Tiedustelija maanalaiseen ja langattomaan tiedonkeruuseen
Nyckelord:
tiedustelija, soil scout, telemetria, reaaliaikainen, radiolähetin, antenniAbstract
Kaupallisen tiedonkeruuelektroniikan nopea kehitys on lisännyt radiotaajuuskomponenttien integrointiastetta ja alentaa niiden kustannuksia dramaattisesti. Monipuolisia miniatyyrilaitteita voidaan koota muutaman euron komponenteista. Vaikka pellolle asennettavia radiolähettimiä jo käytetään, ei kokonaan maan alle asennettavia tiedustelijoita (soil scouts) maaperän ominaisuuksien reaaliaikaiseksi mittaamiseksi ole kuitenkaan saatavilla, sillä sovelluskohde on radioteknisesti haastava.
Vaikka tiedustelijaa voitaisiin käyttää minkä tahansa maanalaisen tiedon keruuseen, on peltomaa järjestelmän kehittämisen kannalta hyvä sovelluskohde, sillä peltomaan sähkömagneettiset parametrit tunnetaan ehkä parhaiten. Maan vesitaloutta, typpi- ja fosforivirtauksia sekä kastelujärjestelmiä simuloidaan kehittyneillä malleilla, joiden soveltaminen käytäntöön edellyttää usein maan kosteuden ja lämpötilan reaaliaikaista seurantaa. Järjestelmästä onkin tarkoitus kehittää tieteellisen tutkimuksen lisäksi käytännön tuotantoon sopiva keino helpottamaan viljelijän päätöksentekoa, ympäristön tilan seurantaa tai vaikka kompostimassan monitorointia. Tiedustelijapopulaation avulla voitaisiin kerätä tietoa myös vaikeasti saavutettavista kohteista.
Maan alta lähtevä radioaalto absorboituu maa-ainekseen ja sekä taittuu että heijastuu eri kosteuskerrosten ja maanpinnan rajapinnoissa. Lisäksi aalto hajaantuu voimakkaasti siirryttäessä maasta ilmaan. Näiden ilmiöiden laskennallista mallia on validoitu kenttämittauksin. Tulosten mukaan malliin on sisällytetty kaikki oleelliset signaalin tason ennustamiseen tarvittavat mekanismit ainakin hieta- ja savimailla.
Mallin avulla on voitu laskea tiedustelijalta vaadittava lähetysteho, jotta asennussyvyys voisi olla 0,5 metriä ja kantama ilmassa joitain satoja metrejä. 15 dBm:n teho riittänee useimmissa olosuhteissa. Tältä pohjalta on alettu kehittää prototyyppiä tiedustelijasta. Yleisten elektroniikkasuunnittelun vastoinkäymisten lisäksi on tunnistettu kaksi keskeistä ongelmaa: antennisuunnittelu ja virtalähde.
Tässä tekstissä esitellään maanalaisten tiedustelijoiden (soil scouts) toimintaympäristön ominaisuuksia, osoitetaan radioliikenteen olevan toteutettavissa sekä käsitellään tästä toimintaympäristöstä seuraavia teknisiä ongelmia ja mahdollisuuksia.
