Χωρική ανάλυση ψεκασμού σε δενδρώδεις καλλιέργειες

Abstract

Τα σύγχρονα αγροκτήματα λειτουργούν αρκετά διαφορετικά σε σχέση με παλαιότερα, κυρίως λόγω των τεχνολογικών εξελίξεων των τελευταίων ετών. Ο τομέας που έφερε αυτή την αλλαγή στο χώρο της γεωργία είναι γνωστός ως Information and Communication Technology in agriculture (ICT in agriculture, γνωστός επίσης και ως e-agriculture). Οι γεωργικές εφαρμογές του ICT βασίζονται σε πολλές τεχνολογίες που έγιναν ευρύτατα διαδεδομένες τις τελευταίες δεκαετίες. Μερικές από τις κύριες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στην e-agriculture είναι τα Παγκόσμια Δορυφορικά Συστήματα Πλοήγησης (Global Navigation Satellite Systems – GNSS), τα ασύρματα δίκτυα, τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (Geographical Information Systems – GIS) και οι εφαρμογές κινητών τηλεφώνων. Χρησιμοποιώντας αυτές τις τεχνολογίες οι γεωργοί παράγουν μια μεγάλη ποσότητα δεδομένων τα οποία πρέπει να τα διαχειριστεί το λογισμικό. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών ξεκίνησε η χρήση των εφαρμογών ιστού (web applications) στη γεωργία, η οποία μπορεί να λύσει αποδοτικά το πρόβλημα του χειρισμού και της παρουσίασης των δεδομένων. Το αντικείμενο αυτής της μεταπτυχιακής εργασίας είναι η ανάπτυξη μιας εφαρμογής ιστού με σκοπό την παρουσίαση και το χειρισμό των χωρικών δεδομένων που προκύπτουν από τις επεμβάσεις ψεκασμού στις δενδρώδεις καλλιέργειες, χρησιμοποιώντας κατά κύριο λόγο ελεύθερο και ανοιχτού κώδικα λογισμικό. Ο πυρήνας της εφαρμογής στην πλευρά του διακομιστή (server-side) αναπτύχθηκε στην Python, χρησιμοποιώντας το Flask Web Framework. Το Σύστημα Διαχείρισης Σχεσιακής Βάσης Δεδομένων που χρησιμοποιήθηκε ήταν η PostgreSQL. Η υλοποίηση στην πλευρά του πελάτη (client-side) δημιουργήθηκε με το συνδυασμό των τεχνολογιών JavaScript (ES6), HTML5 και CSS3. Το Linux είναι το λειτουργικό σύστημα του διακομιστή στο οποίο μεταφέρθηκε η εφαρμογή. Πριν από την υλοποίηση της εφαρμογής πραγματοποιήθηκε μια ανάλυση των απαιτήσεων της. Η ανάλυση απαιτήσεων είναι σημαντική, επειδή μπορεί να κάνει τη διαφορά ανάμεσα στην επιτυχία και την αποτυχία ενός project λογισμικού. Κατά τη διάρκεια της ανάλυσης απαιτήσεων καταγράφηκαν οι λειτουργικές και μη λειτουργικές απαιτήσεις, οι χειριστές και οι περιπτώσεις χρήσης του συστήματος. Ο σχεδιασμός της εφαρμογής ακολούθησε την ανάλυση απαιτήσεων. Κατά το στάδιο αυτό ορίστηκε το σχήμα της βάσης δεδομένων και η αρχιτεκτονική και δομή της εφαρμογής. Ένας πιθανός χρήστης της εφαρμογής θα πρέπει πρώτα να δημιουργήσει ένα λογαριασμό, στη συνέχεια ο εγγεγραμμένος χρήστης θα πρέπει να εισέλθει στο λογαριασμό που δημιούργησε. Για να είναι εφικτή η χρησιμοποίηση των λειτουργιών της εφαρμογής θα πρέπει ο γεωργός να ψηφιοποιήσει ένα αγρόκτημα και να καταγράψει μια επέμβαση ψεκασμού. Επίσης, ο χρήστης της εφαρμογής μπορεί να χρησιμοποιήσει τα χωρικά εργαλεία που αναπτύχθηκαν με σκοπό την πραγματοποίηση βασικών χωρικών υπολογισμών. Η κύρια λειτουργικότητα της εφαρμογής αποτελείται από: 1) μια προβολή χάρτη, όπου οι χρήστες μπορούν να δουν τη διαδρομή της επέμβασης ψεκασμού, 2) μια προβολή πίνακα με τα δεδομένα, όπου παρουσιάζονται τα δεδομένα μιας επέμβασης ψεκασμού και 3) μια προβολή γραφήματος, όπου οι χρήστες μπορούν να δουν το ποσοστό των εγγραφών ταχύτητας σε σχέση με τη βέλτιστη ταχύτητα. Μετά τη μεταφορά της εφαρμογής στο διακομιστή ακολούθησε ένας εκτεταμένος έλεγχος σε πέντε κατηγορίες, οι οποίες είναι: λειτουργικότητα, ευχρηστία, συμβατότητα, απόδοση και ασφάλεια. Τέλος, τα κύρια συμπεράσματα που προέκυψαν, μεταξύ άλλων, μετά την ανάπτυξη της εφαρμογής, είναι ότι το λογισμικό ανοικτού κώδικα προσφέρει πολλές δυνατότητες. Επίσης, η δυνατότητα που έχουν οι εφαρμογές ιστού να λειτουργούν σε διαφορετικά λειτουργικά συστήματα και συσκευές αποτελεί μεγάλη διευκόλυνση για το χρήστη τους. Ενώ, η ασφάλεια μιας εφαρμογής ιστού είναι κάτι που θα πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπόψιν κατά τη διάρκεια της ανάπτυξής της. Ως μελλοντικές επεκτάσεις της εφαρμογής, αυτές θα μπορούσαν να είναι η εισαγωγή τεχνικών από το πεδίο της επιστήμης των δεδομένων και η αύξηση των χωρικών λειτουργιών.

