BLOG

Akıllı Silo

10 Şubat 20206 dk okuma

“Yapay zeka ve makine öğrenimi metodolojilerinin birçok sektörde zaten çığır açtığı kanıtlanmıştır. Bu metodolojiler tahıl sektörüne de uygulanabilir ve yöneticilerin silodaki tahıl durumu hakkında bilgi alma ve karar verme şekillerini değiştirebilir. Mevcut tahıl yönetim araçlarının doğruluğunu ve verimliliğini artırabilirler, aynı zamanda yenilikçi araçlar da oluşturabilirler.”

Dr. Efstathios Kaloudis
Centaur Analytics

Etkili depolama yönetimi, yüksek mahsul kalitesinin korunmasını ve kaybın önlenmesini gerektirir. Bu hedeflere ulaşmak için; tahıl sıcaklığı, nem içeriği, karbondioksit konsantrasyonları, hava koşulları ve bunların bir depolama yapısında tahıl üzerindeki etkileşimi ve etkisi gibi faktörleri etraflıca değerlendirmek gerekir.

Çoğu durumda, silo ve depolama yöneticileri, tahılları yönetme konusundaki deneyimlerine ve sezgilerine güvenir. Bu da zaman zaman pahalıya mal olan insan hatalarına veya gereksiz yere yüksek maliyetle aşırı muhafazakar planlamaya yol açar. Hem donanım hem de yazılımdaki yeni teknolojiler, pasif depolama yapısını akıllı hale dönüştürebilir ve depolama yöneticisinin etkili bir şekilde zorlu sorunları tespit etmesine ve çözmesine yardımcı olabilir.

ZORLUK
Yapay zeka ve makine öğrenimi metodolojilerinin birçok sektörde zaten çığır açtığı kanıtlanmıştır. Bu metodolojiler tahıl sektörüne de uygulanabilir ve yöneticilerin silo ile etkileşime girme, tahıl durumu hakkında bilgi alma ve karar verme şekillerini değiştirebilir. Mevcut tahıl yönetim araçlarının doğruluğunu ve verimliliğini artırabilirler, aynı zamanda yenilikçi araçlar da oluşturabilirler. “Akıllı” bir siloya geçiş aşağıdakileri içermelidir:
• tahılı ölçen ve tahıl hareketlerini otomatik olarak izleyen bir seviye izleme sistemi
• doğru sıcaklık, bağıl nem, CO2 ve O2 gazlarını algılayabilen ve tespit edebilen ve erken bozulma tespiti, tahıl kalitesi tahmini sağlayan ve en iyi havalandırma stratejilerini önerebilen bir durum izleme sistemi
• doğru dozajı öneren, fumigant konsantrasyonunu otomatik olarak izleyen ve tedavinin ne zaman başarılı olup olmayacağını tahmin eden bir fumigasyon sistemi.
Aşağıdaki bölümlerde, bahsettiğim bu teknolojiler hakkında daha detaylı bir açıklama sunmaya çalışacağım.

SENSÖR TEKNOLOJİSİ
Yakın zamana kadar, depolanmış tahılı izlemek için kullanılan tipik yöntem, yüksek mukavemetli çelik kablolara bağlı ısıl çiftler (termokupllar) kullandı. Bu kablolar doldurma, depolama ve boşaltma işlemleri sırasında dikey sürtünmeli yüklemeye maruz kalır. Iowa Eyalet Üniversitesi’nde yapılan bir çalışmada bildirildiği gibi, bu kablolar silo tavanı tarafından desteklendiğinden, üzerlerine yüklenen yükler arızalara neden olabiliyor.1 Mekanik stabilite risklerinin yanı sıra, kablo izleme sistemleri kurulumları için ileri uzmanlık gerektirir ve yüksek kurulum maliyetlerine sahiptir. Bakır kablolar genellikle fosfin nedeniyle paslanır ve çalışmaz.

Şekil 3

Tahıl depolama teknolojisindeki son gelişmeler, tahıl kalitesini etkileyen tüm parametreleri (örneğin sıcaklık, bağıl nem, O2 ve CO2) doğru bir şekilde ölçen kablosuz sensörlerin (Şekil 1) geliştirilmesini sağlamıştır. Ayrıca dünya çapında erişilebilirlik sunarak verilerini gerçek zamanlı olarak güvenli bir şekilde buluta iletirler. Avantajları arasında, tahıl geçişi durumunda, gelişmiş izlenebilirlik sunan ‘tahılla birlikte hareket etme imkanı’ da bulunmaktadır.

