Приборное и программно-аппаратное обеспечение информацией систем точного земледелия
ПРИБОРНОЕ И ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИЕЙ СИСТЕМ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
Методические предпосылки
В основе точного земледелия лежит идея управления продуктивностью посевов, детально учитывающего изменчивость среды обитания растений в пространстве и во времени. Пространственная изменчивость – это, прежде всего, вариабельность характеристик почвы в пределах поля, что в свою очередь приводит к изменчивости величины урожая, собираемого в различных частях поля. И если для данного поля она существенна, ее нужно научиться измерять, анализировать и использовать при принятии решений.
Одним из перспективных путей развития информационных технологий в сельскохозяйственном производстве явилось создание и распространение геоинформационных систем (ГИС), позволяющих представлять любую почвенную информацию — количественную или качественную – в виде электронных карт и картограмм с возможностью отслеживания и вывода на экран или на печать всех временных изменений почвенных характеристик, состояния и развития посевов, хозяйственных условий и т.п. Но для успешного применения новых возможностей, связанных и использованием персональных компьютеров (ПК), необходимо получение значительного объема почвенно-агрофизической информации, которая требуется также и для создания и применения других программных продуктов в сельскохозяйственной отрасли. К таким средствам относятся, например, компьютерные экспертные системы поддержки агротехнологических решений (КЭСПАР) – системы, которые на основе имеющейся в их базе знаний (БЗ) обширной экспертной информации генерируют и выдают пользователю высококвалифицированные рекомендации по осуществлению технологических операций в широком диапазоне ситуаций, возникающих в процессе выращивания и хранения сельскохозяйственной продукции. Следует отметить, что в отличие от обычных типовых технологических программ эти системы предполагают широкое использование информации, как о складывающихся метеорологических условиях, так и о характеристиках конкретного сельскохозяйственного поля (геоморфологических, биологических, агрофизических, агрохимических и хозяйственных), что сближает их с новым направлением – точным земледелием.
Общее правило состоит в том, что агротехнологические решения принимаются на основе данных об исходных характеристиках поля и контроля за состоянием поля и погоды в ходе вегетации растений. Исходные характеристики определяют и прогноз урожаев на данном поле, что также является важным моментом формирования технологии /46/.
Для определения потребности в той или иной информации, необходимой для принятия соответствующих агротехнологических решений (АР), следует провести предварительный анализ технологических программ (ТП) возделывания различных сельскохозяйственных культур и определить те параметры, которые обусловливают принятие этих решений. Перечень параметров дифференциации агротехнологий будет специфичным для данного региона и рассматриваемых культур.
Применение агротехнологий без учета пространственной и временной вариабельности параметров плодородия почв повсеместно приводит к нарушению равновесия агроэкосистем. Технология ХХI века – точное земледелие — во многом построена именно на оценке пространственно-временной неоднородности сельскохозяйственных полей. Более того, от степени неоднородности зависит эффективность внедрения новой технологии в конкретных хозяйствах. Если агрохимические и агрофизические показатели качества и плодородия почв значительно отличаются в пределах одного поля, то затраты на новую технологию с большей вероятностью окупятся. Следовательно, первым необходимым шагом при переходе на новую технологию является объективная оценка пространственно-временной изменчивости полей.
Известно, что при внесении минеральных удобрений определяющее значение для расчета доз удобрений под конкретную культуру имеют почвенно-климатические характеристики полей, включающие основные агрофизические и агрохимические параметры, такие как гранулометрический состав, кислотность, подвижные формы фосфора и калия, органическое вещество, плотность, влагообеспеченность, гидролитическая кислотность, сумма поглощенных оснований. Для определения значений этих, так называемых, химических индексов плодородия регулярно проводится обследование почв.
Традиционно обследование проводится вручную и, самое главное, без точной привязки к местности, поэтому при повторном обследовании трудно с уверенностью утверждать, что пробы были взяты в том же самом месте. Из этого следует, что информация, полученная таким способом, скорее всего не отражает реальную картину и динамику изменения почвенных показателей на поле, что, в свою очередь, приводит к неверным результатам расчета доз удобрений. Это отражается как на экономической политике хозяйства, так и на экологической обстановке в хозяйстве.
С другой стороны, почти повсеместно в России наблюдается широкое варьирование агрохимических показателей на пахотных площадях. Исследования, проведенные на агрополигоне Всероссийского НИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, в частности, показали, что на участке площадью 4 га, разделенном на 400 равновеликих делянок размером 10х10 м, содержание гумуса по отдельным делянкам колебалось от 1,15 до 3,1%, то есть от очень низкой до высокой обеспеченности по принятой градации /78/.
Последние достижения науки и техники, особенно, в области информационных технологий, позволяют выйти на качественно новый уровень обследования почв. Для применения технологии ТЗ необходимо проводить обследование почв с использованием датчиков, приборов и мобильных информационных систем, позволяющих исследовать вариабельность пространственно-ориентированных характеристик почвенного и растительного покровов, в том числе конечного урожая в пределах конкретного поля.
Разработки Агрофизического научно-исследовательского института (АФИ)
В Агрофизическом научно-исследовательском институте (ГНУ АФИ Россельхозакадемии) созданы и апробированы технологии информационного обеспечения точного земледелия. Некоторые из них будут рассмотрены ниже /78/.
Мобильный автоматизированный комплекс для полевого обследования сельскохозяйственных территорий
Получение информации о вариабельности внутри поля почвенного покрова, состояния растений и их продуктивности, степени поражения вредителями, болезнями и сорняками требует наличия мобильных контактных и дистанционных методов диагностирования, снабженных методическими указаниями по их эксплуатации. Развитие информационных технологий привело к новым эффективным методам хранения и отображения собираемых данных в виде электронных карт. Электронные карты, отображающие пространственное распределение тех или иных параметров сельскохозяйственного поля, являются фундаментальными элементами точного земледелия.
Для этих целей в Агрофизическом НИИ был создан мобильный автоматизированный комплекс, позволяющий проводить полевое обследование почв на современном уровне с использованием последних достижений в области информационных технологий.
Комплекс включает в себя следующие функциональные компоненты:
· движитель;
· автоматический почвенный пробоотборник;
· спутниковая система позиционирования (GPS);
· бортовой компьютер;
· программное обеспечение.
В качестве движителя выбран автомобиль «Нива» как наиболее подходящий по критериям мобильности, а именно по возможности перемещаться на расстояния большие, чем угодья одного хозяйства, а также по грузоподъемности, стоимости и проходимости. При этом, если автомобиль будет оборудован так называемыми шинами «низкого давления», то проходимость его увеличивается в несколько раз.
Автоматический почвенный пробоотборник представляет собой агрегат, смонтированный в качестве навесного оборудования на задней части рамы автомобиля «Нива». Он оснащен двумя почвенными бурами, гидравлической системой и электромотором, работающим от стандартной аккумуляторной батареи автомобиля «Нива». Почвенные пробы берутся на глубину до 25 см. Управление пробоотборником производится с пульта, установленного в кабине автомобиля. Почва собирается в специальный контейнер на пробоотборнике и по окончании отбора объединенной пробы, то есть пробы с одного элементарного участка поля, пересыпается в отдельную маркированную тару.
Спутниковые системы позиционирования на местности давно уже используются в военной области. Возможность использования таких систем в мирных целях появилась относительно недавно. В мире существуют две спутниковых системы позиционирования: американская GPS и российская ГЛОНАСС. Американская система Global Position System (GPS) или точнее, ее космический сегмент, представляет собой созвездие из 24 спутников. Система GPS (официальное название – NAVSTAR) разработана по заказу Министерства обороны США и находится под его управлением, однако в 1980-х годах систему открыли для гражданского использования. Система работает при любых погодных условиях по всему миру 24 часа в сутки. С ее помощью можно с высокой степенью точности определять координаты и скорость движения подвижных объектов. Ни абонентская плата, ни плата за подключение системы GPS не взимается. Все, что нужно для пользования системой – это GPS-приемник.
Российская система глобального позиционирования ГЛОНАСС используется еще мало, так как космическая отрасль России находится в непростом положении и пока не способна постоянно обеспечивать ее работоспособное состояние.
Современные многоканальные GPS-приемники обладают достаточно высокой точностью. Так, 12-канальные GPS-приемники GARMIN отслеживают до 12-ти спутников GPS одновременно, обеспечивая быстрое и уверенное определение местоположения, в том числе в городских условиях или под густыми кронами деревьев. На точность определения местоположения влияет расположение видимых спутников, а также ряд атмосферных и других факторов. В среднем, точность GPS-приемников GARMIN составляет 10…15 м и может быть повышена путем приема дифференциальных поправок. Наиболее перспективные источники дифференциальных поправок – это глобальные дифференциальные подсистемы, передающие поправку к сигналам GPS с геостанционарных спутников. За их использование также не предусмотрено никакой платы. К ним относятся американская система WAAS, европейская EGMOS и японская MSAS. Они улучшают точность определения местоположения GPS-приемниками до 1…3 м. Американская система WAAS уже работает, в настоящее время зона покрытия этой системы – вся территория Северной Америки. Ряд новых моделей GPS-приемников может использовать дифференциальную поправку WAAS при вычислении местоположения без какого-либо дополнительного оборудования. Европейский аналог WAAS – система EGNOS – находится в стадии апробации.
В качестве GPS-приемника был выбран AgGPS-132 фирмы Tpimbie ввиду его многофункциональности, к тому же он специально предназначен для установки на транспортных средствах, обеспечивая субметровый уровень точности в дифференциальном режиме.
AgGPS-132 объединяет воедино приемник GPS сигналов, приемник поправок от морских маяков и приемник поправок от спутникового дифференциального сервиса (Omnistar Rakal), при этом используется единая комбинированная антенна. Такая конфигурация значительно повышает точность (до 0,5 м) и надежность определения места, а также упрощает реализацию дифференциального режима.
При использовании этого прибора в зоне действия морских радиомаяков нет необходимости активизировать подписку Omnistar или Racal, что и было ими использовано.
Приемник AgGPS-132 оборудован встроенным жидкокристаллическим дисплеем и клавиатурой, что обеспечивает простоту настройки и интеграцию в существующие программно-аппаратные комплексы. Питание приемника осуществляется от бортовой сети питания в диапазоне от 10 до 32 вольт постоянного тока, кроме того, питание может осуществляться от аккумуляторных батарей. AgGPS-132 может быть легко настроен для работы с широким спектром оборудования, таким как судовые навигационные комплексы, сейсмические станции, оборудование сельскохозяйственных машин, полевые компьютеры и контроллеры-накопители. Встроенный двухканальный цифровой приемник дифференциальных поправок от морских маяков с низким уровнем внутренних шумов позволяет принимать сигналы маяка на удалении в сотни километров.
Определение местоположения осуществляется с использованием надежных методик дифференциальной обработки, что позволяет приступить к работе через несколько секунд после включения комплекса.
В качестве бортового компьютерапри апробации мобильного комплекса ими использовался компьютер Fujitsu PenCentra 200 планшетного типа. Компьютер соединен с GPS-приемником кабелем стандарта RS-232 для получения текущих координат и оснащен специальным программным обеспечением.
В настоящее время в Агрофизическом НИИ создан и находится в стадии тестирования бортовой компьютер, обеспечивающий процедуру сбора и накопления геоинформационных данных и позволяющий управлять дифференциацией выполнения агротехнологических приемов с привязкой к глобальной системе позиционирования. В качестве платформы для бортового компьютера был выбран одноплатный промышленный высоконадежный компьютер, функционирующий под управлением операционной системы WindowsCES. Выбор платформы обусловлен отсутствием движущихся частей в электронной начинке, что гарантирует высокую надежность и устойчивость к внешним воздействиям.
Для осуществления программно-математического обеспечения работ было приобретено и апробировано программное обеспечение (ПО) SST FieldRover Group, Inc. ПО в связке с GPS является ядром всего комплекса и во многом определяет преимущества нового подхода перед традиционными методами обследования полей, проявляющиеся при использовании мобильного автоматизированного комплекса.
В частности, программное обеспечение бортового компьютера позволяет создавать сразу же на поле электронный контур обследуемого участка, определение точек отбора проб, обеспечивает и навигацию по этим точкам. Предусмотрено также подключение внешних датчиков для непрерывного (сплошного) обследования экспериментальных участков.
Основные стандартные функции ПО:
· создание электронных карт обследуемых полей с использованием объектов «линия», «точка» и «полигон»;
· возможность ведения базы данных с привязкой атрибутов к идентификаторам топографических объектов;
· поддержка функции увеличения/уменьшения карты;
· работа в метрической системе измерения;
· возможность работы с GPS-приемниками, поддерживающими стандарт NMEA0183 через СОМ-порт;
· отображение текущих географических координат;
· возможность навигации в заданную точку;
· возможность отображения длины, расстояний, площади геообъектов;
· работа с несколькими слоями отображения информации;
· поддержка импорта/экспорта данных в формате ESRI®Shapefile и MIF MID;
· работа с растровыми слоями JPG, Img, Geo TIFF;
· наложение на полигон сетки, которая может иметь произвольные размер и ориентацию; при этом каждой ячейке присваивается уникальный идентификатор; ячейка сетки может быть квадратной или прямоугольной, а размер может задаваться как по площади, так и по длине стороны ячейки;
· режим редактирования сетки: ее можно вращать, перемещать, а при выходе из режима редактирования сетка должна быть преобразована в слой точек и слой полигонов;
· отображение текстовых атрибутов полигонов, линий, точек;
· возможность задания неограниченного количества атрибутов для геообъектов;
· возможность создания и отображения легенды для геообъектов на основании атрибутов этих объектов.
