بررسي ميداني و آزمايشگاهي قابليت حسگرهاي فراصوتي USS3 براي سنجش غيرتماسي ساختار هندسي توده درخت پسته

Field and Laboratory Investigation of USS3 Ultrasonic Sensors Capability for Non-contact Measurement of Pistachio Canopy Structure

ساختار شناسی الكترونیكی به‌منظور تعیین ویژگی های فیزیكی توده گیاهان یكی از مباحث مهم در مدیریت محصولات درختی می باشد. حسگرهای فراصوتی و نوری تاكنون بیشترین كاربرد را در این زمینه داشته اند. هدف این پژوهش ارزیابی عملكرد حسگر فراصوتی USS3 در شرایط آزمایشگاه و مزرعه به‌منظور سنجش قابل اعتماد اندازه گیری های فاصله برای تخمین حجم تاج درخت پسته بود. برای رسیدن به این هدف، روش بررسی برای تحلیل عملكرد حسگر در رابطه با تشخیص فاصله شاخ و برگ و اثر تداخل میان حسگرهای مجاور كه به‌طور هم‌زمان كار می كنند، طراحی شد. نتایج نشان داد كه خطای میانگین برای اندازه گیری فاصله با اشیاء توسط حسگر فراصوتی در شرایط آزمایشگاه 64/0 سانتی متر است. افزایش تغییرات در شرایط میدانی، به‌ویژه تحرك و غیرصلب بودن شاخ و برگ درختان، دقت این نمونه از حسگرها را هنگام برآورد فاصله تا توده گیاه كاهش می دهد. خطای میانگین در چنین شرایطی 19/3 سانتی متر به‌دست آمد. هنگام بررسی اثر تداخل حسگرهای مجاور در فاصله 30 سانتی متری، خطای میانگین 65/14 سانتی متر و زمانی‌كه فاصله حسگرهای مجاور به 60 سانتی متر افزایش یافت خطای میانگین 73/6 سانتی متر محاسبه گردید. آزمایش ها نشان داد كه این حسگرها زمانی كه در فاصله 60 سانتی متری یا بیشتر نسبت به یكدیگر قرار گیرند، برای تخمین فاصله تا درخت در شرایط باغ پسته مناسب بوده و می توان با اطمینان از این حسگرها در یك سامانه برای تخمین پارامترهای ساختاری توده گیاه در مبحث باغبانی دقیق استفاده كرد.

Electronic canopy characterization to determine structural properties is an important issue in tree crop management. Ultrasonic and optical sensors are the most used sensors for this purpose. The objective of this work was to assess the performance of an ultrasonic sensor under laboratory and field conditions in order to provide reliable estimations of distance measurements to apple tree canopies. To achieve this purpose, a methodology has been designed to analyze sensor performance in relation to foliage distance and to the effects of interference with adjacent sensors when working simultaneously. Results showed that the average error in distance measurement using the ultrasonic sensor in laboratory conditions was 0.64 cm. However, the increase of variability in field conditions reduced the accuracy of this kind of sensors when estimating distances to canopies. The average error in such situations was 3.19 cm. When analyzing interferences of adjacent sensors 30 cm apart, the average error was ±14.65 cm. When adjacent sensors were placed apart by 60 cm, the average error became 6.73 cm. The ultrasonic sensor tested has been proven to be suitable to estimate distances to the canopy in pistachio garden conditions when sensors are 60 cm apart or more and can, therefore, be used in a system to estimate structural canopy parameters in precision horticulture.