkuus on yksistään metrejä. Paikannuksen korjaamiseen halutulle tasolle käytetään avustepalveluita, joista tarkin saavutetaan RTK-menetelmällä. RTK on lyhenne sanoista real time kinematic, ja se tarkoittaa menetelmää, jossa paikannussignaali korjataan sijainniltaan tarkasti tiedossa olevan tukiaseman ja liikkuvan vastaanottimen avulla riittävän tarkalle tasolle. Maataloudessa RTK-korjausta käytetään esimerkiksi automaattiohjauksessa. Tässä maisterintutkielmassa vertailtiin kahden eri RTK-verkon paikannustarkkuutta. Verkkoina käytettiin Agritekin TOP-RTK -verkkoa ja Karera Oy:n verkkoa. Tutkielmassa pyrittiin selvittämään, eroaako palvelujen paikannustarkkuus toistaan samassa sijainnissa, liikkeessä samalla reitillä ja säilyykö paikannustarkkuus, kun mittaukset toistetaan viikkojen kuluttua. Mittaukset suoritettiin loka-joulukuussa 2022 Viikin Tutkimustilalla Helsingissä ja Ketolan tilalla Isossakyrössä. Mittaukset toistettiin samankaltaisina kummassakin sijainnissa. Mittaukset suoritettiin tallentamalla paikkatietodataa kummassakin RTK-verkossa paikalleen asennetusta mittauspisteestä. Paikallaan tehdyistä mittauksista suoritettiin kymmenen minuutin ja kahden tunnin mittaukset jokaisella kerralla. Liikkeessä tehdyissä mittauksissa ajettiin ajoneuvolla jokin lenkki paikkatiedon tallennus päällä, käyttäen kumpaakin RTK-verkkoa. Mitattu paikkatieto tallennettiin U-center -ohjelmaan, josta data siirrettiin CSV-tiedostona Matlabiin. Paikallaan tehdyistä mittauksista laskettiin Matlabilla Haversinen kaavan avulla poikkeama keskimääräisestä sijainnista. Tarkkuutta arvioitiin poikkeaman keskihajonnan ja suurimman arvon perusteella. Liikkeessä tehdyissä mittauksissa määritettiin vastaanottavan signaalin tarkkuuden todennäköisyyttä kuvaavat DOP (Dilution of precision) -arvot, sekä U-centerin tallentamat PACC-arvot. Saatujen tulosten perusteella palveluissa oli eroja paikallaan tehdyissä mittauksissa. Erot korostuivat, kun etäisyys tukiasemaan oli suurempi. Liikkeessä tehdyissä mittauksissa verkkojen välillä ei ollut suuria eroja. Yhtä mittauskertaa lukuun ottamatta sekä liikkeessä, että paikallaan tehdyissä mittauksissa Kareran verkko oli TOP-RTK -verkkoa tarkempi.

Dronejen käyttö on lisääntynyt voimakkaasti viimeisten vuosien aikana. Ensimmäiset dronet on kehitetty jo 1900-luvun alussa. Myös lämpökameroita on käytetty jo useamman vuosikymmenen ajan. Näiden yhteiskäyttö on yleistynyt 2010-luvun aikana. Dronen ja lämpökameran avulla on tutkittu erityisesti kasvien lämpöstressiä. Tavoitteena oli selvittää, millaisia käyttömahdollisuuksia droneen kiinnitetyllä lämpökameralla on ja ovatko kameran antamat tulokset riittävän tarkkoja esimerkiksi täsmäviljelyssä hyödyntämiseen. Lisäksi tutkittiin kuvausprosessin käyttökelpoisuutta ja lämpökameran kalibrointia. Tutkimuksessa käytettiin lämpökameran rinnalla kolmea muuta eri lämpötilan mittausmenetelmää. Tutkimus suoritettiin Helsingin yliopiston Viikin tutkimustilalla. Kuvattavana kohteina olivat nurmi, jonka kasvuaste oli Zadoksin (BBCH) asteikolla 12–13, edellisenä syksynä kultivoitu maa sekä kynnetty maa. Tutkimuksessa oli käytössä itserakennettu drone (Tarot Ironman:n runko) sekä Flir Duo Pro R -lämpökamera. Tutkimus suoritettiin touko-kesäkuussa 2022. Lämpökuvien käsittely tehtiin Pix4D ja Matlab-ohjelmilla. Lämpökameralla saatiin kuvattua kaikki peltolohkot. Jokaisesta koelohkosta mitattiin vertailulämpötilat, jotta voitiin tutkia ilmasta otetun kuvan paikkaansa pitävyyttä. Kontrollipisteet mitattiin GCP-pisteiden (Ground Control Point) läheisyydestä kolmen metrin etäisyydeltä