Созданный мобильный комплекс позволил в автоматизированном режиме с геоинформационным и навигационным обеспечением в полном объеме осуществлять дискретное полевое обследование полей с заданным шагом (размер элементарного участка). Данные, полученные с помощью этого комплекса, использовались при расчете доз удобрений для реализации соответствующих агроприемов по технологии ТЗ, а также в ходе сравнительного эксперимента с данными, полученными центром агрохимического обслуживания «Ленинградский».
В процессе апробации мобильного комплекса были также отработаны методические вопросы обследования сельскохозяйственных полей и выявлены недостатки и неудобства эксплуатации зарубежного программного обеспечения. Поэтому параллельно с эксплуатацией комплекса был разработан программный модуль сбора и обработки пространственно-ориентированных данных.
Модуль сбора и обработки пространственно-атрибутивных данных
В рамках исследований по ТЗ был разработан программный модуль сбора и обработки пространственно-атрибутивных данных, функционирующий как на персональном компьютере под управлением ОС Windows, так и на карманных персональных компьютерах под управлением операционной системы Windows СЕ.
Окно модуля состоит из перечисленных ниже областей.
Строка пользовательского меню(стандартный элемент пользовательского интерфейса семейства ОС Microsoft Windows).
Панель инструментов(стандартный элемент пользовательского интерфейса семейства ОС Microsoft Windows).
Панель режимов работы(вспомогательные элементы для работы с программой, состав которых может меняться в зависимости от выбранного функционального режима).
Рабочая область (область работы с документом).
Информационная строка текущего состоянияотображает (в порядке следования):
· есть ли соединение с GPS-приемником;
· есть ли дифференциальная поправка;
· текущая скорость (измеряется в километрах в час);
· текущее азимутальное направление;
· текущие географические координаты.
Панель инструментов является дублирующим элементом строки меню, редактируемой в соответствии с нуждами пользователя.
Пользователю предоставляются три режима работы с пространственно-атрибутивными данными:
· режим формирования пространственно-атрибутивной БД;
· режим навигации по заданным точкам;
· режим управления внешними устройствами (находится в стадии разработки).
Режим формирования пространственно-атрибутивной БД
Геоинформационные данные дополняют реляционную базу данных пространственными атрибутами, такими как точка, линия, полигон. Пространственные атрибуты состоят из точек, имеющих обязательные данные о координатах X, Y, Z, указывающих на мировые пространственные координаты.
В начале работы по формированию геоинформационной базы данных выбирается структура будущей реляционной базы данных (БД). Структура базы может быть либо выбрана из заранее занесенных в БД, либо создана новая. После выбора структуры автоматически происходит переключение в режим формирования пространственно-атрибутивной базы данных. После выбора пространственного атрибута производится его занесение в пространственную БД на основе данных, получаемых от GPS-приемника. После того, как пространственный атрибут сформирован, выводится диалог заполнения атрибутов реляционной таблицы.
Таким образом, связка пространственных атрибутов и сопоставляемых им реляционных атрибутов образует геоинформационную базу данных.
Режим навигации по заданным точкам
В процессе повторного обследования сельскохозяйственных полей часто возникает задача: вернуться в сохраненную ранее в базе данных точку для визуального контроля над процессом развития посева или для отбора дополнительной почвенной (растительной) пробы. В режиме навигации постоянно отображается текущее положение пользователя, а также направление и расстояние до заданной точки. Используя текущую информацию о местоположении относительно точки, куда нужно попасть, отображенную на панели, пользователь может достигнуть цели оптимальным способом.
Режим управления внешними устройствами
В процессе выбора агротехнологической операции в ТЗ не представляет труда рассчитать нормы воздействия для каждого элементарного участка поля. В этом случае сельскохозяйственный агрегат, имеющий возможность избирательного выполнения операции в процессе движения, подключается к бортовому компьютеру, на котором предварительно должен быть установлен рассматриваемый программный модуль. В настоящее время завершается этап разработки режима программного управления сельскохозяйственными агрегатами, дифференцирующего воздействие в ходе движения по полю. Сопоставляя координаты, получаемые с GPS-приемника, с геоинформационной картой расчета норм воздействия по заданному полю, посылается соответствующая команда дифференцированного воздействия на тот или иной агрегат.
Методика исследований и результаты автоматизированного обследования сельхозугодий
Традиционные подходы к разработке методики обследования сельскохозяйственных полей учитывают, прежде всего, следующие два фактора: предметную область и геоинформационное сопровождение.
Первый фактор является определяющим для данной методики. Например, если предметной областью является агрометеорология, то мы имеем дело с методикой агрометеорологического обследования. Если предметной областью является гидрология, то разрабатывается методика гидрологического обследования и т.д.
Второй фактор традиционно играет вспомогательную роль. Его задача заключается в том, чтобы зафиксировать местоположение точки или области, где берутся пробы или проводятся наблюдения. Обычно это сводится к формированию схемы взятия проб и районированию территории поля по определяемым в ходе исследования показателям.
Методы агрохимического обследования, например, предусматривают определенный порядок разбивки сельскохозяйственного поля на элементарные участки, характеризующиеся одной объединенной почвенной пробой. В «Методических указаниях по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий» рекомендуется, предварительно изучив историю угодья, разбивать его на участки в зависимости от количества применяемых фосфорных удобрений. Если фосфора вносится по действующему участку менее 60 кг/га, то площадь такого участка берется равной 5 га. При норме внесения 60…90 кг Р2О5на 1 га образец берется с участка площадью 4 га, а при норме более 90 кг – площадью 2 га.
Полевые работы проводятся при температуре не ниже +50С. На тех полях, где доза внесения составляла не более 90 кг/га, отбор проб можно проводить в течение всего вегетационного сезона, а если больше – спустя 2…2,5 месяца после внесения. На полях, где интенсивно применяются пестициды, отбор проб проводится через 1,5…2 месяца после обработки. Зараженные радионуклидами территории обследуются до посева сельскохозяйственных культур или во время уборки. Внесение органических удобрений на сроки отбора образцов не влияет.
Перед началом обследования агрохимик должен изучить почвенную карту, удостовериться в однородности почвенного покрова и только после этого проводить вышеуказанную работу. На практике же чаще всего используют картографическую основу предварительных туров обследования, и если агроном (заказчик) не проявит должного внимания к этой работе, то все делается по схеме предыдущего тура. При этом размеры, местоположение элементарного участка и взятие на нем проб определяются без точной топографической привязки, приблизительно, что, естественно, и дает приблизительный результат. Это особенно сказывается на сравнении результатов анализа по разным годам, так как при очередном обследовании пробы берутся, как правило, не в этом же месте, а с погрешностью в десятки метров или более.
Подобные методы обследования сельскохозяйственных полей во всем мире считаются устаревшими и не соответствуют современным требованиям информационной технологии ТЗ. Новым в предлагаемой методике является то, что каждая взятая проба привязывается к единой системе позиционирования, что в дальнейшем позволяет более точно оценивать результаты последовательно проводимых туров обследования.
Наряду с точным фиксированием и хранением в ЭВМ координат каждой взятой пробы на обследуемой территории новая технология обеспечивает автоматическое создание электронной карты-схемы обследования с заданными размерами элементарного участка. Электронная карта определяет структуру будущей геоинформационной базы данных. Рассмотрим более подробно навигационное и геоинформационное обеспечение технологии обследования сельскохозяйственных угодий с применением автоматизированного мобильного комплекса, созданного в Агрофизическом НИИ.
Геоинформационное обеспечение обследования сельскохозяйственных угодий
Программное обеспечение и оборудование, установленное на мобильном комплексе, позволяет создавать пространственные объекты, привязанные к координатам, которые являются элементами геоинформационной базы данных для обследуемого поля. Рассмотрим порядок создания геоинформационных объектов на обследуемом поле.
Вначале в автоматическом режиме создается электронная карта поля (контура), привязанная к координатам с точностью до 0,5 м. Для этого в режиме «полигон» объезжаем поле и сохраняем в памяти бортового компьютера полученный контур. При этом автоматически рассчитывается площадь контура, что позволяет уточнить реальную площадь обследуемого поля. Также, при необходимости, можно нанести на карту особенности поля (опоры линии электропередач, деревья, неиспользуемые участки и т.д.).
Затем накладываем на полученный контур сетку, ячейкой которой является элементарный участок поля. Размер элементарного участка и его геометрическая форма (квадрат или прямоугольник) задаются оператором путем ввода конкретных значений сторон участка – в метрах, или площади участка – в гектарах. Сетка накладывается произвольно, и программа позволяет перемещать и вращать ее относительно контура поля, для того чтобы визуально определить оптимальное размещение границ элементарных участков. После этого сетка записывается в память компьютера, причем края сетки, выходящие за границу контура, обрезаются. Элементарным участкам (ячейкам сетки) автоматически присваиваются порядковые номера. При взятии проб с каждого элементарного участка образцу присваивается порядковый номер участка.
Навигационное обеспечение обследования сельскохозяйственных угодий
При отборе проб с помощью мобильного комплекса на панели бортового компьютера отображается контур поля, разбитый на элементарные участки, и местоположение мобильного комплекса в реальном времени с точностью до 0,5 м. Размер и цвет линий и точек отображаемых объектов может настраиваться ради удобства визуального наблюдения. Оператор, управляя автомобилем, выбирает маршрут движения по полю, руководствуясь визуальной оценкой местоположения комплекса. Это может быть движением к определенному элементарному участку или движением внутри участка.
При отборе проб оператор, двигаясь внутри элементарного участка, делает 10…12 уколов автоматическим пробоотборником, останавливаясь при каждом уколе. На панели бортового компьютера записывается пройденный путь, который сохраняется в памяти компьютера.
Программное обеспечение позволяет также осуществлять навигацию к отмеченной в бортовом компьютере оператором точке на поле. При этом на дисплее будет указываться направление движения и расстояние до точки. Это удобно при движении к месту последней взятой пробы для продолжения работ или к проблемному участку, где необходимо провести дополнительные исследования.
Организация и схема обследования опытного поля
В 2003 году на реперном поле площадью 20 га Меньковской опытной станции Агрофизического НИИ был опробован разработанный в институте мобильный автоматизированный комплекс. Агрохимическое обследование проводилось с привлечением специалистов проектно-изыскательского центра химизации сельского хозяйства «Ленинградский». Обследование велось двумя способами: традиционным и с помощью автоматизированного комплекса. При этом агрохимический анализ отобранных образцов проводился в трех независимых аккредитованных лабораториях. Полученные результаты анализов почти полностью совпадали по соответствующим идентифицированным пробам.
В первом случае в соответствии с «Методическими указаниями по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий» специалистами центра «Ленинградский» обследуемое поле было разбито на три элементарных участка с площадью приблизительно по 5 га. На каждом элементарном участке взята объединенная проба.
Другой способ был подробно описан выше и предполагал использование мобильного автоматизированного комплекса. Сетка элементарных участков строилась из расчета, что площадь участка составляет 0,25 га, то есть сторона элементарного участка равна
50 м.
Следует учесть, что на участках с выровненным рельефом при слабо выраженной эрозии почвы или отсутствии таковой маршрут внутри участка прокладывается посередине – вдоль одной из его сторон или по диагонали. В описываемом случае в пределах каждого элементарного участка мобильный комплекс двигался по диагонали. Маршрут движения комплекса по элементарному участку во время отбора проб отображался на карте линией. При этом, если при разбивке поля на элементарные участки (наложении сетки) по краям поля оставались ненумерованные из-за маленькой площади участки земли, то эти участки при отборе проб объединялись с ближайшим нумерованным участком.
С каждого элементарного участка отбиралась одна объединенная проба массой не менее 600 г. Объединенная проба складывалась из точечных проб, равномерно распределенных по маршруту следования мобильного комплекса внутри элементарного участка. Затем отобранная проба ссыпалась в полиэтиленовый пакет, маркировалась с указанием номера поля и номера пробы (соответствующего номеру элементарного участка), даты отбора и фамилии оператора и отправлялась на анализ.
Выбранный размер элементарного участка (0,25 га) объясняется интенсивностью смены почвенных разностей на обследуемом поле и приведенными ниже результатами исследований. На опытном поле, согласно почвенной карте, насчитывается около восьми почвенных разностей. Вместе с тем, выбор размера и геометрической формы элементарного участка, а также количество и комбинация отобранных на нем проб (для создания объединенной пробы) индивидуальны для каждого обследуемого поля. Однако величина участка может быть изменена в зависимости от рельефа или других особенностей пашни, а также от особенностей технологии отбора. При обследовании угодий в обычных целях столь подробное разбиение на элементарные участки представляется избыточным. В Северо-Западном регионе рекомендуется брать площадь элементарного участка не менее одного гектара. В хозяйствах Европы, например, размер элементарного участка нередко определяет заказчик, в зависимости от стоимости от стоимости услуги, так как агрохимическое обследование стоит там недешево. В среднем, по сведениям специалистов фирмы «Агрикон» (Германия), размер элементарного участка у их клиентов обычно равен 2…3 га. Вместе с тем, из данных, полученных исследователями за рубежом, следует, что оптимальные стратегии отбора образцов связаны не только с размером элементарных участков (объем выборки), но и с комбинацией самих образцов, качеством их отбора, а также с размерами поля.
Следует отметить, что при комплексном применении технологии ТЗ подробное обследование почв (с размером элементарного участка менее 1..2 га) может вестись только на «проблемных» участках полей, то есть на таких участках внутри поля, где наблюдается низкая продуктивность. Такие участки можно определить, используя данные дистанционного зондирования (аэрофото- и спутниковую съемку в различных диапазонах частот), а также карты урожайности, полученные при уборке.
Результаты обследования и геоинформационная база для апробации технологии точного земледелия
Основной задачей, решаемой мобильным автоматизированным комплексом, является создание геоинформационной базы полей по основным агрохимическим показателям почвы. Эта задача была решена на полях Меньковской опытной станции Агрофизического института.
