การประเมินประสิทธิภาพของเซนเซอร์ตรวจสอบความชื้นดินเพื่อจัดการน้ำสาหรับการปลูกพืช

รหัสอ้างอิงมหาวิทยาลัย : มจ.1-62-01-016
รหัสอ้างอิง วช. : -- ไม่ระบุ --
สถานะการดำเนินการ : ดำเนินการเสร็จสมบูรณ์แล้ว
วันที่ดำเนินการ : 1 ตุลาคม 2561 ถึง 30 กันยายน 2562
ส่วนที่ 1 ข้อมูลทั่วไป
ข้อมูลทั่วไป ภาษาไทย :
หัวข้อ : การประเมินประสิทธิภาพของเซนเซอร์ตรวจสอบความชื้นดินเพื่อจัดการน้ำสาหรับการปลูกพืช
บทคัดย่อ :

การพัฒนารูปแบบให้น้าสาหรับระบบการปลูกพืชเพื่อนาไปสู่ระบบฟาร์มอัจฉริยะโดยอาศัยการตรวจวัดความชื้นของดินตามเวลาจริงโดยใช้เซนเซอร์นี้จึงเป็นแนวทางหนึ่งที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้าและเพิ่มผลผลิตของพืช ประกอบกับภัยแล้งจากสถานการณ์ต่างๆที่เกิดขึ้นในประเทศไทยพบบ่อยครั้งขึ้น งานวิจัยนี้เพื่อต้องการประเมินการใช้งานของเซนเซอร์วัดความชื้นของดินโดยเกิดจากปัจจัยที่เกี่ยวข้องที่สาคัญคือชนิดของดินและพืช โดยมีการวิเคราะห์สมบัติทางกายภาพภาพและเคมีบางประการของดินตัวอย่างจากระบบการปลูกสองชนิดคือดินปลูกข้าวและดินปลูกลาไย จากนั้นเก็บตัวอย่างดินทั้งสองพื้นที่มาจัดทาสมการปรับเทียบโดยมีปัจจัยคือตาแหน่งของพื้นที่และความลึกของดินเพื่อจัดทาสมการปรับเทียบของทุกตัวอย่างดินซึ่งการศึกษาจานวนตัวอย่างดินจากพื้นที่ปลูกข้าวมี 16 ตัวอย่าง และพื้นที่ปลูกลาไยมีจานวนตัวอย่างดิน 10 ตัวอย่าง จากนั้นได้ประเมินการจัดทาสมการปรับเทียบทาการเปรียบเทียบวิธีการหาความชื้นดิน 3 วิธีการคือ การวัดความชื้นโดยน้าหนัก การวัดความชื้นโดยปริมาตรด้วย SM150 Soil Moisture Kit และการวัดความชื้นดินโดยวัดจากเซนเซอร์วัดความชื้น ทาการวิเคราะห์ข้อมูลโดยโปรแกรม Sigma Plot เพื่อวิเคราะห์สมการสี่รูปแบบโดยเปรียบเทียบจากใช้สมการ 4 รูปแบบได้แก่ Exponential decay ( 3 parameters),Linear ,Exponential decay ( 2 parameters) และ Hyperbolic decay (2 parameter) ของค่าการนาไฟฟ้าของเซนเซอร์วัดความชื้นกับการวัดความชื้นโดยน้าหนัก การวัดความชื้นโดยปริมาตรด้วย SM150 Soil Moisture Kit จากนั้นจะนาผลจากการศึกษาย่อยของการศึกษาที่1 มาศึกษาข้อมูลสมการทางคณิตศาสตร์สาหรับปรับเทียบ (calibration curve) และสมการทางคณิตศาสตร์เพื่อการพยากรณ์เพื่อหาปริมาณความชื้นในดิน การศึกษาที่ 2 การประเมินผลความถูกต้องและแม่นยาของสมการปรับเทียบจากผลของสมบัติของดิน โดยจะใช้สมการคณิตศาสตร์ที่ได้กับค่าความชื้นที่วัดด้วยเซนเซอร์ โดยใช้ statistical techniques for nonparametric regression จากนั้นนาไปศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างค่าปริมาณความชื้นทั้งโดยน้าหนักและโดยปริมาตรที่ได้จากสมการทางคณิตศาสตร์ปรับเทียบ(Predicted) กับปริมาณความชื้นทั้งโดยน้าหนักและโดยปริมาตรที่วัดจริง (Measured) โดยนาเสนอค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ ( R2) และค่าความน่าจะเป็นไปได้ ( Probability; P ) Root mean square error (RMSE), Ratio per deviation (RPD) เพื่อการประเมินผลความถูกต้องและแม่นยาของสมการปรับเทียบห้องปฏิบัติการ และการการประเมินผลความถูกต้องและแม่นยาของสมการปรับเทียบ

