Laboratoř GIT v zemědělství

V průběhu roku 2012 byl na Ústavu agrosystémů a bioklimatologie řešen projekt FRVŠ A 2683/2012 "Vybudování výukové laboratoře geoinformačních technologií v zemědělství".

Projekt reaguje na rychlé změny ve využívání informačních technologií, které se uplatňují v řadě aktivit při hospodaření na půdě, především v oblastech: evidence pozemků a jejich vlastností (vazba na Registr půdy LPIS), evidence a optimalizace využívání agrochemikálií, využívání dálkového průzkumu země pro optimalizaci pěstitelských postupů metodami precizního zemědělství, optimalizace energo-materiálových toků v agrosystémech při výrobě energie z fytomasy. Geoinformační technologie jsou nedílnou součástí řady těchto oblastí (např. již zmiňovaný registr LPIS či precizní zemědělství) a na jejich stále rostoucí význam je nutné reagovat i ve vzdělávání budoucích zemědělských odborníků.

Cílem projektu bylo vybudování laboratoře pro podporu výuky předmětů zabývajících se geoinformačními technologiemi v zemědělství a vytvořit tak materiálně-technické podmínky pro seznámení a praktickou práci studentů s moderními technologiemi používanými v zemědělství pro přesnou lokalizaci a popis agronomických jevů při moderním hospodaření a multifunkčním využívání krajiny. Základním pilířem výukové laboratoře je geolokační a senzorová technika pro mobilní sběr prostorových dat a výpočetní technika pro jejich zpracování v geografických informačních systémech (GIS).

Tomuto cíli odpovídá i výše uvedený výčet pořizovaných prostředků -- kapesní počítače s GPS pro sběr dat v terénu, palubní počítač pro osvojení práce s navigačními systémy v zemědělství, počítačová technika pro zpracování prostorových dat v prostředí ArcGIS a přenosný spektroradiometr pro objasnění principu sběru dat dle spektrálních vlastností.

Kromě zmíněného vybavení byla laboratoř vhodně doplněna stávající technikou používanou na Ústavu agrosystémů a bioklimatologie.

Přehled pořízeného technického vybavení laboratoře

a)      Pracovní stanice pro učebnu A24

Na základě výběrového řízení bylo pořízeno 21 ks studentských pracovních stanic Dell T1600 a 1 ks učitelské pracovní stanice s níže uvedenou konfigurací. Určujícím prvkem při volbě konfigurace hardware byla ISV certifikace výrobce PC pro práci s GIS software ESRI ArcGIS (verze ArcInfo), kterým Mendelova univerzita disponuje v rámci ESRI Unlimited Site License. Tento licenční program umožňuje instalaci neomezeného počtu licencí aktuálních verzí programu ESRI ArcGIS na hardware univerzity. Software umožňuje pokročilou práci s prostorovými daty včetně základních procesů analýzy obrazových dat.

Konfigurace Dell T1600: QuadCore 3.1 GHz procesor, 8GB RAM, 120GB SSD, nVidia Quadro 600, LED Dell P2312, klávesnice, myš, OS Windows 7 Pro CZ 64b, program Acronis Snap Deploy, záruka 3Yr ProSupport and Next Business Day On-Site Service

Konfigurace Dell T3500: QuadCore 3.06 GHz, 12GB RAM, 256GB SSD, 2x 1TB HDD RAID1, nVidia Quadro 2000, LED Dell U2412, klávesnice, myš, OS Windows 7 Pro CZ 64b, program Acronis Backup & Recovery 11 for Workstation, záruka 3Yr ProSupport and Next Business Day On-Site Service.