Геоинформационная база включает в себя:
· электронные карты местности, окружающей опытную станцию, полученные путем оцифровки и привязки к координатам топографических карт;
· электронные карты местности, полученные по космическим снимкам, сделанным в разные периоды времени;
· электронные карты полей хозяйства, полученные путем оконтуривания полей с помощью мобильного автоматизированного комплекса;
· карты размещения культур по контурам (по годам);
· тематические карты полей по основным агрохимическим показателям на каждом элементарном участке (по годам).
Геоинформационая база является комплексом пространственно-ориентированной информации, необходимой для анализа складывающейся агрохимической картины в хозяйстве, планирования размещения посевов и организации севооборотов, планирования операций по внесению минеральных удобрений и для последующего анализа изменений, произошедших за год или более. Геоинформационная база является необходимым компонентом для выполнения операции внесения минеральных удобрений и агрохимикатов по технологии ТЗ.
Как отмечено выше, одним из преимуществ создания геоинформационных баз с помощью мобильного автоматизированного комплекса является большая точность результатов за счет более детального отбора проб с элементарных участков.
Главное преимущество апробированного в АФИ метода заключается в том, что в отличие от традиционного метода мы получаем в нем не приблизительную почвенную карту, по которой невозможно точно отследить динамику изменения ситуации с течением времени, а геоинформационную базу, допускающую возможность использования полученной информации в компьютерных программах, в том числе в системе поддержки агротехнологических решений. Это позволяет пользователю при генерации тех или иных агротехнологий с учетом реальной ситуации на поле анализировать с помощью моделей возможные сценарии проведения агротехнологических операций, зависящих от агрохимического состояния почвы.
Необходимо отметить, что разработанный комплекс может применяться не только при агрохимическом обследовании полей, но и при других видах обследований, например, при измерении электропроводности, теплопроводности почвы или выявления и точного обозначения на электронной карте специфических участков поля (например, участков, пораженных нематодой). Комплекс может быть также применен для составления земельных кадастров, уточнения границ и площадей полей и рабочих участков. По сути, область применения комплекса ограничивается перечнем существующей измерительной аппаратуры, применяемой при обследовании полей.
Архитектура комплекса по мере развития измерительных средств позволит существенно наращивать функциональные возможности и – в перспективе – значительно удешевить затраты на обслуживание полей с помощью тех или иных бесконтактных методов регистрации параметров плодородия полей и продуктивности посевов. Перспективным может оказаться и переход на обследование полей с помощью гамма-спектрометрической системы, которая легко монтируется на любом движителе. Откалиброванная гамма-спектрометрическая система позволяет бесконтактным путем обследовать поля и на основании результатов измерений быстро строить электронные карты, характеризующие физические и химические свойства почвы. Эти карты представляют ценность для каждого товаропроизводителя, так как их можно использовать для расчета доз вносимых удобрений, пестицидов и гербицидов, определения норм высева семян на конкретных полях, а также для комплексного планирования закупок удобрений, мелиорантов и семян в целом по хозяйству на будущее.
Существенный вклад в решение проблемы сбора пространственно-атрибутивных данных вносят новые подходы по автоматическому сбору на поле тех или иных данных одновременно с выполнением какой-либо обязательной технологической операции. В настоящее время развитые страны приступили к серийному выпуску специальной сельхозтехники для точного земледелия, которая способна производить не только конкретные агротехнические операции, но и одновременно получать полезную информацию. Подобные машины, в частности, позволяют осуществлять дифференцированный учет урожая и получать пространственно-привязанные электронные карты продуктивности сельскохозяйственных культур.
Карты урожайности – важная часть сбора и анализа данных для принятия решений
Развитие современных технологий позволяет получать важнейшую информацию о посевных площадях, т.н. карты урожайности. Используя специальные датчики, установленные на уборочной технике, а также бортовые компьютеры и приемники GPS после уборки обмолачиваемых культур можно получать пространственно-ориентированные карты урожайности. Получение подобных карт является несомненным прорывом в области земледелия, так как позволят определять неоднородность главного из всех показателей – урожайности.
Полученные карты включают в геоинформационную базу хозяйства и она служит отправной точной при планировании агрохимического обследования, так как позволяют с высокой точностью выявлять проблемные участки поля. Эта информация существенно снижает издержки по обследованию поля, так как позволяет целенаправленно определять наиболее важные места для обследования.
На базе Меньковской опытной станции получены карты урожайности с помощью зернового комбайна Claas Dominator, оснащенного датчиками урожайности, бортовым компьютером и системой GPS. По карте можно достаточно точно определить границы участков с низкой урожайностью. В дальнейшем обследование почвы в этих местах целесообразно проводить особенно подробно, при этом важно выяснить причины низкой урожайности для того, чтобы в следующем сезоне избежать потерь урожая на этом поле.
Следует отметить, что машины, способные дифференцированно учитывать урожай на поле, существуют и для корне- и клубнеплодов, а также для учета биомассы и влажности кормовых культур. Не представляет принципиальной сложности укомплектовать обычные, используемые в нашей стране комбайны, предназначенные для уборки урожая тех или иных культур, отечественным навигационным, измерительным и программно-аппаратным оборудованием, которое позволит получать точные электронные карты продуктивности сельскохозяйственных культур. Один только этот факт может существенно повысить информационную составляющую проектирования и реализации адаптивно-ландшафтного подхода в земледелии.
Разработки Инженерного центра «Геомир
Инженерный центр «ГЕОМИР» был создан в 2002 году коллективом профессионалов в области информационных и космических технологий, прошедших школу проектно-конструкторских разработок и эксплуатации космических комплексов «Союз», «Салют», «Прогресс», «Мир» и «Международная космическая станция». Разработки специалистов ИЦ «ГЕОМИР» защищены 78 патентами и авторскими свидетельствами на изобретения.
Для внедрения технология «точного земледелия» в ИЦ «ГЕОМИР» разработано следующее оборудование:
ª Системы навигации:
· — устройства параллельного вождения;
· — автопилоты.
ª Оборудование для создания электронных карт полей.
ª Системы дистанционного мониторинга состояния и передвижения техники, контроля ее технических параметров.
ª Системы картирования урожайности.
ª Пробоотборники.
ª Системы оперативного управления дозированием внесения средств защиты растений (СЗР) и удобрений.
ª Специальное программное обеспечение для:
· обмера полей;
· агронома;
· агроменеджера;
· управления сельхозпредприятием.
Помимо этого специалисты Инженерного центра оказывают следующие услуги:
· проведение семинаров, лекций, практических занятий, консультаций по тематике «точного земледелия»;
· создание электронных карт сельскохозяйственных угодий;
· установка, наладка оборудования «точного земледелия», обучение специалистов, гарантийное и послегарантийное обслуживание;
· комплектация «под ключ» классов и лабораторий для теоретического и практического обучения по тематике «точное земледелие» в образовательных учреждениях.
Системы навигации для сельхозмашин
Системы параллельного вождения и автопилоты обеспечивают:
· высококачественные полевые работы при любой видимости (ночью, в туман и др.);
· резкое снижение площадей огрехов, пересева, двойной обработки средствами защиты растений (СЗР) и др..
Системы с ручным управлением (устройства параллельного вождения) могут наращиваться до систем автоматического вождения, обеспечивающих еще большую производительность труда и точность обработки полей.
Устройство параллельного вождения TrimbleEZ—Guide 500
Trimble EZ-Guide 500 – представитель нового поколения устройств параллельного вождения, имеющий расширенные функциональные возможности:
· большой цветной дисплей;
· возможность сохранения и последующего переноса на компьютер для создания карт и отчетов данных о траектории, средней скорости движения и других характеристик выполняемой работы;
· совместимость с различными типами дифференциальных поправок, повышающих точность вождения до 2,5 см;
· возможность модернизации до автопилота после дооснащения соответствующими блоками.
Удобные функциональные кнопки устройства обеспечивают быстрое получение дополнительной информации или необходимой помощи, а именно: увеличение изображения для детального просмотра пропусков и перекрытий соседних рядов или уменьшение изображения для общего обзора поля.
При первом нажатии кнопки показывается обработанная площадь, общая площадь поля и ширина захвата агрегата, при повторном нажатии – информация о спутниковой обстановке и местоположении машины.
Устройство параллельного вождения на базе GPS навигации – технически совершенная и экономически выгодная опция для современных сельскохозяйственных широкозахватных машин.
Устройство параллельного вождения TrimbleEZ—Guide 250
Устройство представляет собой упрощенную версию Trimble EZ-Guide 500.
Trimble EZ-Guide 250 – это прибор, сочетающий в себе светодиодный курсоуказатель, цветной дисплей, возможность сохранять результаты выполненной работы и переносить их на компьютер для создания карт и отчетов. Устройство легко устанавливаются на любую машину, имеет удобный интуитивно понятный интерфейс настроек.
Устройство может работать с дифференциальной поправкой ЕGNOS* и в режиме вычисляемой поправки OnPath (около 20 минут) без необходимости подключения внешнего GPS-приемника. Для более высокой точности рекомендуется использовать совместно с антенной Ag15.
* ЕGNOS – бесплатная спутниковая коррекция, действующая в странах Европы и частично на Европейской части территории России.
Trimble EZ-Guide 250 имеет такой же интерфейс, как и Trimble EZ-Guide 500 и стыкуется с подруливающим устройством EZ-Steer 500. Стыкуется с подруливающим устройством EZ-Steer 500.
Удобные функциональные кнопки устройства обеспечивают быстрое получение дополнительной информации или необходимой помощи, а именно увеличение изображения для детального просмотра пропусков и перекрытий соседних рядов или уменьшение изображения для общего обзора поля. При первом нажатии кнопки показывается обработанная площадь, общая площадь поля и ширина захвата агрегата, при повторном нажатии — информация о спутниковой обстановке и местоположении машины.
Устройство параллельного вождения OutbackS2
Усовершенствованное устройство параллельного вождения Outback S2 повышает эффективность использования техники, позволяя точно водить трактор, самоходный опрыскиватель и др. вдоль рядов при любой видимости – ночью, в туман, при сильной запыленности. Outback S2 обеспечивает удобный контроль вождения, экономит топливо, минеральные удобрения и другие материалы, расходуемые при сельхозработах. В результате сокращаются сроки и стоимость выполненных работ. Кроме этого, снижается утомляемость водителя, что повышает безопасность и скорость проведения работ.
В состав устройства входят:
· базовый блок Outback S2 – модернизированный курсоуказатель со встроенным DGPS-приемником и вакуумной присоской;
· усовершенствованная GPS антенна с магнитным держателем;
· комплект кабелей;
· радиомодем (поставляется опционально, если заказывается базовая станция).
К функциональным возможностям устройства относятся:
· русифицированное меню;
· максимальная простота установки на любое транспортное средство;
· удобное для восприятия обновленное табло указания курса, эргономичные органы управления;
· для освоения системы и работы с ней не требуется специальной теоретической подготовки;
· точность вождения по сравнению с Outback S улучшена на 50% за счет увеличения частоты обновления принимаемой со спутников навигационной информации;
· поддержка дифференциальных поправок e-Dif, L-Dif, Omnistar VBS, что позволяет добиться точности вождения 15…20 см;
· поддержка базовой станции RTK Trimble, позволяющей достичь точности 2 см;
· дооснащение Outback S2 блоком e-Drivе преобразует его в автопилот, что повышает точность обработки полей еще на 8…10% и увеличивает производительность труда на 20%;
· позволяет подключать систему Eye-Drive, включающую стереокамеру и контролирующую прямолинейность движения транспорта и сохранность посеянных растений с точностью до 2 см без применения спутниковой навигации.
Устройство параллельного вождения OutbackS—Lite
Система параллельного вождения Outback S-Lite представляет собой упрощенный вариант Outback S2.
В Outback S-Lite внесены следующие изменения: уменьшены размеры антенны и курсоуказателя, изменена конструкция вакуумной присоски, упрощен кабельный жгут. В результате весь комплект занимает очень мало места.
Outback S-Lite увеличивает эффективность использования техники, позволяя точно водить трактор, самоходный опрыскиватель и др. вдоль рядов при любой видимости – ночью, в туман, при сильной запыленности.
Устройство позволяет экономить топливо, минеральные удобрения и другие материалы, расходуемые при сельхозработах.
В результате сокращаются сроки и стоимость выполненных работ. Кроме этого, снижается утомляемость водителя, что повышает безопасность проведения работ.
В состав устройства входят:
· базовый Outback S-Lite – курсоуказатель со встроенным DGPS-приемником;
· GPS антенна с магнитным держателем;
· комплект кабелей.
К функциональным возможностям относятся:
· русифицированное меню;
· максимальная простота установки на любое транспортное средство;
· удобное для восприятия обновленное табло указания курса;
· эргономичные органы управления;
· для освоения системы и работы с ней не требуется специальной теоретической подготовки;
· возможность работы с бесплатными дифференциальными поправками E-DIF и EGINOS, что позволяет добиться точности вождения в 20…30 см.
Автопилот Trimble AgGPS Autopilot для тракторов с электрическим рулевым управлением
Простой и удобный автопилот создан на базе Trimble EZ Guide 500. Точность вождения трактора до 5 см (при использовании поправки Omnistar HP/XP).
В любых условиях (ночью, в туман, в пыль, против солнца) автопилот Trimble проведет трактор идеальным курсом, уменьшив перекрытия при севе до 5…10 см и не оставляя огрехов, имеет максимум производительности и экономии горючего, семян, СЗР и удобрений.
Автопилот Trimble AgGPS Autopilot для тракторов с гидравлическим рулевым управлением создан на базе Trimble EZ Guide 500.
Автопилот e-Drive
Обеспечивает круглосуточное вождение техники (трактор с сеялкой, опрыскивателем и т.д.) точно по рядам, обеспечивая максимальную точность рядов и исключая ошибки механизатора в любых погодных условиях без использования маркеров.
