Dirvožemio drėgmės reguliavimo procesas turi teigiamos įtakos visoms vandens ekosistemoms, sulaikydamas maisto medžiagas ten, kur jas pasisavina žemės ūkio augalai. Reguliuojamas drenažas sudaro sąlygas prisitaikyti prie klimato kaitos ar ją sušvelninti, nes dirvožemyje paspartėja denitrifikacijos procesas ir sumažėja azoto oksido (šiltnamio dujų) išsiskyrimas į atmosferą. Šio projekto metu bus tobulinama išmanioji reguliuojamojo drenažo sistema, skirta reguliuojamojo drenažo sistemos valdymui. Išmanioji sistema jutiklių pagalba leidžia vartotojui skaitmeninėje platformoje realiu laiku stebėti dirvožemio drėgmės, drenažo sistemos vandens nuotėkio, gruntinio vandens lygio ir klimatinius vietovės duomenis, o mašininio mokymo algoritmai, analizuodami šiuos duomenis atliks automatinį pavarų reguliavimą. Sistema taip pat papildyta augalijos vegetaciniais spektrinių rodiklių žemėlapiais kurie skaitmeninių lauko pasėlių žemėlapių pavidalu perteikia bendruosius augalijos fiziologinius parametrus (augalijos drėgmę, biomasę). Pastarieji duomenys leidžia vertinti drenažo sistemos reguliavimo priemonių efektyvumą, pateikia vartotojui aktualią informaciją apie pasėlių ar augalų būklę. Tyrimai patvirtino, kad drenažo nuotėkio reguliavimas skatina vandens išteklius tausojantį, ekonomiškai perspektyvų, klimato kaitos poveikiui atsparų žemės ūkį. Sistema gali būti pritaikoma ir naujai statomoms, ir rekonstruojamoms, ir esamoms, jau atnaujintoms drenažo sistemoms (įdiegiant sistemos jutiklių, drenažo reguliavimo komponentus, jutiklius integruojant į sistemos tinklą). Dirvožemio drėgmės reguliavimo procesas turi teigiamos įtakos visoms vandens ekosistemoms, sulaikydamas maisto medžiagas ten, kur jas pasisavina žemės ūkio augalai. Šiuo metu Lietuvoje beveik visas lauko drenažas veikia sausinamuoju režimu, t. y. pastoviai nuveda laisvą dirvožemio vandenį iš drenuojamo dirvožemio sluoksnio. Toks drenažo veikimas neleidžia sukaupti ir išsaugoti bei panaudoti sausais laikotarpiais galimas dirvožemio drėgmės atsargas. Kitas drenažo trūkumas pasireiškia per neigiamą poveikį vandens telkinių ekologinei būklei. Paviršinio vandens perteklius, filtruodamasis į drenas, iš sausinamojo dirvožemio sluoksnio išplauna dalį jame esančių maistingųjų medžiagų, kurios patekę į vandens telkinius sukelia eutrofikaciją. Net nevertinant kitų veiksnių poveikio, pats drenažo atsiradimas savaime sukuria sąlygas didesnei biogenų išplovai iš dirvožemio. Siekiant sumažinti išplaunamų medžiagų kiekius upių baseinų rajonuose, kur ūkinė veikla ypač intensyvi, o drenažo vandens kokybė, vertinant pagal ES Nitratų direktyvos reikalavimus, neatitinka geros būklės reikalavimų, 2017 m. patvirtintame Vandenų srities plėtros 2017-2023 m. programos įgyvendinimo veiksmų plane numatyta kartu su privalomomis agronominėmis taikyti ir įvairias inžinerines sausinimo sistemų pertvarkos ar naujų sistemų įrengimo žemės ūkio plotuose priemones. Esamos sistemos veikimo principas Laukų vandens būklei nustatyti, bei stebėti šulinių vandens lygį buvo sukurta „Išmaniojo drenažo“ sistema kuri fiksuoja lauko drėgmės parametrus, šulinio