Şekil 4

KARBON DİOKSİT (CO2) İZLEME
Bir silodaki gazların izlenmesi, CO2 gibi gazlar tahıl solunumu, küf ve böcek gelişimi ile ilişkili olduğundan erken bozulma tespiti için önemli avantajlar sunar. Ayrıca, sensörler gaz konsantrasyonlarındaki değişiklikleri, sıcaklık ve bağıl nemdeki değişikliklerden 100 kat daha hızlı tespit edebilir.

Bununla birlikte, CO2 okumalarının değerlendirilmesi basit değildir ve yararlı bilgileri elde etmek için Makine Öğrenimi algoritmalarının yardımına ihtiyaç vardır. Şekil 2, Centaur Analytics sensörleri tarafından kaydedildiği gibi iki silonun CO2 konsantrasyonlarını göstermektedir. Silo B’nin Silo A’dan daha yüksek CO2 değerlerine sahip olmasına rağmen (özellikle ilk 16 gün için), algoritma, tahıl durumu iyi olduğu için bir uyarı vermez. Aksine, Silo A’nın silo yöneticisi, ani bir CO2 artışı tespit edildiğinden 17. günde bir uyarı alır.

TAHIL SEVİYESİ İZLEME
Dolum seviyesi sensörü, mesafeyi doğru bir şekilde (+ - 5 mm) ölçebilen temassız bir radar sistemidir. Özellikle, mikrodalgaların tahıl yüzeyine gidiş-dönüş süresini ölçer. Bir silonun üstüne kolayca monte edilebilir ve sürekli izleme sağlar. Ölçülen mesafeyi siloda depolanan toplam tahıl kütlesine çevirmek için aşağıdaki değişkenleri göz önünde bulundurmalısınız:

• Tahıl yığın yoğunluğu (nem içeriğine göre değişir)
• Dolum faktörü (tahıl yüksekliğine göre değişir)
• Tahıl yüzey şekli (işleme bağlı olarak değişir: yükleme, boşaltma)

Bir Yapay Zeka (AI) algoritması, kütle yoğunluğunu nem içeriği ölçümleri, yüksekliği telafi eden dolum faktörü denklemleri ile ilişkilendirebilir ve kullanıcı girişi olmadan tahılların yüzey şeklini belirleyebilir. Böylece, hacim ve tahıl kütlesi daha yüksek bir doğrulukla hesaplanabilir. Ve toz kesintisi olmadan!

Şekil 4

TAHIL DURUMUNUN TAHMİNİ
Tahıl depolanması sırasında, tahılın durumunu etkileyen ve önceden bilinmesi zor olan birçok faktör vardır. Bu nedenle, depolanan tahıl üzerinde simülasyon yapmak için yeni bir hesaplama aracı geliştirilmiştir. Yazılım, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yaklaşımına ve Makine Öğrenim yöntemlerine dayanmaktadır ve sensör verilerini, tahıl solunumundan ortaya çıkan ısıdan kaynaklanan ısı transfer etkilerini, silonun güneş radyasyonuna bağlı ısınmasını ve rüzgardan kaynaklanan soğumayı değerlendirebilir. Ek olarak, tahıl nem içeriği ve tahıl solunumu (bir karbonhidratın yanması) ile ilgili iki gazın, O2 ve CO2, varyasyonlarını tahmin eden denklemleri uygular. Ayrıca, tahıl bozulmasını değerlendiren modeller yazılıma entegre edilmiştir.2 Bu modeller, tahıl kuru maddesindeki kayıplar, küf görünümü olasılığı ve çimlenme kapasitesinin azaltılması temelinde güvenli depolama süresi tahminleri sunar (Şekil 3).

TAHILIN HAVALANDIRILMASI
Tahıl kalitesini korumak için, tahıl depolama sistemlerinin çoğu için uygun havalandırma şarttır. Tipik bir havalandırma işlemi sırasında, fan soğuk havayı silonun tabanına doğru iter. Hava yukarı doğru hareket ettikçe, tahılları soğutur ve nihayetinde üstteki havalandırma kanallarından çıkar.

Akıllı bir sistem, özel bir havalandırma planı önermek için çeşitli faktörleri göz önünde bulundurur (Şekil 5) ve giriş hava sıcaklığı, silo geometrisi, havalandırma fanı özellikleri, mevcut ve öngörülen iklim koşulları ve kablosuz sensörlerle sürekli olarak ölçülen tahıl durumu da dahil olmak üzere havalandırma sonucunu tahmin eder.

FUMİGASYONLAR
Fumigasyon uygulamalarında gelişmiş sayısal modelleme ve kablosuz sensörlerden gelen sürekli geri besleme özelliklerinden yararlanarak, fosfin konsantrasyonu depolama hacminin içindeki her konum için ve herhangi bir zamanda fumigantın toksisitesini zaman zaman etkileyen ve tedavilerin başarılı olmasını önleyen tüm faktörlere dayanarak belirlenebilir.3 Centaur Analytics, Inc. benzersiz bir sistem geliştirmiştir.