Fotografie pracovní stanice Dell T1600 v počítačové učebně

b)      Server v učebně A24

Počítačové řešení laboratoře zahrnuje server pro efektivní zpřístupnění a aktualizaci výukového materiálu - geografických dat, odevzdávání seminárních prací studentů, vytvoření centralizované databáze pro software ArcGIS a AgInfo, licenčního serveru programů ArcGIS a Trimble Pathfinder Office a pro centralizovanou správu počítačů v laboratoři včetně tvorby záloh a její hromadné distribuce na jednotlivé PC (program Acronis Backup & Recovery 11, Acronis Snap Deploy). Pro tyto účely byl pořízen rackový server Dell PowerEdge R210II s níže uvedenou konfigurací. Součástí pořízení serveru byl závěsný rack pro montáž na zeď a záložní zdroj napájení. Pro instalaci byly zvoleny prostory učebny A24 pro zajištění snadného fyzického přístupu k serveru a umístění v rámci stejné sítě s pracovními stanicemi. Dodatečné náklady na stavební úpravy, spojené s montáží závěsu, a na modernizaci síťové infrastruktury pro zajištění rychlejší komunikace počítačů k serveru byly hrazeny ze zdrojů Ústavu agrosystémů a bioklimatologie a AF MENDELU.

Konfigurace serveru Dell PowerEdge R210II: Intel Xeon E3-1220, 8GB RAM, 2x 2TB HDD RAID, 1U rack, operační systém Windows Server 2008 včetně 22 přístupových oprávnění (tzv. Windows 2008 Server Device CAL), program Acronis Backup & Recovery 11 for Server, záruka 3Yr ProSupport and Next Business Day On-Site Service.

Fotografie závěsného racku s instalovaným serverem a záložním napájením

c)       Dataprojektor pro učebnu A24

Pořízení dataprojektoru Epson EH-TW6000 z prostředků AF MENDELU. Základním požadavkem bylo promítání obrazu ve FullHD rozlišení, tak aby odpovídal rozlišení monitorů pracovních stanic, tedy obrazu, který mají studenti před sebou.

Parametry dataprojektoru: 3LCD, Full HD rozlišení 1920 x 1080 bodů, podpora 3D zobrazení, automatická optimalizace barev, jas 2200 lumenů, kontrast 40000:1, 230 W ETORL lampa, VGA, 2x HDMI, USB, 20W reproduktory.

Fotografie umístění a detail dataprojektoru

d)      přenosný spektroradiometr ASD FieldSpec Handheld2

Jedná se o přístroj pro terénní měření spektrálních vlastností půdy a vegetace, jehož výhodou je vysoká mobilita a možnost měření bez PC. V rámci výuky si mohli studenti vyzkoušet identifikaci objektů na základě rozdílů v jejich spektrálním chování. Přístroj slouží pro demonstraci principů fungování nejčastěji používaných metod diagnostiky stavu porostů (dálkový průzkum, pozemní měření optickými přístroji). Nezbytnou součástí přístroje je spektrální etalon pro kalibraci měření dle aktuálních světelných podmínek a programy pro vyhodnocení měření.

Parametry přístroje: rozpětí vlnových délek měření 3325-1075 nm, spektrální rozlišení <3.0 nm při 700 nm, úhel záběru 25°, paměť pro uložení 2000 záznamů, napájení 4x AA baterie nebo adaptér, výklopný LCD displej s uhlopříčkou 6.8 cm, software RS3, ViewSpecpro, HH2 Sync

Fotografie studentů při práci se spektroradiometrem během terénního cvičení

e)      výuková sada kapesních počítačů (PDA) s GPS Trimble Juno 10-pack

Byla pořízena výuková sada sestávající z cenově výhodného balení 10 ks PDA Trimble Juno 3B a software pro zpracování naměřených dat. Během výuky mají studenti možnost získat dovednosti při práci s těmito přístroji a vyzkoušet si mapování v terénu, zpracování GPS dat pomocí korekcí z referenční sítě CZEPOS a následné zobrazení a práci s daty v prostředí ArcGIS či dalším software. Součástí sady je 10 licencí programu Trimble Pathfinder Office pro práci s GPS daty na desktopu. Omezený počet instalací na PC (10 licencí) byl vyřešen použitím licenčního manažeru na serveru a přidělováním plovoucích licencí. Instalace programu není vázána na konkrétní stanici, ale v jednom okamžiku může být spuštěno v editačním módu 10 licencí, ostatní běží v režimu prohlížeče dat. Toto řešení se ukázalo jako výhodné, neboť umožňuje přípravu výukových materiálů i na PC mimo učebnu. Při výuce studenti pracují vždy s plným počtem dostupných licencí, které odpovídají počtu zařízení.