merkkitolpasta. Dronella otettujen lämpökuvien ja Ahlbornin mittarin tulosten välinen korrelaatiokerroin oli 0,67; joka on kohtalaisen korkea. Flir-käsilämpökameran ja dronella otettujen lämpökuvien välinen korrelaatio ei osoittautunut tilastollisesti merkitseväksi. Tähän vaikutti luultavasti Flir-käsilämpökameralla otettujen mittauspisteiden epätarkkuus kunnollisen kuvaustelineen puuttuessa. Maaperäskannerin tuottaman lämpökartan ja dronella otettujen lämpökuvien välinen korrelaatio oli -0,11. Tutkimuksessa havaittiin myös kameran kulma-anturissa olevan jotain häiriötä, koska kaikki sen ottamat kuvat olivat virtuaalisella karttatasolla 90 astetta väärässä kulmassa. Tämä saatiin korjattua kuvankäsittelyohjelmalla. Dronen lämpökameran kalibrointi todettiin riittäväksi tutkimuksen olosuhteissa. Droneen kiinnitetty lämpökamera on riittävän tarkka mitattaessa lämpötiloja ilmasta, jos olosuhteet ovat kameralle oikeat. Tulevia kuvauksia varten kasvustoon tulisi saada lisää kiintopisteitä, jotta analysointiohjelma saisi muodostettua kohdealueelta luotettavan lämpökuvan. Myös säähän olisi kiinnitettävä huomiota, sillä vähäinenkin pilvisyys vaikuttaa lopputulokseen kameran ominaisuuksista johtuen. Myös maasta mitattujen kontrollipisteiden tarkkuuteen tulisi kiinnittää enemmän huomiota, sillä niillä on suuri vaikutus tuloksiin, koska maan lämpötila voi vaihdella hyvin pienenkin alueen sisällä. Tässäkin tutkimuksessa vierekkäisten mittauspisteiden välillä oli jopa useiden asteiden lämpötilaeroja.

Maidon kulutus globaalisti on kasvussa ja yhä enenevässä määrin maidontuotannon ilmastovaikutuksiin tullaan tarvitsemaan keinoja, joilla hiilineutraaliustavoitteet voidaan saavuttaa. Suomi tavoittelee hiilineutraaliustavoitetta vuoteen 2035 mennessä, johon tarvitaan monia käytännön toimenpiteitä niin maatilalla kuin teollisuudessa ja logistiikassa. Biokaasun tuotanto maatalouden lannasta ja muista orgaanisista jätteistä mukaan lukien lannan käsittely on keino laskea raakamaidon hiilijalanjälkeä noin 25 % verrattuna nykytilanteeseen. Tutkimuksessa selvitettiin Ylä-Savon maatilojen halukkuus osallistua teollisen kokoluokan biokaasun tuotantoon (LBG). Maatilojen vaihtoehtoina toimintaan osallistumisessa olivat syötetoimitus keskus-laitokselle tai kaasun myyminen omalta tai maatilojen yhteiseltä biokaasulaitokselta (CBG). Tutkimuksessa selvitettiin halukkaiden Ylä-Savon maatilojen lukumäärä sekä niiden sijainti, joilla saatiin tietoa keskuslaitoksen rakennuspaikasta ja syötemäärästä. Tutkimuksessa selvitettiin Ylä-Savon maatalousyritysten kokoluokan vaikutusta osallistumishalukkuuteen. Lisäksi maatilojen osallistumishalukkuuteen vaikuttavia seikkoja selvitettiin, jotta mahdollisimman monella maatilalla oli mahdollisuus päästä mukaan toimintaan. Teollisen kokoluokan nesteytyslaitos ja muut hankkeen vaativat toimenpiteet tulee toteuttaa kaikille osapuolille kannattavasti, mikä oli tutkimuksessa ratkaisevassa roolissa. Kvantitatiivisen kyselytutkimus toteutettiin nettikyselynä Ylä-Savon alueen maatiloille. Tutkimuksen mukaan 84 % maatalousyrityksistä oli kiinnostunut syötteiden toimittamisesta biokaasu-laitokseen. Toimintaan mukaan haluavien tilojen lietelantamäärä oli 456 500 m³ ja kuivalannan määrä 48 600 m³. Suurin osallistumishalukkuus oli alle 60 naudan kotieläintiloilla ja pienin 180–240 naudan kotieläintiloilla. Ravinteita täysimääräisesti takaisin haluavia maatalousyrityksiä oli 79 %. Tulokset an-tavat hyvän kuvan siitä, että teollisen kokoluokan biokaasulaitokselle on kysyntää Ylä-Savon maatalousyritysten keskuudessa.