• Mg3P2, AlP gibi metal fosfidlerin sıcaklık ve bağıl nem değerlerine bağlı gaz giderme oranı.
• Isı transferi, gaz kayıpları ve hareket açısından çevreyle depolama etkileşimini doğru bir şekilde değerlendirmek için hava koşulları
• Fumigasyon dozlarının konsantrasyonlarını, tahıl dezenfekte edilmeden önce öldürücü olmayan seviyelerine düşürebilen ürüne bağlı olarak fosfin gazının tahıl tarafından farklı oranlarda emilmesi.
• Böcek türleri ve direnci
• Fumigasyon sonrası havalandırma ve insan güvenliği bile gerçek zamanlı olarak ölçülebilir.

Bilişsel yazılım, fosfine maruz kalmayı böcek mortalitesi ile ilişkilendirdiğinden, hassas fumigasyonların planlanması için bir metodoloji oluşturulabilir (Şekil 4). Kullanıcılar fumigasyon süresi ve başarının ne zaman etkinleştirilebileceğine dair bildirimler alır.

BİLGİ YÖNETİMİ
Yukarıda açıklanan bilgileri oluşturmak önemli olduğu kadar, bunu tahıl yöneticilerine anlamlı ve kullanıcı dostu bir şekilde sunmak da gereklidir. Bir web platformu ideal bir yoldur, çünkü veriler 7/24 gerçek zamanlı olarak güncellenebilir. Ayrıca, kullanıcılar herhangi bir yerde kendi bilgisayar veya akıllı cihazlarından bilgilere erişebilir.

Şekil 5, depolama tesisine genel bir bakış sunan bir web platformu kullanıcı arayüzü örneğini göstermektedir. Depolanan emtia türünü, kütlesini (bir kullanıcı girişi olabilir veya yüklü bir dolum seviyesi sensörü tarafından otomatik olarak hesaplanabilir) ve sensörlerin kurulu konumlarını gösteren bir depolama tesisi temsilini içerir. Kullanıcı arayüzü ayrıca emtianın mevcut sıcaklık ve nem içeriği, önerilen bir havalandırma planı, depolama tesisi konumunun coğrafi haritası, aynı konumdaki mevcut hava koşulları ve tesisin çalışması hakkında bildirimler hakkında bilgi sağlar.

FAYDALAR
Bu makalede açıklanan yeni teknolojilerin mümkün olduğunca çok sayıda kullanılması, sıradan bir siloyu akıllı bir siloya dönüştürebilir. Kullanıcılar için yararları benzeri görülmemiş olabilir:

• küf gelişimi ve mikotoksin kontaminasyonunun önlenmesi
• gelişmiş tahıl kalitesi - daha yüksek tahıl piyasa değeri
• daha düşük işletme maliyeti ve daha düşük havalandırma fanı çalışma süreleri
• tedarik zinciri şeffaflığı - perakendecilerin kalite taleplerine karşı savunulabilirlik
• Aşırı zararlı kimyasallardan (örn. aşırı doz, başarısız ilaçlamaların tekrarlanması ihtiyacı) ve aşırı işgücünden kaçınarak toplam haşere kontrol uygulamasının maliyetini azaltma

Kaynakça
[1] Schwab et. al, “Vertical Loading of Temperature Cables” (1991). Agricultural and Biosystems Engineering Publications. 110. https://lib.dr.iastate.edu/abe_eng_pubs/110
[2] https://millermagazine.com/english/ensuring-postharvest-grain-quality-and-marketability-with-advanced-software/.html
[3] Kaloudis, E.; Bantas, S.; Athanassiou, G.; Agrafioti, P.; Sotiroudas, V. Modeling distribution of phosphine in cylindrical grain silos with CFD methods for precision fumigation. Proceedings of the 12th International Working Conference on Stored Product Protection (IWCSPP) in Berlin, Germany, October 7-11, 2018. https://ojs.openagrar.de/index.php/JKA/article/view/10771

Makale Kategorisindeki Yazılar
09 Temmuz 20138 dk okuma

Un Kalitesinde Katkı Maddelerinin Yeri ve Önemi

Buğday unuyla yapılan yemekler ekonomik kriz zamanlarında son derece önemli bir rol oynar. Gelirler...

12 Aralık 201716 dk okuma

Mısır Unu ve Mısırdan Üretilen Gıda Ürünlerinin İşlenmesi

  “Mısır, dünya nüfusunun büyük bir çoğunluğu için önemli bir besin kaynağı. Vitamin ve miner...