В состав автопилота входят:
· курсоуказатель Outback S2 С GPS антенной;
· электронный блок со встроенным гироскопом;
· гидравлический блок для управления рулевым механизмом;
· комплект кабелей и гидравлических шлангов (зависит от модели трактора);
· крепеж и фурнитура (зависит от модели трактора).
Принцип работы автопилота заключается в следующем.
Электронный блок E-DRIVE получает данные от навигационной системы Outback S2 и управляет работой гидравлического блока, который встраивается в рулевую систему трактора. Точность вождения автопилота зависит от типа используемой дифференциальной поправки Outback S2:
· бесплатная поправка e-Dif (вычисляется самим прибором) – точность 20…30 см;
· платная поправка OmniSTAR – точность 20…30 см;
· бесплатная поправка L-Dif, (передается базовой станцией Baseline в радиусе 3 км по каналу радиосвязи) – точность 5 см.
К дополнительному оборудованию относится стереокамера Eye-Drive, которая в комплекте с e-Drive обеспечивает точность 2…3 см без использования GPS-приемника.
Экономическая эффективность автопилота обеспечивается тем, что:
· обработка рядов без перекрытия и обеспечивает экономию расходуемых материалов (ГСМ, СЗР и др.), времени и ресурса техники;
· благодаря возможности эффективно работать ночью и в условиях плохой видимости, на 20% и более повышается производительность труда;
· AGI OCOM e-Drive можно устанавливать на любой трактор, имеющий гидравлическое рулевое управление.
Система автопилотирования Greenstar Autotrac
Оригинальное решение системы позволяет установить автопилот практически на любую технику без вмешательства в гидравлику и электронику. При этом сохраняются все преимущества автопилота – высокая точность вождения, управление в любых погодных условиях, и т.д.
Система автопилотирования GreenStar Autotrack базируется на устройстве параллельного вождения GreenStar, разработанном компанией «Джон Дир».
С помощью системы обеспечивается высокоточное автоматическое управление трактором, самоходным опрыскивателем и др. при движении по рядам в любое время суток и при любых погодных условиях (туман, запыленность).
В состав системы входят:
· GPS приемник StarFire SF1 или StarFire SF2 (обновление SF1 до SF2 – опция);
· крепление под приемник StarFire;
· дисплей GreenStar2 или GreenStar;
· рулевое колесо с электромотором;
· адаптер для установки на конкретную модель трактора, опрыскивателя;
· ключевая карта с ключами активации автопилота.
К преимуществам Greenstar Autotrac относятся:
· точность до 30 см с бесплатной дифференциальной поправкой SF1, и до 10 см с платной поправкой SF2;
· минимальное вмешательство в устройство транспортного средства;
· высокая износоустойчивость системы, не требующая частой замены отдельных частей в процессе эксплуатации;
· мобильность – автопилот несложно переставить на другое транспортное средство, используя соответствующий адаптер (опция);
· широкий перечень моделей сельскохозяйственных машин, совместимых с автопилотом Autotrac
АГРОТРЭЙСЕР
Мониторинг сельхозтехники в реальном времени
Предназначен для отслеживания в режиме реального времени местонахождения и состояния сельхозтехники, запись истории перемещений и работ, отображение состояния на мониторе диспетчерского центра.
В трактор, комбайн или на другую технику устанавливается терминал «АГРОТРЭЙСЕР», подключается к аккумулятору, в терминал вставляется SIM-карта местного оператора состовой связи стандарта GSM и подключаются внешние GPS и GSM антенны. «АГРОТРЭЙСЕР» поставляется в двух исполнениях – с возможностью громкой связи между кабиной и диспетчером (Агротрэйсер-1) и без нее (Агротрэйсер-2).
Функциональные возможности терминала:
· регистрация GPS данных (от 18 до 28 тыс. записей во Flash-память) с периодичностью от 1 секунды до 18 часов;
· встроенные GSM/GPRS модем, усилитель (4 Вт), динамик, микрофон на гибком шнуре, резервный источник питания – аккумуляторная батарея (12В, 1,2 Ач), GSM-антенна, SIM-держатель, СОМ-порт.;
· внешнее питание 10,8…31,2 В.
При нажатии красной кнопки на терминале Агротрэйсер-1 устанавливается голосовое соединение с диспетчерским центром, обратная связь осуществляется оператором центра с помощью специального программного обеспечения (ПО), входящего в комплект диспетчерского центра.
После включения питания на терминал поступают данные от GPS-антенны о местонахождении техники от установленных датчиков о количестве топлива и т.д. (зависит от количества датчиков), и по каналу сотовой связи (GPRS Интернет) терминал передает информацию в диспетчерский центр. При отсутствии зоны покрытия данные накапливаются во внутренней памяти (черный ящик), и при появлении связи передаются в диспетчерский центр.
Диспетчерский центр состоит из сервера, подключенного к постоянно выделенному каналу Интернет. На сервер устанавливается ПО – WEB server (типа Apache, IIS, с поддержкой РНР), база данных (типа MySOL, MS SQL), диспетчерская программа PanAGRO.
В диспетчерском центре отображается информация о текущем положении движущихся объектов или история перемещений машин и агрегатов с точностью до конкретного поля. В программе PanAGRO можно просчитать площадь, которую обработал механизатор, и передать данные в 1С Бухгалтерию для начисления заплаты. В этой же программе можно вести историю полей: анализировать почвенные карты агрохимобследований, посевы, карты урожайности.
Пробоотборники и почвенные карты
В состав комплекта входят: гидравлический пробоотборник (глубина взятия проб 30…120 см); датчик GPS; бортовой компьютер. С помощью комплекта возможно осуществить: планирование точек взятия проб; автоматическое создание почвенных карт.
Пробоотборник Nitfeld № 2005
Основное назначение пробоотборника Nitfeld № 2005 – сбор образцов почвы на глубинах от 10 до 30 см.
Nitfeld № 2005 производит отбор проб с помощью спирального бура. Конструкция бура обеспечивает равномерный отбор почвы по всей высоте отбора. Глубину отбора можно устанавливать с помощью специального электрического датчика.
Время, необходимое для взятия одного образца почвы, составляет около 5 секунд (зависит от состава почвы). Пробоотборник № 2005 весит относительно немного по сравнению с агрегатами для подобных задач, поэтому он пригоден для установки на ATV, John Deere Gator, Kawasaki Mule и другие легкие транспортные средства.
Для № 2005 можно заказать трехточечное крепление на трактор или крепление для квадрцикла или пикапа. Его можно устанавливать позади или сбоку транспортного средства, что дает возможность наблюдать за извлечением проб через боковое зеркало.
Nitfeld № 2005 оснащен собственным гидравлическим двигателем (Power Pack) и поэтому не зависит от гидравлической системы транспортного средства, на котором он установлен.
Управление работой осуществляется с помощью управляющей панели. Водитель может управлять № 2005 с водительского сидения. Фактически водитель остается на своем месте в течение взятия 15…20 фрагментов пробы (ему приходится вставать с сидень, а только для того, чтобы взять пробы из бокса перед началом сбора следующей пробы).
Пробоотборник Nitfeld DP 60
Пробоотборник предназначен для взятия проб почв на глубинах 0…30 см и 30…60 см. Пробоотборник имеет гидравлический привод, пригоден для работы с любыми видами почв, включая самые тяжелые, плотные почвы.
Машина работает полностью автоматически с гидравлической ударной системой. Гидравлический «молоток» делает 2500 ударов в минуту. После введения в почву на 30 см пробник автоматически поворачивается, затем погружается еще на 30 см и поднимается. Взятая проба почвы с первого горизонта помещается в первый контейнер, затем контейнеры автоматически меняются и проба со второго горизонта помещается во второй контейнер.
Оператор может управлять агрегатом, не покидая место водителя (при использовании трактора, пикапа или автоприцепа). Он управляет процессом взятия пробы нажатием кнопки, а спускается с сиденья только после взятия 15 проб, чтобы освободить боксы.
Возможно также взятие стандартных проб почвы только с глубины 0…30 см. При этом оператор остается на сиденье в течение взятия 30 проб, а только затем покидает свое место, чтобы освободить контейнер.
Пробоотборник DP 60 – весьма быстрый агрегат. Процесс взятия одной пробы занимает 20…25 сек, в зависимости от состава почвы.
Существует ряд возможностей скомплектовать агрегат для своих задач, используя следующие компоненты:
· пробоотборник DP 60;
· установочные элементы для трактора;
· установочные элементы для пикапа или автоприцепа;
· «укладывающее» устройство для пикапа или автоприцепа;
· гидравлическая помпа с ручным или электрическим стартером);
· бортовой навигационно-управляющий комплекс «ГЕОПлан», обеспечивающий планирование движения по полю и запоминание координат точек взятия проб.
Автоматический пробоотборник
Wintex 1000
Автоматический пробоотборник Wintex 1000 производит отбор однородных проб почвы на глубине до 30 см. Глубина может регулироваться от 10 до 30 см. Wintex 1000 производит отбор проб с помощью специального зонда, который при погружении в почву поворачивается по спирали, уменьшая тем самым нагрузку на механизм и обеспечивая высокую скорость забора грунта.
Внутренняя полость зонда имеет такой размер, что за 10…14 проколов он набирает необходимое для лабораторного анализа количество грунта (около 300 грамм). Образцы почвы автоматически помещаются в контейнер, который после заполнения достается вручную из пробоотборника, маркируется и отправляется далее в лабораторию. Работой пробоотборника можно управлять с водительского сиденья.
Wintex 1000 можно устанавливать на любую технику. При этом необходимо использование гидравлической помпы или штатной гидравлической системы передвижного средства (например, трактора). Например, когда Wintex 2000 монтируется на ATV типа Honda TRX 450 FE Foreman, гидравлическая помпа для пробоотборника монтируется на вал двигателя вместо дополнительного стартера.
В состав пробоотборников сходит:
· гидравлический механизм с зондом;
· гидравлическая помпа (с электрическим генератором если необходимо);
· бак с маслом, гидравлические трубки;
· педаль управления механизмом;
· бортовой компьютер с GPS-приемником;
· бортовой навигационно-управляющий комплекс ГЕОПлан, обеспечивающий планирование движения по полю и запоминание координат точек взятия проб.
Преимущества Wintex 1000 заключаются в следующем:
· производительность – 38 образцов в час (каждый из них включает 10 миниобразцов (конусов), которые получаются за 10 отборов почвы);
· составление плана замеров по картам полей;
· привязка замеров с помощью GPS и составление почвенных карт.
Картирование урожайности
Составление карт урожайности с применением GPS-технологий – принципиально новый подход, позволяющий контролировать не только количество собранного с поля урожая, но и выявить неравномерность урожайности в пределах поля, чтобы принять правильные агротехнические решения.
Карты урожайности дают возможность идентификации проблемных зон, целенаправленного исследования причин снижения урожайности, таких как дефицит питательных веществ, уплотнение почвы, отсутствие дренажа, зараженность сорняками. Кроме этого, на карте можно отразить влажность зерна, скорость и путь движения комбайна и др.
Система картирования урожайности
GreenStarHarvestDoc
Система GreenStar Harvest Doc позволяет измерить изменения уровней влажности и урожайности на полях, нанести их на электронную карту, выделив в отдельный слой, и использовать для точного внесения семян, удобрений и СЗР, а также учета рабочего времени, полевых работ и электронного контроля и мониторинга выполнения сельскохозяйственных операций. Система GreenStar Harvest Doc разработана специально для комбайнов «Джон Дир».
С состав системы картирования урожайности входят:
1. Бортовой комплекс GreenStarHarvestDoc(устанавливается на комбайны):
· навигационная система StarFire iTC с возможностью принимать бесплатную поправку John Deere SF1 (точность вождения по соседним рядам – 30 см);
· дисплей, мобильный процессор, ключевая карта, карта памяти РСМСIА (2 шт.);
· установочный набор для комбайнов John Deere;
· кабели для стыковки модулей системы с проводкой комбайна;
· проводка GreenStar (для техники John Deere без стикера «GreenStar Ready” – опция);
· датчики массы и влажности зерна (для комбайнов John Deere без стикера «Harverst Doc Ready» — опция);
· бортовой принтер для распечатки чеков – опция;
· инструкция по эксплуатации на русском языке.
2. Настольное программное обеспечение JD ReportsMAPна русском языке
· подготовка карт памяти РСМСIA к работе с системой GreenStar;
· обмен данными с бортовым компонентом системы GreenStar;
· обработка данных, полученных с датчиков урожайности комбайна, экспорт данных в другие программы;
· создание карты урожайности;
· отчеты об использовании техники, рабочем времени, документирование сельхозработ (полевой журнал);
· чтение, хранение и работа с данными о перемещениях техники и границах полей, записанные бортовым компонентом GreenStar с активированным приложением GreenStar Field Doc.
Принцип работы системы картирования заключается в следующем. Приемник сигналов GPS со спутниковой группировки в реальном времени привязывает показания датчиков урожайности к электронной карте. В результате получается цифровая карта урожайности, которая собирает в единую базу данные со всех комбайнов, оснащенных бортовым компонентом системы.
Полученная цифровая карта урожайности вместе с картой агрохимического обследования используется для создания технологической карты дифференцированного внесения семян, удобрений и СЗР. С учетом информации о том, какой участок поля принесет больший урожай, исходя из оптимизации затрат и извлечения максимальной прибыли, принимается решение о дифференцированной обработке полей. Возможна постановка противоположной задачи – снижение затрат в соответствии с потенциалом урожая на обедненных участках поля, включая принятие решений об изменениях севооборота, конфигурации полей и высеваемых культур.
Картирование урожайности на комбайнах CLAAS
Предназначено для сбора и выдачи в электронном виде данных о пространственном распределении количества урожая и влажности зерна в пределах поля. Полученная карта помогает выявить факторы, влияющие на неравномерность урожайности, и выработать комплекс технологических операций для повышения урожайности.
