SoilIoT: Smart sensing and IoT for precision agriculture: Soil characteristics monitoring

Abstract

With earth’s population ever increasing, the output of the agricultural field needs to be increased accordingly, at the same time sustainable agriculture with preservation of soil characteritics for higher yields is an important objective. Different management strategies are reported and applied nowadays, and an important one is precision agriculture. Regarding precision agriculture and soil characteristics preservation, it can be mentioned that soil macronutrients, more specifically Nitrogen, Phosphorus, and Potassium, are of utmost importance when aiming for high yields. In this context, monitoring the soil for these macronutrients and reacting acordingly is a necessity in order to achieve sustainability, and this is what is encompassed by precision agriculture. Internet of Things (IoT) based solutions arise as prime candidates to achieve this type of agriculture, by combining hardware, software and data transmission protocols, continuous and precise soil monitoring can be achieved, with the collected data being displayed on a convenient user interface. This dissertation proposes an IoT based soil monitoring solution built on geo-localized nodes that transmit their data to a user interface where data can be monitored. The design and validation of the system, including the analysis of experimental data is included in the dissertation.

Com a população da terra sempre a crescer, a produção agricola mundial também tem de crescer adequadamente, ao mesmo tempo a agricultura sustentável com preservação das caracteristicas do solo para atingir grandes volumes de colheitas também é importante. Existem e são aplicadas diversas estratégias de gestão do solo, e a agricultura de precisão é uma das mais importantes. No tópico da agricultura de precisão e da preservação das caracteristicas do solo, podemos dizer que os macronutrientes, nomeadamente o Nitrogénio, o Fósforo e o Potássio, são extremamente importantes quando queremos atingir colheitas volumosas. Neste contexto, monitorizar estes macronutrientes no solo e reagir às suas mudanças de forma adequada é uma necessidade para conseguir atingir uma agricultura sustentável, e isto é extamante o que é a agricultura de precisão. Soluções à base da Internet das Coisas têm surgido como boas opções para atingir este tipo de agricultura, combinando hardware, software e protocolos de transmissão de dados para atingir uma monitorização contínua do solo, com dados visíveis numa interface gráfica conveniente para o utilizador. Esta dissertação propõe uma implementação de um sistema de monitorização contínua do solo com nós localizáveis geográficamente, na qual os dados são enviados para uma interface gráfica na qual podem ser monitorizados. O design e a validação do sistema, incluíndo uma análise dos dados, estão incluídos na dissertação.