ผลการศึกษาพบว่าสมบัติของดินได้แก่ เนื้อดินและปริมาณอินทรียวัตถุในดินมีความสัมพันธ์สมบัติค่าความชื้นของดินทั้งความสามารถในเก็บรักษาความชื้นระดับภาคสนามและความสามารถในการเก็บความชื้นจุดเหี่ยวเฉาถาวรของดินชนิดนั้น ซึ่งจะมีผลต่อการใช้เซนเซอร์วัดความชื้นของดินเป็นผลตามมา โดยผลการศึกษาพบว่าชนิดดินต่างกันเมื่อให้ความชื้นในระดับเท่ากันค่าที่วัดความชื้นจากเซนเซอร์ก็จะให้ผลความต่างกันเมื่อเวลาเดียวกัน สาหรับการจัดทาสมการปรับเทียบนั้นการศึกษาครั้งนี้สมารถจัดทาสมการปรับเทียบสาหรับดินปลูกข้าวได้ 128 สมการ และดินปลูกลาไยได้ 40 สมการ ซึ่งการศึกษาครั้งนี้พบว่ารูปแบบสมการที่เหมาะสมสาหรับการปรับเทียบค่าที่วัดได้จากเซนเซอร์เปลี่ยนมาเป็นความชื้นโดยปริมาตรและโดยน้าหนักได้แก่สมการแบบ Exponential decay (3 parameters) ซึ่งเป็นรูปแบบสมการที่มีความเหมาะสมที่สุด โดยพิจารณาจากค่า RMSE ซึ่งพบว่าสมการปรับเทียบรูปแบบ Exponential decay ( 3 parameters) มีค่า RMSE ต่าสุดในทุกตัวอย่างดินของดินปลูกข้าวและเกือบทุกตัวอย่างดินของดินที่ปลูกลาไย ซึ่งสอดคล้องกับค่า RPD โดยพบว่าสมการ Exponential decay ( 3 parameters) ยังแสดงค่าสูงสุดทั้งจากตัวอย่างดินปลูกข้าวและดินปลูกลาไย แต่อย่างไรก็ตามสมการปรับเทียบแบบ Linear แสดงผลของค่า Root mean square error (RMSE) และ Ratio per deviation (RPD) รองลงมา

สาหรับการประเมินการทางานของเซนเซอร์ในระดับภาคสนามพบว่าความชื้นที่ได้จากการใช้สมการปรับเทียบของตัวอย่างนั้นๆ มีความเป็นเหตุผล โดยใช้ข้อมูลของสภาพพื้นที่ การปลูกพืช ข้อมูลน้าฝน ชนิดดิน และความลึกของดิน มาร่วมพิจารณาโดยพบว่าข้อมูลมีความสอดคล้องกับความชื้นที่วัดได้จากเซนเซอร์ จากการศึกษาครั้งนี้อาจจะกล่าวได้การใช้เซนเซอร์ความชื้นของดิน ซึ่งเป็นการรายงานผลในเวลาจริง และสามารถได้ข้อมูลความชื้นของดินตรงกับความเป็นจริงของพื้นที่นั้นมีศักยภาพในการนาไปใช้ร่วมกับระบบการให้น้าของพืชได้ แต่อย่างไรก็ตามการจัดทาสมการปรับเทียบนั้นจะต้องมีดาเนินการไปพร้อมการติดตั้งในทุกตัวอย่างดิน ซึ่งควรมีการศึกษาต่อไปในเรื่องการจัดทาสมการปรับเทียบสาหรับกลุ่มตัวอย่างดินที่สาคัญต่อการเกษตร และควรจัดทาเป็นสมการสาเร็จรูปเพื่อให้ง่ายต่อการนาไปใช้ต่อไป

คำสำคัญ : เซนเซอร์ ดิน สมการปรับเทียบ ความชื้นของดิน
ข้อมูลทั่วไป ภาษาอังกฤษ :
Title : Evaluation of soil moisture sensor for water management of crop plantations
Abstract :