Картирование урожайности происходит следующим образом. По полю едет комбайн, оборудованный GPS-приемником, датчиками урожайности, влажности и бортовым компьютером, GPS-приемник указывает положение комбайна на поле, датчики измеряют количество зерна, собранного в данном квадрате поля, и его влажность, а бортовой компьютер записывает все эти данные на карточку памяти или передает через канал GPRS на сервер (GLAAS Telematics).
Для правильной работы требуется калибровка датчиков для каждого вида зерна, при разных условиях влажности на разных полях и т.д. Правильная калибровка обеспечивает точность определения урожайности до 5%.
При обработке данных программа Agro-Map start позволяет подготовить план работ, записать его на карту памяти, а после загрузить все в бортовой компьютер. В конце смены данные с карточки передаются на офисный компьютер для хранения и обработки. В результате получается карта урожайности.
Карта дает возможность для целенаправленного поиска:
· недостатка удобрений в пятнах с низкой урожайностью;
· проблемных зон, имеющих уплотнение почвы;
· проблемных зон с плохим дренажом;
· зон, пораженных сорняком и паразитами.
Положительный эффект от внедрения картирования урожайности заключается в том, что:
· существенно уменьшится количество агрохимических проб почвы за счет направленного поиска проблемных участков поля;
· уменьшится количество разбрасываемых удобрений и химикатов за счет составления технологических карт для опрыскивателей и разбрызгивателей по картам урожайности;
· при загрузке карт урожайности в программу Agro NET NG, помимо совмещения с картами почвенных анализов, можно проанализировать результаты сева, внесения удобрений и СЭР, рассчитать затраты и экономическую эффективность.
Бортовая информационная система Gebismobile
Центральная Электронная Бортовая Информационная Система (ЦЕБИС) – это многофункциональный ISOBUS терминал фирмы Agrocom для работы с приложениями для дифференциального внесения веществ и работы с прицепными агрегатами и устройствами, поддерживающими стандарт ISOBUS.
Функциональные возможности ЦЕБИС:
· поддержка стандарта ISOBUS – отображение состояния и обмен данными с любым устройством на шине данных ISO. При этом не требуется дополнительных драйверов для этих устройств;
· картирование урожайности с помощью комбайов, оборудованных квантиметрами (датчиками урожайности), запись информации на РСМСIА память для обмена данными с программой AgromMAR или AgroNET NG;
· управление внесением удобрений или ядохимикатов по реальному состоянию всходов или сорняков на основании данных GropMeter. Одновременно идет запись показаний GropMeter и картирование всходов для дальнейшей передачи в AgroNET NG/
Преимущества ЦЕБИС:
· большой, яркий цветнойэкран;
· удобные многофункциональные кнопки, меняющие свое назначение в зависимости от запущенной программы;
· запись данных на внешнюю карту памяти формата СF;
· ударопрочный влагопылезащитный корпус.
Системы переменного дозирования
Технология переменного дозирования (VRT) — автоматическое управление количеством семян при посеве, количеством выносимых в почву жидких или сухих удобрений, количеством выносимых пестицидов и проч. Существуют два вида технологий VRT:
· системы управления дозаторами в реальном времени;
· предварительное программирование систем дозирования.
Дифференцированное внесение удобрений и СЗР в реальном времени
Предназначено для перехода от равномерного для данного поля расхода дорогостоящих химических препаратов к их дифференциальному внесению. Результатом этой технологии является экономия азотных удобрений на подкормке и фугицидов при достаточно сильном заражении поля, а также повышение эффективности их внесения.
Для этого на трактор или опрыскиватель устанавливаются датчики, которые проводят оценку посевов в реальном времени при движении трактора и определяют, сколько надо внести в данной точке того или иного вещества. Есть два типа датчиков биомассы: оптические и механические.
Оптические датчики (например, N-сенсоры Yara или GropCircle) измеряют свет, отраженный от растений, и определяют содержание хлорофилла в листьях, а также биомассу. На основании этих данных, а также данных по сорту и фенофазе растения определяется оптимальная доза азотных удобрений.
Механические датчики типа GropMeterопределяют густоту (и наличие) всходов по отклонению маятника, установленного на тракторе, регулируя подачу удобрений там, где всходы густые (и удобрение даст результат), и где всходов нет (а значит, нет смысла удобрять пустоту).
Функциональные возможности системы:
· система GropMeterустанавливается на любой трактор;
· система GropMeterопределяет количество биомассы в режиме реального времени, и управляет внесением удобрений или фунгицидов (количество болезней также пропорционально густоте биомассы) в соответствии с минимальной и максимальной нормой внесения, которая задается агрономом;
· система GropMeterстыкуется с любыми современными ISO терминалами, управляющими заслонками и дюзами опрыскивателей и разбрасывателей;
· калибровка системы GropMeterочень проста и выполняется за один калибровочный заезд на поле;
· система имеет обратную связь с терминалом и позволяет составлять карты внесения удобрений и фунгицидов.
Исследования показали, что применение GropMeter позволяет экономить в среднем 15…20% удобрений. Расчет экономической эффективности производился на основе опыта применения GropMeter в пяти хозяйствах на площади в несколько сотен гектаров.
Электронные карты полей
Электронные карты полей (ЭКП), важнейший элемент современного сельскохозяйственного производства, предназначены для:
· высокоточного (до долей процента) учета площадей и границ полей;
· планирования агрохимических обследований почв, севооборотов;
· ведения истории полей;
· отображения и оптимизации маршрутов движения техники.
Технология создания электронных карт полей заключается в следующем:
· обмер полей аппаратно-программным комплексом ГЕОУчетчик;
· изготовление ЭКП;
· поставка заказчику ЭКП и специального программного обеспечения.
Агрохимическая лаборатория
Для получения стабильно высоких урожаев производителю сельскохозяйственной продукции необходимо знать, в каких условиях произрастают культурные растения на его полях. Располагая информацией о свойствах почвы, можно более рационально распределить удобрения, средства защиты растений в пространстве (по площадям хозяйства) и во времени (по фазам развития растений). Агрохимическое обследование хозяйства позволяет: экономить дорогостоящие удобрения, СЗР, ГСМ и семенной материал, а также увеличить урожайность культур и качество (цену) продукции. Эти сэкономленные и заработанные средства многократно превосходят затраты на производство агрохимического обследования.
Агрохимическое обследование включает три стадии:
· отбор почвенных образцов производится при помощи пробоотборника, который крепится к кузову или внутри кабины автомобиля. Глубина отбора – от 30 до 120 см;
· анализ образцов производится в многофункциональной лаборатории, в которой с большой точностью и оперативностью определяется содержание питательных веществ в почве;
· рекомендации по внесению удобрений являются конечным результатом агрохимического обследования. По данным лабораторных анализов определяют вид, дозы удобрений и сроки их применения для каждого поля (участка поля) и каждой культуры. Планирование внесения средств защиты растений и нормы высева семян производят с учетом свойств почв.
Характеристики лаборатории для почвенного анализа.Лаборатория может использоваться как для анализа почв, так и для исследования растений.
Выполняемые анализы:
· содержание микроэлементов – доступные для питания растений формы азота, фосфора и калия (NPK). Эти характеристики помогают выбрать удобрение и определить его дозу;
· кислотность почвы. Кислые почвы отрицательно влияют на рост большинства растений. Для оптимизации реакции почвы ее следует известковать. Показатель рН требуется также для определения дозы извести;
· содержание микроэлементовZn, Fe, Mn, Cu – в случае недостатка в почве этих микроэлементов, наблюдается снижение урожайности культур и их устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды.
Производительность лаборатории составляет 150…300(400) образцов в день.
Запас реактивов рассчитан на обеспечение беспрерывной работы лаборатории в течение одного года: 29600 тестов на азот (N) 16000 тестов на фосфор (Р), 6500 тестов на калий (К), 12500 тестов на микроэлементы (всего 64600 тестов).
Требования к агрохимической лаборатории:
· Комната для подготовки почвенных образцов: 4 м2,стол для установки размельчителя почвы, вентиляционная система, две розетки.
· Комната для хранения почвенных образцов: 10 м2, несколько ящиков для хранения почвенных образцов, одна розетка 220В.
· Аналитическая комната: 25 м2, стол длиной 16 м, 2 розетки 220В на каждые 2 метра стола, 2 раковины.
Твердомер Дикей-Джон
Проблема уплотнения почвы все острее становится перед сельхозпроизводителями России. Уплотнения почвы нарушают ожидаемый баланс из-за:
· обработки почвы. По некоторым исследованиям трудозатраты по обработке такой почвы возрастают почти в 2 раза;
· снижения урожайности. Корни растений не могут пробиться через уплотнения, и урожайность снижается на 20…50%;
· уплотнения препятствуют работе естественного механизма регулирования и распределения влаги в почве, избыточность влаги у поверхности затрудняет обработку полей весной и осенью, а блокировка воды, находящейся ниже уплотнений, способна замедлить рост растений и сократить урожаи, особенно, в период засухи;
· удобрения в зоне уплотнений будут либо скапливаться, отравляя растения, либо блокироваться, не питая их, что резко снижает эффективность внесения.
Уплотнения могут возникать в любых типах почв. Из года в год в результате передвижений техники по полю и культиваторов ниже обработанного пахотного слоя формируется плужная подошва – уплотненный подпочвенный пласт. Перемещение техники и плугов приводятся к уплотнениям, которые вытесняют воздух и становятся непреодолимой преградой для поверхностной влаги и корней растений. Одни почвы подвержены уплотнениям в большей степени, другие в меньшей – но, раз возникнув, проблема уплотнений будет только разрастаться. Влага и трафик техники постепенно будут утолщать уплотненный слой.
С помощью твердомера можно решить вопросы, связанные с планированием культивации и оценкой состояния уплотнения почвы, а именно:
· имеются ли уплотнения;
· как много уплотнений и какова их глубина;
· какова фактическая глубина проведенной культивации;
· насколько глубоко следует культивировать;
· на какую глубину могут проникать корни растений;
· если имеется проблема, каково наиболее оптимальное решение;
· помогает ли применяемая система обработки почвы решать проблему или, напротив, усугубляет ее.
Проверять почву на уплотнение надо ранней весной, когда уровень влажности относительно высок, а также осенью перед культивацией.
Для этого необходимо сделать следующее:
· с постоянной силой и равномерно воткнуть твердомер в почву;
· по шкале измерителя определить давление в кг/см2;
· записывать силу давления при ее увеличении и последующем уменьшении;
· для получения точных данных повторить тест несколько раз в одном месте;
· проводить тест в нескольких точках на поле;
· после определения глубины уплотнений в тех местах, где при введении тестера столкнулись с наибольшим сопротивлением, сделать разрез на глубину, где начинается уплотнение, чтобы проверить: насколько сильно уплотнение препятствует развитию корневой системы.
Программное обеспечение Agrocom Agro net NG
Программа нового поколения Agrocom Agro net NG предназначена для агроменеджеров растениеводческих сельхозпредприятий, управляющих своим хозяйством с использованием технологий точного земледелия. Данная программа относится к классу ERP систем, в которой кроме обычных функций учета и документирования всех затрат и доходов введены функции геоинформационной системы, которые привязывают координаты каждого поля к земной поверхности. Это дает возможность не только рассчитывать точные нормы высева, количество вносимых удобрений, но и подготавливать задания для бортовых компьютеров и мобильных рабочих мест агрономов, считывать реальные данные с датчиков урожайности, агрегатов точного внесения удобрений и т.д.
Функциональные возможности:
· база данных по всем полям, персоналу, машинам, культурам, питательным, биоактивным веществам, индикаторам, удобрениям;
· планирование мероприятий по каждому полю с последующим отображением на карте – какие культуры будут посажены, на каком поле;
· наглядные многослойные карты полей с возможностью редактирования границ полей, разбивки полей на участки, объединения и др. функций, которые предоставляет типовая геоинформационная система;
· занесение и отображение всех мероприятий на дисплее наладонного компьютера и считывание с него данных;
· считывание и запись данных с бортовых компьютеров;
· комбинирование графиков с производственной документацией.
Преимущества программного обеспечения:
· простой, наглядный интерфейс, хранение информации в единой базе данных, удобный поиск, документирование всех операций;
· сочетание учетной системы с геоинформационной системой позволяет вести производственную деятельность по технологии точного земледелия;
· автоматизированный обмен данными с бортовыми компьютерами и наладонными компьютерами существенно экономит время по внесению данных в программу;
· возможность экспорта данных в программу 1С.
Программное обеспечение Agrocom Agro net NG можно не только купить, но и «взять в аренду» — возможен вариант работы с данной программой через Интернет с помесячной оплатой 70 Евро. Возможны on-line консультации по работе с ПО.
Разработки других организаций
Система автоматизированного землеустроительного проектирования противоэрозионной организации территории
(САЗПР) «АСР ЭОЗ»
Во всем мире большое внимание уделяется защите почв от эрозии, т.к. эрозия, разрушая почву, подрывает возможность увеличения производства сельскохозяйственной продукции.
Только вследствие проявления водной эрозии около 10% пашни потеряли 30…60% своего плодородия и еще около 25% пашни потеряли 10…30% плодородия. В среднем по России с 1 га пашни теряется 0,62 т гумуса, а общий объем потерь составляет 81,4 млн. т. Ежегодно вследствие водной эрозии теряется около 1,5 млрд. т плодородного слоя почвы, что соответствует потере 18…20 млн. т питательных веществ.
Организация территории хозяйств, расположенных на эродированных и эрозионноопасных землях (противоэрозионная организация территории), имеет свои особенности. Связаны они с необходимостью обеспечить прекращение эрозии, восстановление продуктивности нарушенных угодий и улучшение их пространственных характеристик.