vandens lygį, bei meteo sąlygų parametrus nuotoliniu būdu ir vartotojui juos perduoda į tam specialiai sukurtą platformą kurią galima pasiekti internetiniu adresu http://ismanusisdrenazas.lt ir sukurtoje platformoje gauti atitinkamas rekomendacijas ką daryti su vandens lygiu lauke. Iš gautų duomenų vartotojas gali gauti rekomendacijas kokius veiksmus jam atlikti lauke. Tai yra ar vandens lygį lauke palaikyti tą patį, ar vandenį reikia nuleisti iš lauko, ar kaip tik vandenį reikia kaupti lauke. Tačiau galutinį sprendimą ką daryti priima pats vartotojas. Platformoje tai pat yra galimybė pamatyti rekomendacijų istorinius duomenis. Istoriniai duomenys kaupiami po kiekvieno prašymo platformoje pateikti rekomendaciją. Atlikus veiksmus pagal teikiamas rekomendacijas yra galimybė platformoje pasitikrinti ar atlikti veiksmai turėjo įtakos augalams. Šiam procesui platformoje buvo įdiegti palydoviniai indeksai kurie padeda įvertinti lauko augalų būklę. Išmaniojo drenažo platformoje yra 3 palydoviniai indeksai: NDVI, MSI ir LAI. Išmaniojo drenažo sensoriai pastoviai renka duomenis iš lauko ir siunčia juos duomenis agreguojančiam serveriui. Šis serveris saugo duomenis nustatytos architektūros duomenų bazės lentelėse. Saugojami duomenys yra: • Temperatūra lauke (°C); • Drėgmės kiekis lauke (%); • Lietaus kiekis (mm); • Dirvos drėgmės kiekis (%); • Vandens lygis. • Data ir laikas; • Jutiklio koordinatės. Automatizavimo poreikis Naudojantis sukurtu „Išmaniojo drenažo“ sensorių įrenginiu ir perduodant duomenis į centrinį serverį kur jie apdorojami specialių algoritmų galima gauti rekomendacijas kurie vartotojui padeda priimti atitinkamus sprendimus dėl vandens lygio jo prižiūrimuose laukuose, o tai pat ir pasitikrinti naudojantis palydoviniais indeksais ar priimti sprendimai buvo teisingi. Vartotojui norint atlikti detalesnę analizę, prisijungus „Išmaniojo drenažo“ platformoje galima peržiūrėti ir analizuoti istorinius duomenis kurie buvo gauti iš sensorių mazgo arba peržvelgiant istorinius palydovinių indeksų nuotraukas. Vandens lygio reguliuojamojo drenažo sistemose valdymas gali būti atliekamas automatiniu būdu. Visose valdymo sistemose turi būti galimybė valdyti 3 vandens lygius: 0,5-0,6 m nuo žemės paviršiaus; 0,8-0,9 m nuo žemės paviršiaus ir pilnai atidarytas rinktuvas, kai drenažas veikia sausinamuoju režimu. Siekiant automatizuoti dirvožemio drėgmės režimo valdymą svarbu parinkti svarbiausius faktorius, pagal kuriuos turi būti atliekamas valdymas. Galimas reguliuojamojo drenažo veikimo valdymas pagal gruntinio vandens lygio (VL) kitimą sausintuvų tarpdrenyje. Šiuo atveju keliose lauko vietose įrengiami gruntinio vandens lygio stebėjimo pjezometrai su vandens lygio matavimo davikliais, kurie nuotoliniu būdu siunčia matavimo duomenis į kompiuterį, kuris pagal suprogramuotą algoritmą siunčia signalus į sklendžių valdymo blokus. Atlikti tyrimai [Dvigubo reguliavimo drenažo technologinės plėtros inovacijų partnerių ūkiuose įrengimas. Projektas Nr. 35BV-KK-15-1-07890-PR001 parodė, kad dirvožemio drėgmės režimo valdymas pagal gruntinį vandens lygį gali būti netikslus. Buvo