Browsing by study line "Agrotechnology"
Now showing items 1-11 of 11
-
(2020)The research of this thesis was focused on anaerobic digestion of cow manure mixed with different types of biowaste, especially those material that are available in Finland. The research was conducted by search, collection, and analysis of different data in literature. Topic of the thesis was predetermined by the Co-Creation Lab project of Helsinki Institute of Sustainability Science (HELSUS), which was seeking solution to achieve carbon neutral cow milk production. The solution was co-approached by three participants conducting thesis from technological, economical, and legislative points of view, in which I was responsible for writing mainly the technological part, and general findings in economic efficiency and legislative terms by the other two co-creators were also included in this thesis. The research was mainly related with the whole cycle of biogas production, including basics about anaerobic digestion (AD), applications of the biogas and digestate as a product and by-product of AD. Substrates for AD were researched with a focus to find the best combination of cow manure (CM) and biowaste in regard with methane yield outcome, especially a mixture of CM and silage waste that suits the cow farming situation in Finland. Methane yields for mono-digestion of various types of biowaste and co-digestion of CM with different biomass were collected and analyzed. Premises for biogas plant establishment were researched briefly, including facility composition, and consideration of feasibility and raw material availability. CM with grass containing 75% timothy and 25% meadow fescue grass at 70%:30% mixing ratio could be the best combination of CM: grass co-digestion, followed by 0.5:0.5 mixed CM and perennial ryegrass. Furthermore, CM mixed with food waste at 52:48% ratio could be the best combination among co-digestion of CM with biowaste other than grass, followed by CM and food waste mixed with 68%:32% ratio, and CM with oat straw mixed at 1:2 ratio could be a considerable combination of CM and crop waste.
-
(2020)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.
-
(2021)Traktorien nostolaitteen sivurajoittimia on yritetty hydraulisoida 1970-luvulta lähtien. Kiuruvetinen yritys Piippo Hydraulic on kehittänyt Farmiventtiili -nimisen erikoisventtiilin, joka kykenee ohjaamaan sivurajoittimia yhdessä ja erikseen. Lisäksi traktorin ohjausjärjestelmiä varten on kehitetty ISO 11783-standardi, jossa määritellään traktorin, työkoneiden ja niiden ohjainlaitteiden välinen väyläliikenne. Tämä mahdollistaa eri valmistajien laitteiden kytkemisen yhteen ja samaan ohjaus- sekä tietoväylään. Tässä maisterintutkielmassa tehtiin prototyyppi Farmiventtiilin ISOBUS-pohjaisesta ohjauksesta. Farmiventtiilin ohjaus toteutettiin Epec Oy:n toimittamalla ohjauslaitteella, Multitool-konfigurointiohjelmalla, CodeSys PLC-ohjelmointiympäristöllä sekä IsoDesigner-käyttöliittymän suunnitteluohjelmalla. Näillä työkaluilla suunniteltiin virtuaaliterminaalille käyttönäkymä, laitteen ECU:lle toimintalogiikka sekä 3D-tulostamisen avulla prototyyppiasteen monitoimiohjain. Laitteelle tehtiin myös valmius väyläpohjaiselle ohjaukselle traktorin oman tai muun valmistajan hallintalaitteiden kautta AUX-N -standardiosan mukaisesti. Prototyypissä testattiin myös nostolaitteen työntövarren, kallistajan ja sivurajoittimien anturointia ja siihen pohjautuvaa automatiikkaa. Lopputuloksena saatiin prototyyppiasteen ohjausjärjestelmä, jossa on toteutettu nämä toiminnallisuudet. Työn edetessä havaittiin, että sinällään yksinkertaiseen venttiiliin voidaan mahduttaa ohjelmoitavuuden ansiosta runsaasti sellaisia toiminnallisuuksia, joita yksinkertaisella analogiohjauksella ei voida saavuttaa. ISOBUS:ssa toimiva ohjausyksikkö kykenee toimimaan myös muiden venttiilijärjestelmien siltalaitteena, jos järjestelmää on laajennettava. ISOBUS:n avulla toteutettu ohjaus alentaa kustannuksia, kun omia ohjainlaitteita ja kaikkia antureita ei tarvita väylällä valmiiksi olevien laitteiden ansiosta.
-
(2023)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.
-
(2022)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.
-
(2020)Nutrient recycling has a huge potential in Finland, but the recycling fertilizer market remains immature. Recycled nutrients should be developed into fertilizers and business activity around them to develop the market as well. Fertilizers must be profitable for the manufacturer and cost-effective for the farmer. Therefore, the fertilizers must be priced correctly. The aim of this study was to find out farmers willingness to pay for different types of manure-based recycling fertilizers, which factors affect farmers fertilizer choices and what are farmers opinions on recycling fertilizer attributes and use. Moreover, the pricing of existing recycling fertilizers was compared to their attributes like nutrient content and form. According to present results, the factors affecting farmers willingness to pay were form, eligibility to organic farming and price of the recycling fertilizer, as well as cultivated area and production sector of the farm, amount of manure produced on the farm, being part of environmental compensation scheme, and also the farmers relation to farming (part-time, full-time) and how long has he been farming. Farmers preferred fertilizers with dry form, and the willingness to pay of organic farmers was higher than that of traditional farmers. Willingness to pay for different recycling fertilizers was mostly much lower than market prices, but there are potential customers to be found, especially among organic farmers.
-
(2021)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.