САЗПР «АСР ЭОЗ», являясь примером всестороннего внедрения в современное землеустройство передовых компьютерных ГИС-технологий, позволяет автоматизировать и оптимизировать процесс противоэрозионной организации деградируемых агроландшафтов.
В представляемой версии САЗПР «АСР ЭОЗ» пользователь может решать следующие задачи проекта внутрихозяйственного землеустройства по противоэрозионной организации территории деградируемых агроландшайфтов: автоматическое составление составление карты крутизны склонов, карты категорий эрозионно-опасных земель, противоэрозионную организацию территории севооборотов, противоэрозионное устройство территории севооборотов, проектирование противоэрозионных агротехнических и других мероприятий, экономическое обоснование проектных решений.
Таким образом, при использовании САЗПР «АСР ЭОЗ» будут наилучшим образом использоваться природный потенциал и другие ресурсы хозяйства. При этом появляется возможность оперативно реагировать на изменение экономической ситуации и конъюнктуры рынка, варьировать ресурсами и вносить коррективы в проект внутрихозяйственного землеустройства с экономической выгодой для хозяйства, совершенствовать структуру посевов, дифференцированно размещать культуры с учетом качества земель, уровня деградации агроландшафта, освоения и мелиорации угодий.
Применение САЗПР «АСР ЭОЗ» даст возможность оптимизировать выбор варианта автоматизации для каждого конкретного объекта с точки зрения получения максимальной экономии и минимальных затрат. Это позволит привести в действие значительную часть не используемых в настоящее время резервов роста эффективности производства.
САЗПР «АСР ЭОЗ» использовалась при землеустроительном проектировании в восьми хозяйствах Курской, Воронежской, Рязанской и Белгородской областей. Суммарный эффект составил более 19 млн. рублей.
К настоящему времени разработанные методики реализуются в хозяйствах и составляют около 4,5% от общей суммы эффекта. Предлагаемые методики позволяют сократить время разработки проектов внутрихозяйственного землеустройства в 16 раз (по укрупненным показателям).
Потребителями данной разработки могут являться: организации, занимающиеся разработкой проектов внутрихозяйственного землеустройства; учебные заведения, в учебных программах, которых присутствуют соответствующие дисциплины.
Авторами САЗПР «АСР ЭОЗ» являются: Папаскири Тимур Валикович, Шаймарданов Юрий Равильевич, Захарова Александра Евгеньевна, Барков Сергей Константинович.
Адрес Государственного университета по землеустройству: 105064, Москва, ул. Казакова, 15. тел/факс (495) 267-93-95; электронный адрес: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., тел./факс (495) 261-81-01
Электронные карты полей
Для эффективного управления сельхозпредприятием необходимо точно знать: какими посевными площадями Вы располагаете. Нередко руководители и агрономы хозяйств лишь приблизительно знают размер своих полей, что негативно влияет на точность расчета удобрений и подсчета урожая.
Электронные карты полей предназначены для оптимизации работы сельскохозяйственного предприятия: помогают осуществлять контроль, учет и анализ всех процессов, дают наглядное представление о площади полей, типе местности, дорогах, типах посевов, служат для оптимизации работы и рационализации использования всех ресурсов.
Существуют следующие виды карт: спутниковые карты, векторные карты, пользовательские карты.
Варианты использования электронных карт:
· ведение истории полей (учет севооборота);
· спутниковый контроль транспорта;
· картирование урожайности;
· планирование производственных процессов;
· агрохимическое обследование почв;
· дифференцированное внесение удобрений.
В электронной карте полей можно просматривать следующие слои:
· поля;
· границы;
· дорожную сеть;
· растительность;
· надписи и пометки;
· водные объекты;
· объекты-помехи.
К способам создания электронной карты полей относятся:
· электронная обрисовка границ по космическому снимку;
· наземное обозначение координат полей;
· совмещение обоих методов (наиболее точный).
Агрохимическое обследование полей
Для расчета доз минеральных удобрений необходимо учитывать основные агрохимические параметры почвы, такие как: кислотность, подвижные формы фосфора и калия, органическое вещество, гидролитическая кислотность, сумма поглощенных оснований, то есть ключевые химические индексы плодородия почв. Для определения значений этих параметров проводится агрохимическое обследование почв.
Обследование производится с помощью Комплекса функциональных компонентов:
· автомобиль;
· автоматический почвенный пробоотборник (глубина отбора – 25 см);
· спутниковая система позиционирования (GPS);
· бортовой компьютер;
· программное обеспечение.
Отобранные и маркированные образцы (пробы) «точный»способ передаются в аккредитованную агрохимическую лабораторию для анализа. После выполнения анализов из лаборатории получаем ведомость, где указаны агрохимические показатели, соответствующие номерам проб. Результаты анализа вводятся в компьютер, в специальную программу (геоинформационную систему – ГИС) и обрабатываются.
Полученные пространственно-ориентированные карты распределения каждого агрохимического показателя позволяют видеть и учитывать при расчетах реальное состояние полей.
Адрес ООО «ГЕОКОМ», РФ, г. Липецк, ул. Баумана, д. 299-б; тел.: 8(4742) 78-65-57, 39-10-53; тел./факс 8(4742) 78-65-54; электронный адрес: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Информационная система АгроХолдинг
ЦентрПрограммСистем (ЦПС) – компания, специализирующаяся на автоматизации систем управления предприятий агропромышленного комплекса.
Программные продукты ЦПС – это современные инструменты для работников экономических, финансовых и учетных подразделений, которые позволяют увеличить эффективность планирования и учета на предприятии и поднять управление предприятием на более высокий уровень.
Предлагаемая информационно-аналитическая система предназначена для автоматизированной обработки технологических данных предприятия, выполнения расчетов и анализа, в том числе с учетом геопространственной привязки, автоматизированного сбора данных и отображения текущего состояния объектов мониторинга технических средств на карте, контроля за ресурсами, комплексного управления и учета деятельности сельхозпредприятий. Система разработана совместно со специалистами компании КБ «Панорама» г. Москва и объединяет современные информационные технологии и услуги агротехнологического консалтинга. Функционально система состоит из следующих блоков:
Охватываемые функции системы:
ГИС и диспетчерский центр:
· ведение паспортов полей и их геопространственная привязка;
· сбор данных от объектов системы мониторинга, обработка информации и помещение результатов обработки в базу данных; визуализация объектов мониторинга и их характеристик на фоне карты;
· определение характеристик отдельных полей; учет фактически выполняемых работ;
· публикация отчетно-справочной информации в сети Internet.
· Технико-экономическое планирование: составление структуры посевных площадей; планирование выпуска продукции растениеводства, определение потребности почв в питательных элементах с учетом плановой урожайности; формирование планово-учетных цен номенклатуры; составление технологических карт возделывания культур; распределение запланированной техники; составление баланса продукции растениеводства; планирование косвенных затрат в растениеводстве; расчет плановой себестоимости продукции растениеводства.
· Оперативное планирование:
Распределение запланированной техники
Для того чтобы составить базовый план с/х работ по технике и определить недостаток/избыток имеющейся в хозяйстве техники, в системе предусмотрен механизм распределения имеющейся в хозяйстве техники в соответствии с календарной потребностью. После распределения формируется базовый план сельскохозяйственных работ, по отношению к которому определяются отклонения для целей управления.
Корректировка плана сельскохозяйственных работ.
Исполнение задачи инициируется: при неблагоприятных климатических условиях для проведения работ; при нехватке или отсутствии техники. При этом пересчитываются все технологические карты растениеводства, удовлетворяющие параметрам, для которых необходимо изменение. Сроки проведения всех последующих операций технологических карт, которые идут за указанным видом операции также сдвигаются на указанное количество дней.
· Оперативный учет с/х работ: формирование достоверной и актуальной информации о ходе выполнения запланированных с/х работ в хозяйстве. Модуль объединяет следующие задачи: оперативный учет выполненных с/х работ, формирование учетных листов трактористов-машинистов, формирование путевых листов автомобиля (трактора).
· Оперативный учет с/х продукции:учет прихода продукции с полей, учет реализация зерна с поля, учет реализации зерна с тока. При этом данные могут собираться как с подсистемы «Диспетчерский центр», так и сниматься показания с электронных весов, установленных на складах.
· Финансовый учет:реализует функции финансового и бухгалтерского учета, учета расчетов с клиентами и поставщиками, учет основных средств, управления денежными средствами и др.
Прикладное решение базируется на «1С : Управление производственным предприятием 8.1», которое является комплексным прикладным решением, охватывающим основные контуры управления и учета на производственном предприятии. Модуль «Финансовый учет» позволяет организовать комплексную информационную систему, соответствующую корпоративным, российским и международным стандартам и обеспечивающую финансово-хозяйственную деятельность предприятия.
Бюджетирование:
Основные функции: детальная разработка плановых показателей всех подразделений, актуализация бюджетов, фиксация фактических данных (отслеживание исполнения), анализ и контроль отклонений фактических показателей от плановых и выявление причин отклонений, установка целей и мотивации.
Финансовый анализ:
Получение аналитического баланса, отчета о прибылях и убытках в аналитической форме, расчета коэффициентов ликвидности, рентабельности, анализа финансовой устойчивости и прочих дополнительных показателей.
Предлагаемая информационная система разработана на базе «1С: Предприятие 8.1».
«1С: Предприятие 8.1» позволяет увеличивать производительность и масштабируемость прикладных решений, включает новые решения для более эффективного управления данными и мощные средства для построения отчетов. Механизмы новой платформы позволяют реализовывать большое количество разнообразных функций, которые необходимы для управления современным сельхозпредприятием.
Адрес компании ЦПС: 308023, Россия, г. Белгород, пр. Б. Хмельницкого, 135, офис 39; тел./факс ( 4722) 34-07-22, (905) 171-41-87
Специалисты АО «Аграр-офис» производят комплексное обследование сельскохозяйственных площадей, включая обработку и подготовку данных.
Агрохимобследование полей и планирование норм внесения удобренийосуществляется с использованием глобальных систем позиционирования (ГСП). Отбор образцов почв производится всегда в одном и том же месте. Это позволяет отслеживать ситуацию в разрезе севооборота. Результаты агрохимобследования сохраняются в базе данных и применяются для планирования норм внесения удобрений. Данные в виде заданий записываются на чип-карту и передаются в борткомпьютер Gren-Star. При агрохимобследовании производится разбивка полей на элементарные участки. Норма вынесения удобрений рассчитывается для каждого элементарного участка. Сумма потребности в удобрениях составляет потребность всего хозяйства в удобрениях.
Дифференцированное внесение удобрений по элементарным участкам в зависимости от содержания питательных веществ в почве производится с помощью системы Gren-Star,которая может подключаться к разрбрасывателю минеральных удобрений с борткомпьютерами. Бортовой компьютер Gren-Star в режиме реального времени регулирует норму внесения удобрений по данным карты дифференцированного внесения. Таким образом, удобрения вносятся по нормам, предварительно рассчитанным в программе индивидуально для каждого элементарного участка. Преимущество системы заключается в том, что сохраняется полный цикл информационных потоков:
· сохранение данных на чип-карте о фактически внесенных удобрениях;
· автоматическое документирование выполненных мероприятиях;
· накопление точных данных для планирования последующих мероприятий или планирования доз удобрений на следующий сезон.
Система Gren-Star не только автоматически управляет комбайном, но и картирует данные урожайностикультур. На основании этих данных возможно еще точнее спланировать мероприятия следующего сезона и сэкономить дополнительные средства и ресурсы.
Помимо этого выполняются следующие операции:
· отслеживание грузов и автоматическое ведение складской документации;
· измерение и картирование влажности и сухого вещества;
· документирование всех сведений об уборке и учете рабочего времени;
· составляются исходные данные для планирования мероприятий следующего сезона, прежде всего – внесения удобрений.
Система автопилотирования Auto Trac устраняет лишние перекрытия площадей полей, получаемые при разворотах и между проходами сельскохозяйственной техники. При этом экономятся деньги и ресурсы не только при внесении удобрений, но и при обработке почвы, посева, защите растений и уборке.
Auto Trac может быть установлен на каждый трактор John Deere. Parallel Tracking можно использовать в абсолютно любой машине, но здесь нужно рулить вручную, по указанному на дисплее курсу.
Преимущества системы заключаются в следующем:
· управление движением трактора позволяет исключить двойную обработку;
· экономия ресурсов и материалов при выполнении всех работ;
· система GreenStar может быть установлена практически на любую машину;
· ГСП измерение путей и площадей как стандартная функция;
· автоматическое документирование;
· ввод маркеров, данных мониторинга и метеоусловий.
ГИС Панорама АГРО
В КБ «Панорама» (геоинформационные технологии) разработана географическая информационная система Панорама АГРО предназначенная для автоматизации управления сельскохозяйственным предприятием в отрасли растениеводства и являющаяся одним из составляющих элементов комплексной технологии производства сельскохозяйственной продукции на основе GPS/ГЛОНАСС навигации технических средств.
Основные функции ГИС Панорама АГРО:
· ведение базы нормативно-справочной документации;
· учет сельскохозяйственных угодий с привязкой к карте;
· ведение агрохимического мониторинга сельскохозяйственных угодий;
· обработка навигационных данных и контроль перемещений техники;
· планирование и учет фактических работ.
Ведение базы нормативно-справочной документацииосуществляется средствами встроенной подсистемы «Список справочников». Вся нормативная информация представлена в виде дерева справочников, разделенных по следующим основным категориям:
· базовые справочники;
· нормативные данные о составе почв;
· нормативно-справочная информация о выращиваемых культурах;
· сведения об удобрениях, средствах защиты растений и химической мелиорации;
· технологический справочник сельскохозяйственного предприятия;
· сведения о технических средствах;
· сведения о персонале;
· нормативно-справочная информация по агротехническим мероприятиям.