Modern farms operate far differently than those a few decades ago, mainly because of advancements in technology. The sector responsible for that shift is known as Information and Communication Technology in agriculture (ICT in agriculture, also known as e-agriculture). Agricultural applications of ICT rely on many technologies that became mainstream over the last decades. Some of the main technologies used in e-agriculture are the Global Navigation Satellite Systems (GNSS), the wireless networks, the Geographic Information Systems (GIS), and the mobile apps. By using these technologies farmers generate a vast amount of data which has to be managed by software. During the last couple of years has started the adoption of web applications in agriculture, that kind of applications can resolve data related issues. The objective of this thesis is the development of a web application in order to record, visualize and manipulate spatial data of orchard spraying operations, relying foremost on free and open source software. Server-side development was done in Python, using the Flask Web Framework. The Relational Database Management System used is the PostgreSQL. The implementation of the client-side was done with a combination of JavaScript (ES6), HTML5, and CSS3 technologies. The operating system of the virtual private server is Linux. Requirements analysis was the first step of application’s design procedure. Requirement analysis is critical to the success or failure of a software project. Functional and non-functional requirements, actors, and use cases were specified during the requirements analysis. The Design of the application came up after the requirement analysis. At this stage the database schema and the application’s architecture and structure were defined. Anonymous users have to create an account in order to use the application. Firstly, a registered user should digitize a farm field and then record a spraying operation. Also, the farmer can make use of the spatial tools which are developed for basic spatial calculations. The main web application’s functionality, consists of: 1) a map view, where users can see the full path of the spraying operation, 2) a data table view, where the operation data being displayed, and 3) a chart view, where users can watch the percentage of speed records relative to the optimal speed. An extended testing was taken after the deployment process. The five domains of the testing was: functionality, usability, compatibility, performance, and security. The main conclusion that can be drawn is that open source software provides a lot of capabilities. Also, web applications can serve as true cross-platform software solutions. However, web applications security is an issue that should be taken into consideration by developers. Looking forward, the application can benefit from the addition of data science techniques and advanced spatial data algorithms.