-
(2021)The natural carbon cycle is affected by human activity. Terrestrial carbon stocks have been decreasing as at the same time carbon dioxide concentration in the atmosphere has increased causing climate change. The Paris Agreement sets the target to limit climate change to 1.5°C and to reach that goal, all possible mitigation practises should be included into global framework to avoid the most serious consequences of warming. Carbon sequestration into natural soil and biomass could be one mitigation practice. To enhance carbon sequestration activities and to include natural carbon stocks into to the EU climate policy, it would be necessary to quantify stock sizes and changes in those stocks. For developing carbon trading markets, the quantification methods should provide accurate results and at the same time be practical and financially achievable. Used research method in this thesis was comparatively literature survey and aim was to gather and compere information about currently used carbon stock quantification methods against developing carbon trading markets. Soil carbon stocks can be quantified with direct soil sampling, spectroscopic sensing methods or by mathematical models. Biomass carbon stocks can be quantified with inventory-based field measurements and modelling and by remote sensing. The full carbon budget on the ecosystem level can be achieved with carbon flux measurements. Quantification of different terrestrial carbon stocks and their changes is not a simple task. There is a lot of variation between different stocks and in some cases, the stock changes occur slow. Cost of carbon stock quantification depends on the accuracy, size of the area under focus and frequency of the measures. Methods for terrestrial carbon stock quantification are dependent on high quality data and there is demand for research considering carbon sequestration. For carbon offsetting purposes of developing carbon markets, the modelling approach is achievable, cost efficient, repeatable and transparent. There is no perfect model or one universal model that would fit to every situation and thus the differences must be known. At this stage, this approach could be one possibility to include small scale projects and enhance climate actions. Different quantification methods provide information which can be used to different method developments and to increase accuracies. It’s important to know, how all information can be effectively utilized.
-
(2022)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.
-
(2022)Lehmän ruokinnan suunnittelun lähtökohtana on tieto ruokinnassa käytettävistä rehuista. Yksi keino mitata ruokinnassa käytettävän säilörehun koostumusta on lähi-infrapunaan (NIR) perustuva mittalaite. Lähi-infrapunaan perustuva mittausmenetelmä on jo pitkään tunnettu eri tieteenaloilla. NIR- mittalaitteen etuja ovat etenkin nopeus ja kyky mitata kuiva-ainepitoisuus tuhoamatta näytettä. Tämän tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena olikin selvittää, onko NIR-mittalaitteen tarkkuus riittävä seosrehureseptin korjaamiseen säilörehun kuiva-ainepitoisuuden mukaisesti. Tarkkuuden lisäksi tarkasteltiin säilörehun kuiva-ainepitoisuuden vaikutusta lehmän maitotuotokseen ja saavutetaanko seosrehureseptin muokkaamisella säilörehun kuiva-ainepitoisuuden mukaan taloudellista hyötyä. Tutkimuksessa käytettiin Italialaisen Dinamica Generalen Evo NIR-mittalaitetta, joka asennettiin Pellon Groupin kiinteänseosrehuruokintajärjestelmän yhteyteen. Kiinteäseosrehuruokintajärjestelmä sijaitsi Kauhavan Rintalassa lypsykarjatilalla. Mittalaite kalibrointiin tilan ruokinnassa käytetyillä säilörehuilla, jotka olivat paali- ja aumasäilörehu. Mittalaitteen tarkkuutta arvioitiin vertaamalla mittalaitteella mitattua säilörehun kuiva-ainepitoisuutta uunikuivausmenetelmällä mitattuun kuiva-ainepitoisuuteen. Mittalaitteen ja uunikuivausmenetelmän välinen vertailu tehtiin molemmilla laitteen kalibroinnissa käytetyillä rehuilla, sekä viidellä kuiva-ainepitoisuudeltaan erilaisella siilovarastoidulla säilörehulla, joita ei ollut laitteelle kalibroitu. Taloudellisessa tarkastelussa hyödynnettiin ennalta määritettyä lehmän kuiva-ainesyönnin ja maitotuotoksen välistä tuotosvasteaineistoa. Tutkimuksen tulosten perusteella ei voida selkeästi sanoa onko mittalaitteen tarkkuus parempi laitteelle kalibroidulla kuin kalibroimattomalla säilörehulla. Aumasäilörehulla mittalaitteen tarkkuus erosi uunikuivausmenetelmällä saadusta tuloksesta 1,2 %-yksikköä ja paalirehulla 2,6 %-yksikköä. Vastaava ero NIR-mittalaitteelle kalibroimattomalla rehulla oli 1,5 %-yksikköä. Edellä mainitut tulokset ovat samalla linjalla aiempien tutkimuksien kanssa. Tämän tutkimuksen mukaan NIR-mittalaiteella saatuja tuloksia voidaan hyödyntää seosrehureseptin muokkaamisessa. Ruokintasuunnitelman korjaaminen NIR-mittalaitteella saadulla tuloksella voi ajatella olevan kannattavaa, jos ruokinnassa käytetyn rehuerän kuiva-ainepitoisuuden vaihtelu on suurempi, kuin mittalaitteen mittausvirhe. Vaikka mittalaitteen antamaa tulosta ei suoraan käytettäisikään seosrehureseptin muokkaamiseen, se voi toimia tärkeänä apuvälineenä viljelijälle antamalla tietoa esimerkiksi siitä, miten säilörehun kuiva-ainepitoisuus muuttuu suuressa rehuvarastossa syötön edetessä.
-
(2021)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.
Now showing items 1-11 of 11