Parametry zařízení: odolnost IP54, 800 MHz procesor Samsung, 256MB RAM, 2 GB interní paměť, Windows Embedded 6.5, citlivý integrovaný 12 kanálový GPS/SBAS přijímač (L1), 5 Mpix fotoaparát, vyměnitelná baterie pro celodenní výdrž, software Trimble Terrasync, Trimble GPS correct

Trimble Juno 3B

f)       palubní počítač s GPS Trimble CFX-750 DGPS

Zařízené cílené především do výuky předmětu Precizní zemědělství pro řízení a navádění zemědělské techniky po pozemku. Palubní počítač slouží pro demonstraci funkce navigace mechanizačních souprav, variabilního dávkování, mapování a řízení vypínání sekcí strojů při variabilní aplikaci hnojiv, pesticidů a pro diferencované zakládání porostů. Součástí pořízeného přístroje je obslužný software Trimble Farmworks pro úpravu dat v PC a přenos do zařízení a citlivá externí anténa pro příjem L1/L2 signálu.

Parametry Trimble CFX-750: dotyková obrazovka s úhlopříčkou 20 cm, lišta 27 signalizačních LED, integrovaný L1/L2 GPS+SBAS přijímač s možností upgradu na Omnistar HP/RTK/GLONASS, možnost instalace rádia pro příjem RTK korekcí, import aplikačních map přes USB port, bezdrátový přenos aplikačních dat do systému Connected Farm.

Palubní počítač Trimble CFX-750 DGPS včetně externí antény pro příjem GPS/SBAS signálu a kabeláže.

Fotodokumentace využití výukové laboratoře ve výuce  

Příloha závěrečné zprávy projektu FRVŠ A 2683/2012 "Vybudování výukové laboratoře geoinformačních technologií v zemědělství"

Zahájení výuky předmětu Precizní zemědělství v nově vybudované výukové laboratoři

Praktická výuka geografických informačních systémů v předmětu Aplikovaný pěstitelský software

Výpočetní výkon a optimalizace pracovních stanic pro práci v ArcGIS umožnily studentům vytvářet 3D modely terénu v aplikaci ArcScene

Fotografie z terénního cvičení předmětu Precizní zemědělství a Aplikovaný pěstitelský software, kde studenti pracovali s pořízenou výukovou sadou GPS Trimble Juno 3B a zároveň také s GPS o řádově vyšší přesnosti lokalizace (Trimble Pathfinder ProXH s externí anténou na výtyčce).

V rámci terénního cvičení předmětu Precizní zemědělství si mohli studenti vyzkoušet práci s palubním počítačem Trimble CFX-750. Pro tyto účely byla sestavena "demonstrační souprava", se kterou se studenti testovali navazování pracovních jízd.

Ukázka kalibrace spektroradiometru během terénního cvičení z předmětu Precizní zemědělství a měření realizované studenty na objektech s rozdílnými spektrálními vlastnostmi (zelená vegetace, uschlá vegetace, umělé povrchy, ...)

Využití výukové laboratoře bylo vhodně doplněno stávajícím vybavením Ústavu agrosystémů -- zde je uvedena fotografie praktické části výuky diagnostiky výživného stavu rostlin na základě kontaktního spektrálního měření (přístroj Yara N-Tester) v rámci předmětu Precizní zemědělství

Fotografie z praktické výuky věnované zpracování multispektrálních leteckých snímků na pracovních stanicích

Fotografie z praktické výuky zpracování GPS měření z terénního cvičení