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Publication
IoT architecture for sustainable monitoring and management of smart aquaponics systems in urban environments
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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| 17.55 MB | Adobe PDF |
Advisor(s)
Abstract(s)
Aquaponic systems provide a sustainable combination of fish and vegetable farming, i.e., join fishes in tanks (aquaculture) together with growing plants without soil (hydroponics). Fishes provide natural water fertilisation for the plants, and plants help purify the water for fishes. Aquaponic systems are therefore sustainable solutions to provide fresh fish and vegetables to families, communities or even be explored as future enterprise businesses in any climate.
Aquaponic farming systems take advantage of the symbiosis between fishes and vegetables, thus becoming more sustainable and allowing to grow more food with less water, land, and labor than traditional agriculture. However, one of the problems in aquaponic systems is the presence of high levels of ammonia that is toxic to most fish. For this reason, it is essential to measure the levels of ammonia weekly.
The IoT system presented in this research provides an intelligent way to measure the toxicity of the ammonia in an aquaponics system, as a function of the ammonia concentration and the pH present in the system. The proposed solution combines the use of colorimetric tests commonly used in the measurement of ammonia, with computer vision and pH sensors, to automate the detection of information about the toxicity of the ammonia in water samples. The developed solution was also integrated in an IoT Cloud Computing architecture for supporting the autonomous management of aquaponics systems and their sustainable use in urban environments.
Os sistemas aquapónicos proporcionam uma combinação sustentável de piscicultura e horticultura, ou seja, juntam peixes em tanques (aquacultura) com plantas em crescimento sem solo (hidroponia). Os peixes fornecem fertilização natural da água para as plantas, e as plantas ajudam a purificar a água para os peixes. Os sistemas aquapónicos são, portanto, soluções sustentáveis para fornecer peixe fresco e legumes a famílias, comunidades ou mesmo para serem explorados como futuros negócios empresariais em qualquer clima. Os sistemas agrícolas aquapónicos aproveitam a simbiose entre peixe e legumes, tornando-se assim mais sustentáveis e permitindo cultivar mais alimentos com menos água, terra e mão-de-obra do que a agricultura tradicional. No entanto, um dos problemas nos sistemas aquapónicos é a presença de elevados níveis de amónia que é tóxico para a maioria dos peixes. Por esta razão, é essencial medir semanalmente os níveis de amónia. O sistema IoT apresentado nesta pesquisa fornece uma forma inteligente de medir a toxicidade da água num sistema aquapónico, em função da concentração de amónia e do pH presente no sistema. A solução proposta combina a utilização de testes colorimétricos comummente utilizados na medição da amónia, com visão por computador e sensores de pH, para automatizar a deteção de informação sobre a toxicidade da amónia em amostras de água. A solução desenvolvida foi também integrada numa arquitetura de Computação em cloud IoT para apoiar a gestão autónoma de sistemas aquapónicos e a sua utilização sustentável em ambientes urbanos.
Os sistemas aquapónicos proporcionam uma combinação sustentável de piscicultura e horticultura, ou seja, juntam peixes em tanques (aquacultura) com plantas em crescimento sem solo (hidroponia). Os peixes fornecem fertilização natural da água para as plantas, e as plantas ajudam a purificar a água para os peixes. Os sistemas aquapónicos são, portanto, soluções sustentáveis para fornecer peixe fresco e legumes a famílias, comunidades ou mesmo para serem explorados como futuros negócios empresariais em qualquer clima. Os sistemas agrícolas aquapónicos aproveitam a simbiose entre peixe e legumes, tornando-se assim mais sustentáveis e permitindo cultivar mais alimentos com menos água, terra e mão-de-obra do que a agricultura tradicional. No entanto, um dos problemas nos sistemas aquapónicos é a presença de elevados níveis de amónia que é tóxico para a maioria dos peixes. Por esta razão, é essencial medir semanalmente os níveis de amónia. O sistema IoT apresentado nesta pesquisa fornece uma forma inteligente de medir a toxicidade da água num sistema aquapónico, em função da concentração de amónia e do pH presente no sistema. A solução proposta combina a utilização de testes colorimétricos comummente utilizados na medição da amónia, com visão por computador e sensores de pH, para automatizar a deteção de informação sobre a toxicidade da amónia em amostras de água. A solução desenvolvida foi também integrada numa arquitetura de Computação em cloud IoT para apoiar a gestão autónoma de sistemas aquapónicos e a sua utilização sustentável em ambientes urbanos.