The development of the water usage for planting crops under the smart farm system is based on the measurement of moisture in the soil on actual time using a sensor which is a concept in increasing efficiency of water usage and crop yield in consideration of the frequent drought problem resulting from various conditions occurring in the country. This research was aimed to evaluate a sensor system that can measure soil moisture considering the significantly related factors such as the type of soil and the kind of crop together with analysis of some physical and chemical properties of soil samples from 2 types of planting systems, namely, rice planting and longan cultivation. The resulting soil samples from these 2 planting areas were collected and were used to establish a predicted equation using factors such as area altitude and soil depth in order to create an equation to compare each sample. In this study, there were 16 soil samples from rice planted fields and 10 soil samples taken from longan-planted areas, which were then used to assess and compare the predicted equation on the 3 methods of determining soil moisture, namely: by weight, by volume using SM150 Soil Moisture Kit and by using a sensor that measures actual moisture. Data analysis was conducted by using the Sigma Plot program in order to analyze the 4 designs of equation, namely: Exponential decay (3 parameters); Linear Exponential decay (2 parameters) and Hyperbolic decay (2 parameters) with the use of a sensor that can measure actual soil moisture, by weight, and by volume using SM150 Soil Moisture Kit. The results from the sub-research of the first experiment were later studied in terms of the mathematical equation for the calibration curve and mathematical equation for the prediction to determine soil moisture by considering the correctness and precision through comparison of the resulting soil properties. This was done by applying the resulting mathematical equation with the measured values from the sensor based on statistical techniques for nonparametric regression. The correlation between the level of moisture determined by weight and by volume resulting from the mathematical equation (predicted) with volume of moisture by weight and actual measurement, was done by determining the correlation coefficient (R2) and the probability value (P), root mean square error (RMSE) and ration per standard deviation (RPD), so as to assess the correctness and precision of the predicted equation. The study from laboratory to find out calibration curve and mathematical equation, and assessment of the correctness and precision of the predicted equation.Results of the study showed that soil properties such as texture and amount of organic matter in the soil, were correlated with moisture in the soil and its capacity to store moisture at the field level and the ability to store moisture at the temporary withering point of that type of soil, which may affect the sensor that is used to measure soil moisture as followed. Further results of the study also indicated that different types of soils when applied with similar level of moisture, the amount of moisture measured by the sensor showed different results at the same period of time. In determining the predicted equation, this study was able to establish 128 predicted equations for soil planted to rice and 40 equations for soils planted to longan and also found that the forms of equation were suitable for the prediction of values measured by the sensor and which were changed to become moisture by volume and by weight, including equations of Exponential decay (3 parameters) which are forms of equation that are most suitable in terms of RMSE value. It was also found that the equation in the form of Exponential decay (3 parameters) had the lowest RMSE value in each sample of soil planted to rice and almost each sample of soil planted to longan. This was in confirmation with the RPD value which found that Exponential decay equation (3 parameters) showed the highest values from samples of soils planted to rice and longan. However, Linear type showed also low RMSE values and high RPD also.

As for the assessment of the performance of the sensor at the field level, the study found that moisture measured by the predicted equation of that soil sample altogether considering data of the site planted to crop cultivation, rainfall data, soil types and soil depth, showed agreement with soil moisture measured by the sensor. From this study, it might be said that the use of the sensor to determine soil moisture as actual data reported at that time and resulting soil moisture data directly corresponding to the actual data of the site, has the potential to be used together with watering system of the crop. However, creating the predicted equation should be implemented uniformly together with each type of soil which suggest further study on creating prediction equation of the group type of soil samples that are important to agriculture and which must be created as a ready-to-use tool to make it easy for use in the future.

Keyword : Sensor, Soil, Calibration Equation, Soil Moisture
รูปแบบงานวิจัย : -- ไม่ระบุ --
ประเภทงานวิจัย : -- ไม่ระบุ --
สาขางานวิจัย : -- ไม่ระบุ --
กิจกรรมที่เกี่ยวข้อง : -- ไม่ระบุ --
Road map : Eco
ส่วนที่ 2 ประเภทโครงการวิจัย
โครงการเดี่ยว
ส่วนที่ 3 ลักษณะโครงการวิจัย
โครงการใหม่
ส่วนที่ 4 ข้อมูลเจ้าของผลงานวิจัย
 รายชื่อนักวิจัยตำแหน่งนักวิจัยสัดส่วน (%)ประเภทนักวิจัย
1 รองศาสตราจารย์ ดร.ศุภธิดา อ่ำทอง
ประเภทบุคคล : บุคลากรภายใน     กลุ่มนักวิจัย : เกษตรศาสตร์
หน่วยงานต้นสังกัด : คณะผลิตกรรมการเกษตร
ผู้วิจัยหลัก
(2562)
100 ไม่ระบุ
ส่วนที่ 5 แหล่งทุนสนับสนุนงานวิจัย
 ปีงบประมาณ / วันที่รายละเอียดแหล่งทุนจำนวนเงิน (บาท)
1
ปีงบประมาณ : 2562
1/10/2561 ถึง 30/9/2562
ประเภทแหล่งทุน : งบประมาณภายในสถาบัน งบภายในมหาวิทยาลัย
งบประมาณแผ่นดินมหาวิทยาลัยแม่โจ้
342,520.00
   รวมจำนวนเงิน : 342,520.00
ส่วนที่ 6 การนำเสนองานวิจัย
ไม่มีข้อมูลการนำเสนองานวิจัย
ส่วนที่ 7 การตีพิมพ์เผยแพร่
ไม่มีข้อมูลการนำเสนองานวิจัย
ส่วนที่ 8 การอ้างอิงงานวิจัย
ไม่มีข้อมูลการอ้างอิงงานวิจัย
ส่วนที่ 9 การนำงานวิจัยไปใช้ประโยชน์
ไม่มีข้อมูลการนำงานวิจัยไปใช้ประโยชน์
ที่อยู่การติดต่อ
กองเทคโนโลยีดิจิทัล สำนักงานมหาวิทยาลัย
มหาวิทยาลัยแม่โจ้ เลขที่ 63 หมู่ 4 ตำบลหนองหาร อำเภอสันทราย จังหวัดเชียงใหม่ 50290
โทรศัพท์สอบถาม
งานประชาสัมพันธ์ มหาวิทยาลัย 0-5387-3000
ระบบสารสนเทศสำหรับนักศึกษา 0-5387-3457
ระบบสารสนเทศสำหรับบุคลากร 0-5387-3285
ERP Maejo University - All Rights Reserved 2023