Automated control of compliance with production standards in precision agriculture

Thumbnail Image
Files
isbn9789526051727.pdf (976.09 KB)
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2013-06-07
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2013
Department
Automaatio- ja systeemitekniikan laitos
Department of Automation and Systems Technology
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
80 + app. 71
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 84/2013
Abstract
Significant manual effort is currently involved in monitoring the compliance of agricultural production with legislation. While this administrative effort has little actual benefit for farms, compliance with legislation, or more generally production standards, is tied to the payout of economically vital farm subsidies. Information technology, together with the data collected automatically in precision agriculture, could alleviate this problem by automatically determining compliance with a significant portion of agricultural production standards. This thesis identifies the technical requirements of automated compliance control, formulates a design that conforms with the requirements of the stakeholders in precision agriculture and evaluates this design. The primary research objective can be further subdivided into three information systems: a farm management information system (FMIS) for precision agriculture, an infrastructure of Web services for automated compliance control and finally, spatial computer inference. These research objectives are addressed with the methodology of design science, using the agricultural field operation of precise fertilisation as the principal use case for automated compliance control. The results consist of information system designs and evaluation of these designs for functionality and feasibility. This thesis contributes the designs for three information systems: a software architecture for an FMIS in precision agriculture, a service infrastructure for automated compliance control and spatial computer inference with an interchangeable rule format. Through their prototype implementations, these are evaluated to constitute the necessary framework for automated compliance control. While technically demanding, automated compliance control with pertinent agricultural legislation is attainable, given the functionality of precision agriculture and the information systems presented in this thesis. However, the feasibility of the process relies on a degree of data interchange, which due to the lack of established data formats is currently difficult in agriculture. On the other hand, parts of the proposed solution can be applicable on a shorter time frame in agriculture or other domains. 

Maatalouden tuotantosäännöstöjen valvontaan käytetään nykyisin huomattava määrä ihmistyötä. Tuotantosäännöstöjen noudattaminen on edellytyksenä maatiloille maksettavista ja taloudellisesti elintärkeistä maataloustuista, vaikka maksatuksen edellyttämä hallinnollinen työ ei juurikaan hyödytä tiloja. Edellä mainittua työmäärää olisi kuitenkin mahdollista vähentää ja työtä helpottaa informaatiotekniikalla käyttäen täsmäviljelyssä automaattisesti kerättyä tietoa konepäättelyssä. Tämä väit östutkimus kattaa automaattisen tuotantosäännöstöjen valvonnan teknisen toteutuksen. Järjestelmän vaatimukset ja rakenne perustuvat täsmäviljelyn tunnistettuihin sidosryhmiin. Mainittu tavoite jakautuu kolmeen keskeiseen tietojärjestelmään: yleiseen täsmäviljelyn tiedonhallintajärjestelmään, verkkopalveluarkkitehtuuriin tuotantosäännöstöille sekä konepäättelyyn paikkatiedolla. Näihin tavoitteisiin pyritään suunnittelutieteen metodein käyttäen täsmälannoitusta tuotantosäännöstöjen automaattisen valvonnan pääasiallisena käyttötapauksena. Väitöstutkimukseen sisältyy tietojärjestelmien suunnittelu ja niiden toiminnallisuuden sekä toteutuksen mielekkyyden arviointi. Väitöstutkimuksen tuloksina esitetään kolme tietojärjestelmää: yleinen tiedonhallintajärjestelmä täsmäviljelyyn, verkkopalveluarkkitehtuuri tuotantosäännöstöjen valvontaan sekä paikkatietoa käsittelevä konepäättelijä, joka tukee järjestelmien välillä vaihdettavaa sääntöesitysmuotoa. Edellä mainittujen tietojärjestelmien prototyyppitoteutusten perusteella on todettavissa niiden yhdessä muodostavan riittävän tietoinfrastruktuurin tuotantosäännöstöjen automaattiseen valvontaan. Automaattinen tuotantosäännöstöjen valvonta on teknisesti haastavaa, mutta täsmäviljelyssä kerätyn tiedon ja esitettyjen tietojärjestelmien avulla sillä pystytään kattamaan suurin osa tuotantosäännöstöistä. Sen tekninen ratkaisu ei kuitenkaan ole ongelmaton, sillä maatalouden standardoimattomat ja vakiintumattomat tiedon esitysmuodot edellyttävät huomattavaa ja usein epäkäytännöllistä tietointegraatiota. Osia esitetystä ratkaisusta voitaisiin toisaalta hyödyntää sellaisenaan lyhyehköllä aikavälillä, sekä mahdollisesti myös muilla sovellusalueilla kuin maataloudessa. 
Description
Supervising professor
Koskinen, Kari, Prof., Aalto University, Finland
Thesis advisor
Seilonen, Ilkka, Doc., Aalto University, Finland
Keywords
FMIS, farm management information system, RIF, rule interchange format, spatial inference, precision agriculture, konepäättely paikkatiedolla, täsmäviljely
Other note
Parts
  • [Publication 1]: Raimo Nikkilä, Ilkka Seilonen, Kari Koskinen. Software architecture for farm management information systems in precision agriculture. Computers and Electronics in Agriculture, 70, 328-336, March 2010.
  • [Publication 2]: Edward Nash, Jens Wiebensohn, Raimo Nikkilä, Anna Vatsanidou, Spyros Fountas, Ralf Bill. Towards automated compliance checking based on a formal representation of agricultural production standards. Computers and Electronics in Agriculture, 78, 28-37, August 2011.
  • [Publication 3]: Edward Nash, Raimo Nikkilä, Jens Wiebensohn, Kai Walter, Ralf Bill. Interchange of geospatial rules - towards georules interchange format (GeoRIF)?. GIS.Science, 24, 82-94, 2011.
  • [Publication 4]: Raimo Nikkilä, Jens Wiebensohn, Edward Nash, Ilkka Seilonen, Kari Koskinen. A service infrastructure for the representation, discovery, distribution and evaluation of agricultural production standards for automated compliance control. Computers and Electronics in Agriculture, 80, 80-88, January 2012.
  • [Publication 5]: Raimo Nikkilä, Jens Wiebensohn, Edward Nash, Ilkka Seilonen, Kari Koskinen. Spatial inference with an interchangeable rule format. International Journal of Geographical Information Science,
    DOI: 10.1080/13658816.2012.750323, 2013. View at publisher
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-5172-7
Collections
[diss] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC