Primary tabs

Grønn teknologi skaper grønne byer

Da vi bestemte oss for å lage en automatisert urban takhage ønsket vi å lage et system som kunne bidra til å forbedre miljøet ved å spare vann og skape et grønnere bylandskap. Samtidig ville vi bevise hvor effektivt vi kunne gjøre urban matproduksjon. Når vi nå står her etter vår første sesong ser vi ikke bare at vår Urban Farm Lab ble meget vellykket, men også at vi kan utvide og få til enda mye mer!

Ideen bak Urban Farm Lab startet med ett enkelt spørsmål: «Hvorfor utnytter vi ikke flere tak til urbant landbruk og grønne områder?» Et av svarene vi kom frem til var at terskelen for å starte slike prosjekter ofte er for stor og at det krever for mye vedlikehold med tanke på vanning, luking og høsting. Som et IT- og teknologiselskap ønsket vi derfor å teste hvordan teknologi kan bidra til vekst innen urbant landbruk og utbyggingen av grønne tak. Vi gikk i gang med å utforske flere teknologiske løsninger for å se hva som ville fungere best for å løse utfordringene innen urbant landbruk og grønne byer.

Et skybasert vanningssystem som sparer vann

I hjertet av prosjektet lå selve vanningssystemet. Målet var å lage et automatisert system som kan kontrollere mengde og tidspunkt for vanning. Verdien i dette ligger i å kunne spare vann ved å kontrollere mengde, tidspunkt og hvilke områder som blir vannet.

Vanningssystemet som ble designet er enkelt. Det består av et rørsystem, pumper og ventiler. Ved å lage flere ulike rørkretser kan vi gjøre vanningssystemet mer presist og vanne ulike områder individuelt. I tillegg la vi ett rørsystem over og ett under jorden, slik at vi kan vanne under jorda når temperaturen er så høy at vannet over jorden vil fordampe.

Urban Farm Lab water system

Den digitale arkitekturen

I tillegg til rør, ventiler og pumper består den tekniske delen til systemet av sensorer, en kontroller, en Gateway og ulike programmer i skyen.

Kort fortalt er systemet bygd opp slik: Sensorene i plantekassene måler fuktighet og næringsinnhold i jorda, samt lysnivå og temperatur. Disse dataene sendes til skyen hvor tallene analyseres. Basert på nivåer definert av oss, sendes kommandoer tilbake fra skyen via Gatewayen og videre til kontrolleren som styrer ventiler og pumper.

Kontrolleren, et kretskort fra Arduiono, styrer de fysiske mekanismene, som pumper og ventiler, som forsyner rørsystemer med vann. Kontrolleren er koblet til en Raspberry Pi som fungerer som en Gateway mellom de ulike delene av systemet.

Urban Farm Lab CGI Oslo loves bees

Infrastrukturen på Raspberry Pi’en er bygd på Docker Enterprise Container Platform. Hvor all kommunikasjon mellom mikrotjenestene går gjennom en Message Broker.

I skyen er Java brukt som backend-programmeringsspråk for å prosessere meldinger som er sendt fra Gatewayen, og trigge kommandoer/alarmer basert på verdier som fuktighetsnivå og temperatur.

Dataene som kommer til skyen fra sensorene blir fordelt av en Message Broker som sender data til to ulike databaser. En database som brukes til å lese av metrikk for overvåking og visualisering, og en database for å lagre data opp mot den konfigurerte strukturen i vanningssystemet. I den sistnevnte databasen er alle sensorer, pumper og ventiler kartlagt for å gi en detaljert oversikt over vanningsystemet, slik at systemet kan produsere presise kommandoer.

Hvis dataene som hentes inn viser at fuktigheten er under det nivået vi har satt, trigges en kommando. Denne kommandoen går via Gatewayen og til kontrolleren som styrer pumper og ventiler. Her har vi mulighet til å styre hvilke områder som skal vannes. Dette gjør at kommandoene som sendes fra skyen kan være begrenset til akkurat det området der det er lav fuktighet i jorda, og hvor det derfor trengs å vannes.

Ved å koble sammen ulike data kan vi også vite om vi skal vanne under eller over bakken, basert på lysnivå og temperatur. På denne måten kan vi hindre at vi vanner over bakken når temperaturen er så høy at vannet vil fordampe. Alternativt kan vi utsette vanningen til temperaturen og lysstyrken er lavere. For eksempel når solen har gått ned.

Flere muligheter

Urban Farm Lab Technology Smart City

Med et slikt system har vi utrolig mange muligheter for å utvikle helt nye løsninger. Koblet opp mot en værstasjon eller værmeldinger kan vi basere vannmengde og tidspunkt for vanning ut i fra prediktive data. Data som viser lavt fuktighetsnivå i jorda vil da kunne bli overstyrt av data som viser at det vil regne i løpet av dagen, og på den måten bidra til å minimere bruken av vann.