Учет сельскохозяйственных угодий и агрохимический мониторингвыполняются на основе геопространственной привязки данных. Средства экранной навигации позволяют при выборе поля на карте просматривать его характеристики и, наоборот, при просмотре параметров сельскохозяйственного угодья оценивать его размещение на местности. Основными функциями подсистемы являются:
· получение геометрических параметров полей и рабочих участков (площадь, периметр);
· расчет расстояний между полями и другими объектами карты;
· ведение данных о сельскохозяйственных угодьях с учетом привязки к году урожая;
· просмотр и анализ тематических карт агрохимического мониторинга полей, возделываемой культуры, вносимых удобрений, урожайности, экономической эффективности культуры и пр.;
· формирование статистических справок и отчетов на основании выборок и запросов пользователя.
Контроль перемещения техники предназначен для визуального анализа на фоне топографической карты перемещений технических средств предприятия, а также для обеспечения данными системы автоматического учета фактически выполненных работ. Подсистема визуального контроля функционирует на основе данных, поступающих от навигационной аппаратуры, установленной на технических средствах, и обеспечивает выполнение следующих функций:
· ведение списка технических средств, на которых установлена навигационная аппаратура;
· управление системой отображения технических средств;
· отображение техники в режиме реального времени;
· «прокрутка» информации за указанный период (история перемещений);
· просмотр параметров мониторинга (скорость, пройденное расстояние, обработанная площадь, расход горючего и пр.);
· установление громкой связи с водителем/механизатором.
Планирование и учет фактических работ позволяет вести единое планирование и учет механизированных работ, а также учет фактических выполненных работ с группировкой по функциональному назначению: внесение удобрений, внесение мелиорантов, внесение средств защиты растений и пр. Учет механизированных работ осуществляется на основе ежедневного планирования и автоматизированного заполнения данных по факту выполненных работ. Фактический объем работ рассчитывается программой на основе данных мониторинга техники. Основные функции подсистемы:
· формирование планового задания водителю/механизатору на день;
· получение данных от подсистемы мониторинга перемещений техники;
· расчет фактических параметров (пройденное расстояние, обработанная площадь, расход горючего);
· формирование графиков текущего расхода топлива;
· заполнение и редактирование бланка фактически выполненных работ;
· формирование справок и отчетов;
· обмен информацией с внешними системами (ГИС карта 2005, 1С УСХП).
Адрес КБ «Панорама»: г. Москва, Б. Толмачевский пер., д. 5 (м. Третьяковская); тел. (495) 739-020-45; факс (495) 739-02-44, http://www.gisinfo.ru, электронный адрес: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Датчики для измерения параметров почвы
Получение информации об урожайности с.-х. культур, отбор и анализ почвенных проб требует наличия соответствующих приборов и оборудования. В связи с этим возникает большая потребность в разработке датчиков и технических средств для автоматизированного отбора и анализа данных о состоянии почвы, растений, наличии вредителей и болезней, сорняков и т.д.
Измерение параметров почвы, которые влияют на рост и развитие растения, является неотъемлемой составляющей точного земледелия. Эффективность точного земледелия будет во многом зависеть от того, как быстро и точно будут измерены эти показатели. Частота измерений (пространственная и временная) будет зависеть от того какова изменчивость измеряемого показателя (изменчивость этого параметра по полю и во времени).
Такие показатели, как содержание нитратов, влажность почвы, могут меняться быстро как по полю, так и во времени и должны измеряться в реальном масштабе времени.
Другие параметры, такие как содержание органического вещества, глубина пахотного слоя, будут несущественно меняться во времени и их можно замерять один раз в год или реже. Что касается количества замеров, то оно зависит от вариабельности измеряемого параметра. Для определения вариабельности того или иного показателя нужно проводить замеры с малым шагом квантования, что очень дорогостояще. Поэтому нужны автоматизированные системы отбора и анализа проб.
Имеется два источника ошибок при измерении параметров почв: ошибка анализа и ошибка, обусловленная изменчивостью показателей от точки к точке. При традиционных методах отбора и анализе проб ошибка анализа — незначительна, а ошибка, связанная с отбором проб, существенна, так как отбирается мало проб вследствие дороговизны. При оценке параметров плодородия с помощью датчиков в реальном масштабе времени картина меняется на противоположную.
Существует острая необходимость в разработке систем для оценки распределения элементов питания в почве и повышения точности карт распределения азота, фосфора, калия (NPK). В настоящее время основное внимание сосредоточено на разработке датчиков для оценки содержания азота и его форм в почве в связи с большой отзывчивостью растений на азот и существенным влиянием его на загрязнение окружающей среды и значительной временной и пространственной изменчивостью.
Большой объем работы, включающий отбор презентативного образца, его сушку, размол и проведение лабораторных анализов, требует разработки и оснащения агрохимических лабораторий специализированным лабораторно-полевым оборудованием, быстродействующими аналитическими системами, а также создания новых методов и технологий массовых анализов.
Одним из направлений снижения затрат на взятие почвенных проб является разработка мобильного пробоотборника.
Выполненный анализ зарубежных источников показал, что, независимо от фирмы производителя, пробоотборники обладают рядом специфических особенностей /37/.
Пробоотборник CEE 98SS отличается высокой маневренностью благодаря передней навеске. Наличие рамы обеспечивает устойчивую работу пробоотборника СЕЕ. Такая конструкция пробоотборника позволяет отбирать пробы в местах, где работа навесных пробоотборников невозможна.
Пробоотборник Dura—Drill предназначен для отбора проб из твердой или промерзлой почвы. Это позволяет отбирать пробы в течение круглого года. Рабочим органом пробоотборника является шнек. Диаметр шнека 3 см, он оснащен карбидовым наконечником, что позволяет бурить мерзлую почву. Длина шнека 25, 90, 120 см. Пробоотборник навешивается на мобильное средство, управляется с помощью пульта управления. Привод пробоотборника осуществляется с помощью гидронасоса. После выглубления шнека почва выгружается в контейнер. Частота вращения шнека и заглубления выбираются в зависимости от физических свойств почвы.
Таблица 2
Техническая характеристика пробоотборника
Модель Dura-Drill | Глубина отбора проб, см | Время отбора проб, с |
1110 | 25 | 10…15 |
1136 | 90 | 25…35 |
1148 | 120 | 45…60 |
Пробоотборник SoilRover оснащен:
· гидравлическим буром фирмы «Конкорд»;
· измерителем плотности почвы;
· системой позиционирования DGPS фирмы Trimbler;
· системой хранения и обработки данных (RDS+GIS);
· системой ближнего сканирования (VIS/NIR);
· цифровой фотосъемкой;
· системой измерения электропроводности почвы EN38.
Пробоотборник навешивается на автомобиль Landrover Defender 110. С помощью бура можно отбирать почвенные образцы на глубину 0…1 м.
Немецкая фирм Nietfeld модернизировала бур, и он стал в состоянии отбирать пробы на глубине до 3 м.
Пробоотборник фирмы MCL3 GEONOR
Пробоотборник предназначен для быстрого отбора почвенных проб на глубине 90…120 см с целью определения содержания питательных элементов в почве независимо от ее типа.
Пробоотборник типа МСL3 имеет свою гидравлическую систему и может быть навешен на любое энергетическое средство с высокой проходимостью.
Модель пробоотборника МСL3Т значительно легче и более экономична, не имеет своей гидравлической системы и поэтому должна навешиваться на трактор или другое легкое энергетическое средство, имеющие свою гидравлическую систему.
Таблица 3
Технические характеристики пробоотборников
МСL3 | МСL3Т | |
Масса | 325 кг | 190 кг |
Гидравлическая система | Хонда GX 13 л.с. Гидронасос 12а бар | — |
Гидравлическое ударное устройство | Lifton LN 12,400 ударов в минуту | — |
Объем гидравлического бака | 30 л |
· пробоотборник универсален для навешивания на автомобили, тракторы и другие легкие мобильные энергетические средства;
· глубина отбора проб 0…1 м; возможна глубина отбора до 0…120 см;
— пробы отбираются из твердой и замерзшей почвы;
· гидравлическое ударное устройство совершает 1700 ударов в минуту;
· работа пробоотборника контролируется с помощью дистанционного пульта управления;
· почвенный образец высвобождается быстро и точно;
· глубина отбора проб контролируется автоматически;
· агрегатируется с мобильным энергетическим средством типа Honda мощностью 9 л.с.;
· имеет емкость из нержавеющей стали, которая может вместить до 20 образцов почвы;
· один год гарантии на все узлы пробоотборника;
· масса 317,5 кг;
· приобретение пробоотборника возможно по лизингу или по кредитным карточкам.
Мониторинг урожайности с.-х. культур
Мониторинг урожайности с.-х. культурв момент их уборки является одним из основных источников информации об эффективности всех ранее принятых мероприятий по воздействию на почву и растение. Широкомасштабные исследования ведутся по совершенствованию технических средств для измерения урожайности, а также методов обработки полученной информации с целью повышения точности измерений и достоверности выводов. Эта проблема довольно сложная, так как определение урожайности осуществляется посредством измерения массы зерна, поступающей в бункер комбайна (в случае уборки зерновых культур). Время от момента скашивания до поступления зерна в бункер, по данным, составляет 15 с. При средней скорости комбайна 5,15 км/ч он проходит расстояние 20,1 м. Это запаздывание поступления зерна в бункер должно учитываться при определении координат участка, с которого было убрано зерно /37/.
В настоящее время фирмы John Deere, Fieldstar и другие выпускают и представляют на рынок мониторы урожайности для зерновых культур. Хуже обстоит дело с мониторами урожайности корнеклубнеплодов, помидор, земляных орехов и др. Основная причина, сдерживающая их производство – отсутствие надежных датчиков для измерения урожайности. Затруднения с разработкой систем мониторинга для перечисленных культур обусловлены тем, что размеры и форма плодов меняются в широких пределах. Наличие вибрации, запыленности и загрязненности урожая также влияет на точность измерений.
В последние годы в Северной Америке количество мониторов урожая зерновых, установленных на зерновых комбайнах, возросло от 100 до 25000 штук. Почти половина из них подсоединена к приемникам DGPS для составления карт урожайности. Это оборудование совместно с компьютером, принтером и соответствующим математическим обеспечением дает возможность составлять цветные карты урожайности, которые отражают изменчивость урожая при переходе от одного участка к другому. С помощью этих карт можно понять причины изменчивости урожайности в пределах одного поля. Более эффективное использование карты урожайности может быть достигнуто посредством объединения информации об урожайности с другой информацией о поле, такой, например, как рельеф, распределение элементов питания и др.
Для получения информации, необходимой для построения карты урожайности, на комбайн устанавливают ряд датчиков. Основным элементом системы картографирования является датчик урожайности, измеряющий урожайность либо непосредственно — взвешиванием, либо опосредовано. Для получения достоверной информации об урожайности нужны высокоточные датчики. В настоящее время имеется много различных датчиков для определения урожайности: весовой датчик урожайности фирмы Claas, радиационный датчик измерения урожайности, объемный датчик урожайности RDS Ceres /37/. Однако даже при точной оценке массы зерна, поступающего в бункер, не всегда удается точно определить урожайность. Это обусловлено рядом причин:
· изменением геометрии потока зерна;
· нарушением характеристик датчика, например, из-за изменения температуры окружающей среды или вибрации комбайна;
· изменением влажности зерна или его плотности;
· засоренностью потока зерна различными включениями.
В связи с этим погрешность при определении урожайности существующими мониторами урожайности составляет 3…8%.
Технические решения дифференцированного внесения удобрений и химических средств защиты растений
Основными технологическими операциями при дифференцированном внесении удобрений являются:
· определение границ поля;
· разбивка поля на элементарные участки и отбор почвенных проб для оценки пестроты параметров плодородия поля в принятой системе позиционирования;
· анализ проб в лабораторных условиях;
· разработка электронной карты дифференцированного внесения минеральных удобрений под программируемый урожай в принятой системе позиционирования;
· дифференцированное внесение минеральных удобрений.
Во многих странах (США, Канада, Англия, Австралия, Финляндия, Германия) развернуты исследования по разработке технологий и технических средств для дифференцированного применения удобрений и химических средств защиты растений. Наметились две концепции реализации технологий дифференцированного внесения удобрений:
1. Концепция, основанная на предварительном анализе состояния почвы и посевов в системе глобального позиционирования (GPS). Полученные данные интерпретируются с использованием Геоинформационной системы. Затем по определенной программе с учетом принятых ограничений и допущений разрабатывается план оптимального применения удобрений с целью получения заданной урожайности возделываемой культуры.
На основе обработки исходной информации разрабатывается электронная карта выполнения технологического процесса на соответствующем поле в принятой системе позиционирования.
В процессе движения машины-удобрителя по полю с помощью бортового компьютера в строгом соответствии с электронной картой контроллер обеспечивает внесение необходимых доз соответствующего вида удобрений на каждый элементарный участок поля с учетом фактической скорости агрегата и быстродействия исполнительных механизмов.
2. Концепция, основанная на получении информации о поле с помощью датчиков в реальном масштабе времени без использования электронной карты.
Датчики, функционируя в реальном масштабе времени, в процессе движения агрегата измеряют свойства почвы и характеристики растений. Затем посредством контроллера на основе полученной информации от датчиков регулируется доза внесения удобрений или средств защиты растений. Датчики при этом обеспечивают подачу непрерывного потока информации на контроллер, на основании чего осуществляется внесение дифференцированных доз удобрений на каждый элементарный участок поля. Такая технология не требует GPS.
Датчики могут быть использованы также и в технологии, основанной на применении GPS. Полученная с их помощью информация может быть использована для составления электронных карт, необходимых для выполнения соответствующих операций.
Машина для внесения азотных удобрений с использованием информации от датчиков в реальном масштабе времени создана фирмой Grop Technology, Inc., Houston, штат Texac /37/.