Land consolidation aims to increase profitability of agriculture by improving fragmented landholdings. As a rule, the arrangements must be profitable which means that the evaluation tools for profitability must be based on up-to-date knowledge about farming methods and costs. Based on Juhana Hiironen's doctoral dissertation published in 2012, the method uses harm coefficients based on work efficiency measurements that have been created decades ago. This study examined whether those factors describe modern farming. The study defined how machine labor costs change as the area of the field increases. The material was collected from three contractors using the Valtra Connect -service. The data was saved from Suonentieto Ltd.’s AgriSmart web page, which was used to compile field-parcel-specific fuel consumption and duration of work into table format. The types of work were spraying, mowing, and ploughing. Work data was combined in Excel with field parcel data from the field parcel register maintained by the Finnish Food Authority. A regression curve with R-program was adapted to the combined data using a second order logarithmized polynomial function to describe the relationship between parcel size and work efficiency. As a result, it was found that the currently used coefficients seem to underestimate the benefits of increasing block size, especially in larger, higher than 5 ha parcels. The work efficiency was better than in the previous studies, which is probably due to the increase in the average size and work efficiency of the machines. For smaller parcels, efficiency remained unchanged, thus it was weaker relative to large fields. Increasing parcel sizes through land consolidation and land exchange is one of the key measures to increase profitability. The study was conducted as part of Luke's KIVAPELTO project.

Työn tavoitteena oli selvittää polttoöljyn suorapolton soveltuvuutta viljankuivaukseen tarkastelemalla kansallista lainsäädäntöä, paloturvallisuusmääräyksiä, elintarvikevaatimuksia, sekä polttotekniikkaa ja palamistulosta. Lisäksi toteutettiin käytännön kuivauskoe tekniikan toimivuuden, sekä mahdollisten haitallisten viljan kontaminaatioiden selvittämiseksi. Suorapolttoinen uuni on rakenteeltaan yksinkertaisempi ja hyötysuhteeltaan lämmönvaihtimella varustettua uunia parempi. Suorapolttoisia uuneja on käytössä viljankuivauksessa Suomessa jo maa- ja nestekaasukäyttöisinä. Lisäksi muualla Euroopassa käytetään suorapolttoisia öljyuuneja. Kirjallisuuden perusteella suorapoltto saattaa kohottaa kuivattavan viljan PAH- ja raskasmetallipitoisuuksia, jos poltin on säädetty ali-ilmalle. Suomen lainsäädännöstä ei löytynyt estettä öljyn suorapolton käytölle. Kuivauskokeessa todettiin tekniikan toimivan hyvin. Koe toteutettiin sekä polttimen optimisäädöillä, että ali-ilmalle säädetyllä polttimella. Vertailuksi otettiin näytteet myös lämmönvaihdinta käyttäen kuivatusta erästä. Viljanäytteistä analysoitiin PAH4-, lyijy- ja kadmiumpitoisuudet. Näytteistä ei havaittu haitallisia määriä edellä mainittuja yhdisteitä. Tutkimuksessa ei löytynyt suorapolton käyttöä estäviä tekijöitä. Tutkimuksen perusteella suorapolttoa voidaan pitää yhtenä vaihtoehtona viljankuivauksen lämmönlähdettä valittaessa myös Suomessa.

Ajoneuvojen kehityksessä haasteena on energian säästäminen. Käyttämällä jarrutuksessa va-pautuvaa energiaa uudelleen voidaan parantaa kokonaishyötysuhdetta. Tieliikenneajoneuvoissa tähän on monia käyttökelpoisia vaihtoehtoja, mutta käyttötarkoituksen ja – tavan muuttuessa on ratkaisujen löytyminen monimutkaisempaa. Työn tavoitteena onkin konseptoida ja tutkia potentiaali-sia jarrujärjestelmiä tulevaisuuden traktoreihin, tavoitteena muodostaa käsitys traktorien jarrudyna-miikasta ja jarrujen konstruktioita ohjaavasta lainsäädännöstä Tehtävä toteutettiin kirjallisuuskatsauksella, jossa tarkasteltiin traktorin jarruihin vaikuttavaa lain-säädäntöä sekä jarrutusjärjestelmän dynamiikkaa. Tutkimuksen osana toteutettiin myös tyyppihy-väksyntätestiä mukaileva jarrutesti. Testissä tutkittiin jarrutustehon jakautumista traktorin akselien välillä, sekä sitä kuinka merkittävät etu- ja taka-akseli ovat jarrutuksen kannalta. Kokeessa käytet-tyyn traktoriin rakennettiin järjestelmä, jolla kyettiin muuttamaan traktorin jarrutustehon jakautumista. Näin järjestelmällä kyettiin kytkemään jarrutukseen vain valitut jarrut. Jarrukonsepteista sopivimmaksi vaihtoehdoksi valikoituivat satulalevyjarrut. Ne ovat helposti skaalattavissa oleva ratkaisu erikokoisiin koneisiin ja niillä saadaan renkaille tuotettua helposti tarvit-tava jarrutusvoima. Työkoneena traktorin taka-akseli ei ole merkityksetön jarrutuksen kannalta. Ny-kyinen jarrujen tyyppihyväksyntälaki määrittää, että traktorin akselit eivät voi olla jarruttomia, vaikka traktori kyettäisiinkin tulevaisuudessa pysäyttämään ilman kitkajarruja esimerkiksi sähkömoottorin regenerointimomentin avulla. Lainsäädännön puitteissa konsepteissa käytännöllisintä on sijoittaa jokaiselle renkaalle omat jar-rut, jolloin saavutetaan nelivedon kytkennästä riippumaton toiminta. Jarrutestin tuloksena nelipyörä-jarruilla on potentiaalia korvata nykyinen nelivedonlukon päällekytkentään perustuva yhteys akselien välillä. Taka-akselin jarrutuspotentiaalin rajoittuessa etuakselista tulee dynaamisen painonsiirron vaikutuksesta merkittävä osa jarrutusta.

Soil structure is one of the key elements when it comes to plant growth and yield production. For the last 30 years, the agricultural machines have grown in size, which has increased the stress to soil caused by the machinery. When the stress is high enough to increase the strengths in soil, and the porosity and permeability are decreased, the soil is compacted. There are some soil scanners, which are capable of mapping the soil strengths. The aim of this study was to use the draft data from the CAN bus in this purpose. The topsoil strength data could be then used as part of precision agriculture,for example in problem solving with low-yield areas, and as part of variable depth tillage purposes. The goal for this study was to build a measurement system, which could record the draft data of a tractor and also to find out the usability of this data in precision agriculture. Measurements of the reference data (electric conductivity, organic matter) are also part of this study, which included initialization of the Veris iScan+ and also the development and building the subframe for the scanner. As the measurement system Raspberry Pi minicomputer equipped with CAN bus and GNSS boards was used. The measurement system was programmed with Python programming language. In the measurements, a Valtra N141 tractor and a Kverneland Turbo 2 cultivator were used to tillage the two-hectare test plot. After the measurements, MATLAB and ArcGis were used for processing the raw data, mapping the features, and analysing the data. In this study, the implement draft was found to be significantly higher in the headlands of the field, which face the most field traffic. In the test plot, there were three individual zones with high draft force values, each resulting from different reasons. These zones were visible in the EC and OM maps, but all of the draft force variation could not be explained by the reference data. According to this study, the CAN bus draft data could be used as topsoil strength indicator, and with the right reference data the draft data can be used to map the topsoil compacted areas.