I tillegg gjør friheten i et slik system det mulig å skalere opp eller ned kompleksiteten og treffsikkerheten, avhengig av hvor mange sensorer, rørkretser og ventiler man har i vanningssystemet. Det vil si at du i teorien kan styre vanningen individuelt til alle de ulike plantene du har i hagen. Vi kan også legge inn ulike nivåer for fuktighet ut i fra hva den enkelte planten trenger for å trives. Her er det enkelt å se for seg at vi også kan styre næringsinnholdet i de ulike områdene basert på analyse og automatisert tilførsel av næring.

Egen Robotgartner

I tillegg til å utvikle et automatisert vanningssystemet gikk vi til innkjøp av en

Building Farm Bot with Atul
Atul Maurya setter sammen Farm Bot på taket i Oslo

robotisert gartner kalt «Farm Bot». Dette er en landbruksrobot som kan monteres over ulike plantekasser. Den kan både vanne, så, kutte ugress og måle fuktighet og næringsinnhold i jorda.

Farm Bot opererer ut i fra to parallelle skinner som er festet på hver side av det dyrkede området, og en skinne som er festet på tvers av de to andre. Herfra kan den bevege seg frem og tilbake, til høyre og venstre og opp og ned, slik at den kan dekke hele det beplantede området.

Målet vårt her var også å spare vann og gjøre det enklere følge opp og vedlikeholde hagen. Med Farm Bot erfarte vi hvordan en programmert robot kan overvåke og ta seg av planter gjennom en hel sesong.

Ved å for eksempel programmere roboten til kun å jobbe på natten vil man begrense vannforbruket ved å redusere faren for at vannet fordamper. Roboten kan også sørge for at de ulike plantene får den mengden vann de behøver.

En av erfaringene vi gjorde med Farm Bot var at den fungerer best om den får gjennomføre hele prosessen selv. Fra planting av frø og hele veien til det er klart til å høstes. På den måten har roboten oversikt over data fra hele prosessen og kan gjøre beregninger og tiltak på en mye mer effektiv måte.

Intelligent fugleskremsel

Ubudne gjester som forsyner seg av avlingen er et aktuelt problem i flere produksjoner, enten det er hjort, rovdyr eller småfugler. På takhagene i Oslo sentrum er fugler det mest fremtredende problemet.

Urban Farm Lab Technology Smart Scare Crow

En utfordring med å skremme fugler er at de fort skjønner at skremselet ikke er farlig, og det kan ofte variere hvilke stimuli som skremmer de forskjellige fugleartene. Ved å bruke Computer Vision til å gjenkjenne fugler kan man differensiere på ulike fuglearter og variere skremselssignalet slik at fuglene ikke venner seg til det.

Løsningen vår baserer seg på en kamerastrøm som går fra et vanlig webkamera inn til en Jetson Nano. Dette er en «System On Chip maskin» som er spesielt effektiv på Edge Computing utfordringer som inferencing av bilder. Basert på bildene fra kameraet analyserer programmet bildene og avklarer hva slags fugl som har landet i hagen, og kan deretter spille av et spesifisert skremselssignal.

Skremselssignalet kan eksempelvis være artsspesifikke «Distress Signals» som er innspillinger av artsfrender som varsler om fare. Ellers kan man kan bruke fysiske skremsler som lys, eller vannspredere. Denne måten å drive reaktiv skremsel på er mer effektiv enn statiske fugleskremsel som fort blir gjennomskuet av fuglene.

Reaktiv skremsel kan også benyttes i andre sammenhenger som flyplasser, vindmølleparker, solcelleparker og til å skremme bort storvilt fra jorder hvor man dyrker mat. Det er også enkelt å skalere et slikt system opp i størrelse, ettersom systemet kan operere flere ulike kameraer og høyttalere samtidig.

Grønn teknologi skaper grønne byer

Dette prosjektet startet som et «Proof of Consept», med et ønske om å se hvor mye enklere og tilgjengelig vi kunne gjøre urbant landbruk. Resultatet og innsikten har vist oss at potensialet for slike systemer er stort. Dette er systemer og løsninger som ikke bare kan bidra til å øke en grønnere byutvikling, men også bidra til å øke matproduksjon og kutte transportkostnader ved å gjøre avstanden mellom produsenten og kunden kortere.

Vi vil fortsette å bruke Urban Farm Lab som en arena for utvikling og testing av teknologi som kan bidra til en grønnere og mer miljøvennlig byutvikling. Så vi gleder oss til å ta dere med videre på reisen.

Skrevet av Snorri Hansson Engen

Urban Farm Lab Oslo Farm Bot

Ønsker du å vite mer om Urban Farm Lab?
Kontakt Audun Vagleng a
udun.vagleng@cgi.com

 

Urban Farm Lab CGI Oslo Roof Top

Mer om Urban Fam Lab:

En arene for utvikling av urban teknologi

Med Urban Farm Lab ønsket vi å utforske hvor autonom og effektiv vi kunne gjøre urbant landbruk. Kan vi utvikle en urban grønnsakshage som overvåker seg selv, styrer vanning og forteller deg når grønnsakene er modne? Her kan du lese om hvordan Urban Farm Lab gikk fra idé til Proof of Concept. Les mer