atliekami gruntinio vandens lygio matavimai reguliuojamo ir nereguliuojamo (kontrolinio) drenažo sistemose įrengtuose pjezometruose. Šalia buvo matuota dirvožemio drėgmė imant dirvožemio mėginius ir nustatant drėgmę svoriniu būdu laboratorijoje. Gruntinio vandens lygio matavimų rezultatai neparodė aiškių skirtumų. Tuo tarpu dirvožemio drėgmės matavimai rodo aiškius skirtumus. Todėl daug tikslesnis reguliuojamojo drenažo valdymas yra pagal dirvožemio drėgmę. Augalų vegetacijos metu turi būti užtikrinta, kad dirvožemio drėgmė neviršytų reikšmių, kurios pradeda kenkti augalų augimui. Maksimali optimalios dirvožemio drėgmės riba yra lauko drėgmės imlumas. Jis daugiausiai priklauso nuo dirvožemio granuliometrinės sudėties. Tokiu būdu pagrindinis parametras prie kurio turi būti rišamasi įrengiant išmaniąją drenažo reguliavimo sistemą yra dirvožemio lauko drėgmės imlumas. Priklausomai nuo jos reikšmės turi būti pateiktos komandos įrangai, esančiai reguliavimo šuliniuose pakelti ar nuleisti vandens lygį drenažo sistemose. Esamos sistemos automatizavimas Reguliuojamojo drenažo valdymas tik pagal daviklių parodymus gali būti neteisingas, neįvertinus esamo vandens lygio drenažo sistemoje. Kadangi davikliai įrengiami 60 cm gylyje, tai palijus, pirmojoje eilėje krituliai pasiekia daviklius ir galimas atvejis, kad jie parodo dirvožemio drėgmę didesnę, nei mūsų reglamentuojamas lauko drėgmės imlumas. Tada būtų duodama komanda nužeminti gruntinio vandens lygį, kai faktiškai jis yra žemiau 0,6 m nuo žemės paviršiaus, arba net žemiau drenavimo gylio (sausu periodu). Programuojant kintamo aukščio uždorių valdymo algoritmą, vertinami ir vandens lygio daviklių duomenys. Projekto metu ketinama sukurti algoritmą kurio pagrindu vyktų automatinis reguliavimo sistemos valdymas. Automatizuotą drėgmės valdymo sistemą sudaro sausinimo sistema, kurioje yra įrengiami dvipusio vandens lygio valdymo šuliniai, pagal konkrečias sąlygas kartu gali būti komponuojami požeminiai vandens valdymo įrenginiai, plūdiniu principu veikiančios konstrukcijos, kurios leidžia vandens lygį reguliuoti be trukdančių žemės dirbimui antžeminių šulinių. Pačio reguliavimo procesą lemia drėgmės dirvožemyje charakteristikos, kuriuos matuojamos parenkant tiek konkrečias matavimo vietas tiek pačias charakteristikas, atsižvelgiant į ūkio ir sausinimo sistemos, geologines, hidrologines ir kt. sąlygas. Sujungus minėtą sistemą į vieną, įrengus nuotolinio valdymo dirvožemio drėgmės fiksavimo ir analizavimo įrenginius, drėgmės reguliavimo proceso kokybė reikšmingai pagerėja laiko atžvilgiu. Lemiamą poveikį derlingumui turi momentas, kai dirvožemyje esančias vandens atsargas galima kaupti, o pavėlavus keletą dienų dėl sausinamojo veikimo gali per drenažo sistemą ištekėti ir efektyvumas bus reikšmingai menkesnis. Pačio valdymo metu, būtina pakelti arba nuleisti įrenginio poziciją, įvertinant skirtingas sąlygas, pvz. lygiame plote, tai gali būti dešimtys ar daugiau įrenginių. Atliekant mechaniniu ar pusiau mechaniniu valdymo būdu tai truktų ilgai, todėl pilnai automatizuota sistema palengvina ir patį valdymo procesą.