Основными компонентами системы для дифференцированного внесения удобрений, мелиорантов и других средств химизации являются: приемник сигналов GPS, бортовой компьютер, контроллер, устройство для измерения скорости движения агрегата.
Посредством GPS, бортового компьютера и программного обеспечения происходит взаимодействие исполнительного механизма машины с электронной картой поля, на которой представлена информация о дозе внесения удобрений, норме высева семян и применения пестицидов.
Наличие этой системы на борту машины позволяет контролировать все операции. Так, GPS определяет и выдает на дисплей местонахождение машины-удобрителя, бортовой компьютер с соответствующим программным обеспечением использует эту информацию для определения дозы удобрения, которую необходимо внести в этом месте.
Бортовой компьютер может работать совместно с контроллером или вместо него, если имеется необходимое программное обеспечение.
Составление электронных карт и определение доз внесения осуществляется в большинстве случаев службами, специализирующимися в дифференцированном применении средств химизации. В их функции входят: отбор проб, составление карты поля, мониторинг урожая и составление карт урожайности и т.д.
Основным элементом машины для дифференцированного применения средств химизации является контроллер, который представляет собой микропроцессор или РК, который связан с исполнительным механизмом машин и контролирует дозу внесения. Контроллеры могут отличаться по сложности – от одноканального до 260-канального. Один канал контролирует дозу внесения одного элемента питания растений. Контроллер может быть создан только для какой-то одной машины или быть универсальным и использоваться на различных типах машин. Информация от контроллера может подаваться на РС и храниться в его памяти или записываться на магнитный носитель данных. Многие контроллеры работают совместно с портативным компьютером, находящимся в кабинете трактора. В случае, когда агрегат оснащен приемником сигналов GPS, оператор может определять свое местонахождение, величину дозы, которую он вносит, скорость и т.д. Контроллеры, которые не работают совместно с РК, высвечивают на своем дисплее: дозу внесения, скорость движения, количество внесенных удобрений, величину обработанной площади. Для того, чтобы контроллеры успешно функционировали, машины для дифференцированного внесения должны иметь рабочие органы, способные точно изменять дозу в соответствии с поступающими от контроллера командами.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ВНЕДРЕНИЯ В СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
В настоящее время совершенствование системы земледелия на агроландшафтной основе сопряжено с поиском и обоснованием путей повышения устойчивого сельскохозяйственного производства, снижения последствий предшествующих негативных техногенных воздействий на почвенный покров, создания ресурсо- и энергоэкономных агротехнологий с учетом сезонных потоков энергии в почвенно-растительной системе, улучшения качества получаемой продукции и более полной реализации средообразующего потенциала растений. Современные задачи повышения устойчивости сельского хозяйства в условиях пространственно-временной изменчивости физических, физико-химических и биологических процессов в системе «почвенный покров-посев-деятельный слой атмосферы», в конечном итоге, эффективно могут быть решаемы в рамках технологии ТЗ.
Точное земледелие, не оставляя в стороне традиционные вопросы обеспечения высокой интегральной продуктивности посевов, выдвигает на первый план научно обоснованную современную технологию решения злободневных задач сельскохозяйственного землепользования – поддержание экологической устойчивости агроландшафтов и эффективное использование материальных ресурсов, привлекаемых для получения продукции заданного качества. В ТЗ на новой технической основе реализуются многие идеи, сформированные отечественной наукой еще в 70-х годах ХХ века в рамках проекта по программированию урожаев. Развитие этих исследований для совершенствования наукоемких технологий требует создания специальных биополигонов, оснащенных современным оборудованием и программно-аппаратным обеспечением для сбора и обработки информации о состоянии растений и среды их обитания.
Оценивая перспективы развития нового направления в сельскохозяйственном производстве, важно понимать, что ТЗ – это «информационно-интенсивная» технология. Применение этой технологии может быть эффективным, если используется системный подход в управлении на фоне увеличивающегося информационного потока. Большинство производителей не знают (не обучены), как эффективно использовать обширное количество данных, и поэтому они сталкиваются с многочисленными проблемами интерпретации этих данных как основы для принятия решений при управлении урожайностью.
Внедрение точного земледелия происходит медленнее, чем ожидалось, частично потому, что трудно определить преимущества (такие, например, как лучшее распределение затрат и увеличение урожайности) по сравнению с инвестициями, распределением времени, сбором информации и их обработкой /78/.
Исследования в области ТЗ за последние 10 лет показали, что это направление многопрофильное и для его развития и внедрения в производство потребуется намного больше времени, чем для традиционных технологий /36,37,38/.
Можно выделить четыре основных фактора, способствующих широкому применению ТЗ: ужесточающие законодательства об охране окружающей среды; необходимость полного прослеживания цепочки производства продуктов питания (поле-магазин); растущий контроль общества за производством продуктов питания; возможность существенного уменьшения применения химикатов в с.-х. производстве.
Например, в Дании и Германии существует строгое законодательство об окружающей среде, предполагается введение налога на применение пестицидов. Новые директивы Европейского Союза могут вынудить фермеров существенно уменьшить количество применяемых химикатов.
Современные машинные технологии внесения органических и минеральных удобрений, а также других средств химизации характеризуются значительным совершенством и потенциально могут обеспечить выполнение агротехнических требований в соответствии с принятой концепцией их рационального применения. Однако результаты новейших исследований в области с.-х. производства свидетельствуют о том, что развитие технологий и технических средств, базирующихся на концепции усреднения показателей плодородия каждого отдельно взятого поля, достигло своего предела. Решение проблемы дальнейшего развития машинных технологий применения удобрений без учета пестроты плодородия почвы в пределах каждого поля не может рассматриваться как перспективное.
Преимущество ТЗ состоит в том, что оно позволяет сельхозпроизводителям вести агропроизводство на экологически чистой основе, ориентированной на экономию удобрений, снижение рисков, получение запрограммированных урожаев и предохранение окружающей среды от загрязнения.
Проблема может быть решена лишь совместными усилиями ученых разного профиля. Это обусловлено необходимостью решения как агротехнических задач дифференцированного внесения удобрений, так и механико-технологических.
Широкое и быстрое введение в с.-х. производство дифференцированного внесения удобрений сдерживается рядом объективных и субъективных причин. Среди них можно выделить социально-экономические, агрономические и механико-технологические.
Социально-экономические причины
Дополнительные затраты.
Введение в с.-х. производство ТЗ и, в частности, технологий дифференцированного применения средств химизации требует дополнительных затрат. Это может явиться одной из главных причин, сдерживающих применение данной технологии у нас в стране, особенно при низких закупочных ценах на с.-х. продукцию.
Исследованиями, выполненными учеными США, было установлено, что основными препятствиями к широкому внедрению ТЗ являются дополнительные затраты (61%), недостаточное осознание экономического эффекта (34%), сложность адаптации существующих технологий к ТЗ (24%), недостаток профессионализма (19%).
Затраты, в первую очередь, связаны с необходимостью приобретения дополнительного технологического оборудования и услуг, таких, например, как системы мониторинга урожайности, системы позиционирования GPS, математического обеспечения (GIS) для сбора информации о параметрах плодородия поля, состоянии посевов, хранения, обработки и принятия оптимальных управленческих решений. Главное препятствием к внедрению технологии дифференцированного применения удобрений — высокая стоимость получения информации, необходимой для составления электронных карт распределения элементов питания на обрабатываемом поле. Затраты связаны также с обработкой данных и составлением электронных карт дифференцированного внесения удобрений. Большинство товаропроизводителей не имеют достаточной квалификации и времени для применения данной технологии. Дифференцированное внесение удобрений также требует определенных затрат. Когда дифференцированное внесение удобрений выполняется дилерами, стоимость этой операции обычно составляет 12…25$ США на гектар и зависит от вида услуг и их количества. В том случае, когда товаропроизводители сами предполагают вносить удобрения, они должны модернизировать свои машины или приобретать новые /37/.
Агрономические причины
Практика показала, что применение элементов точного земледелия, таких как мониторинг урожайности, сеточный отбор проб для анализа содержания элементов питания на отдельных участках поля, систем принятия оптимальных управленческих решений, позволяет товаропроизводителям значительно повысить эффективность своего производства за счет повышения урожайности и качества с.-х. продукции, снижения загрязнения окружающей среды. При этом они столкнулись со сложностями, обусловленными отставанием агрономической науки. В частности, отсутствием рекомендаций по дифференцированному применению удобрений, почвенных карт необходимого масштаба.
Первоочередной задачей в устранении этих недостатков является разработка новых методов составления почвенных карт, базирующихся на использовании современных технологий, таких как GIS, GPS, дистанционное зондирование, моделирование рельефа поля с целью создания карт масштабом 1:5000.
Исследования по точному земледелию показали, что данные о рельефе местности имеют большое значение, особенно при определении зон воздействия. Существует сильная корреляционная зависимость между рельефом местности, дозами внесения удобрений, распределением сорняков и урожайностью. Топографические карты необходимого масштаба отсутствуют. При разработке этих карт должны быть использованы современное топографическое оборудование, высокоточные системы позиционирования DGPS и дорогостоящие системы дистанционного зондирования.
Отбор почвенных проб
В настоящее время при отборе почвенных проб для оценки пестроты распределения элементов питания по полю наиболее часто применяется сеточный метод отбора проб. В США более 36% дилеров, оказывающих услуги по анализу полей, используют клетки размером 1 га, с целью снизить затраты на отбор проб. Установлено, что получаемые при таком размере клеток карты распределения питательных элементов в почве обладают большой погрешностью. Для получения карт, необходимых для принятия решений о дозах внесения удобрений, размер ячеек должен быть не более 0,4 га. При таком размере ячеек существенно увеличиваются затраты на взятие почвенных проб и их анализ. Поэтому необходима разработка более дешевых способов оценки параметров плодородия поля. Альтернативой сеточному методу отбора проб может быть способ, основанный на разбивке поля на несколько участков (зон), однородных по агрохимическим показателям. Для реализации этого метода необходимо иметь базовую информацию о почвенных характеристиках поля, его рельефу, карту урожайности, историю поля и материалы аэрофотосъемки.
Мониторинг посевов
Мониторинг посевов с целью определения потребностей растений в питательных элементах, особенно азоте, влаге, наличия сорняков и вредителей растений может меняться значительно по интенсивности и качеству обследования в зависимости от культуры, хозяйства, региона. В большинстве случае мониторинг осуществляется самим товаропроизводителем или агрономом посредством быстрого визуального обзора небольшой части поля.
Для повышения эффективности мониторинга необходимо проводить почвенную и листовую диагностику, используя современные методы для получения информации, требуемой для построения карт состояния почвы и посевов.
Рекомендации по дифференцированному внесению удобрений
Использование существующих рекомендаций по применению удобрений не позволяет оптимизировать дозы при дифференцированном их внесении. Рекомендации по дифференцированному применению удобрений с учетом пестроты параметров плодородия, рельефа местности и возделываемой культуры отсутствуют. Для разработки таких рекомендаций необходимо проведение экспериментальных исследований в конкретном хозяйстве, на конкретном поле. К сожалению, большинство, товаропроизводителей не обладают знаниями для проведения таких исследований.
Для решения этой проблемы следует внести соответствующие изменения в программах с.-х. учебных заведений, ввести проведение семинаров по обучению агрономов, консультантов методам проведения таких исследований.
Недостаток агрономической информации для принятия управленческих решений
Технология дифференцированного внесения удобрений базируется на использовании большого объема информации при принятии решений. Это является основной проблемой для товаропроизводителей, решивших использовать новую технологию, так как они привыкли принимать решения на основе ограниченной информации и упрощенных правил. Некоторые товаропроизводители, осознавшие значимость информации, накапливали ее в течение нескольких лет, но не знали, как правильно ее использовать. Другие, наоборот, немедленно использовали ограниченные данные без соответствующего их анализа. Например, очень часто карты урожайности неправильно использовались при определении доз внесения удобрений, так как низкая урожайность могла быть обусловлена другими факторами, а не дефицитом элементом питания.
Поэтому при принятии решений необходимо учитывать пространственную изменчивость параметров плодородия, точность дозирующих и распределяющих рабочих органов машин для дифференцированного внесения удобрений и посева, точность калибровки датчиков, природно-климатические условия и т.д.
Механико-технологические причины
Концепция ТЗ предусматривает разработку технологии и технических средств для ее реализации. За последние десять лет индустриально развитые страны (США, Англия, Австралия, Германия, Япония) достигли определенного прогресса в разработке новых технологических и технических решений. Однако еще существует необходимость в дальнейшем развитии таких элементов ТЗ, как машины для дифференцированного выполнения операций, датчики, системы позиционирования и навигации с.-х. агрегатов, GIS, математическое обеспечение, системы дистанционного зондирования.
Машины для дифференцированного внесения удобрений
Большинство существующих машин предназначены для поверхностного разбросного внесения удобрений. При их модернизации они могут быть использованы для дифференцированного внесения удобрений. Необходима дальнейшая разработка машин для локального внутрипочвенного дифференцированного внесения как минеральных, так и органических удобрений. Необходима разработка стандартов на машины, системы контроля и управления технологическим процессом, математического обеспечения. До настоящего времени отсутствуют методы калибровки машин для дифференцированного внесения средств химизации.
Датчики
Датчики – неотъемлемая часть ТЗ. Необходимы датчики, позволяющие получать информацию при движении агрегата по полю. Особенно для измерения параметров, которые быстро меняются во времени, таких, например, как содержание азота в почве, влажность почвы.
В настоящее время разрабатываются датчики:
· оценки свойств почвы (структура почвы и ее физические свойства; содержание элементов питания);
· оценки состояния посевов (густота посевов;, подверженность растений стрессам; обеспеченность растений элементами питания);
· мониторинга урожайности (ширина захвата уборочного агрегата; влажность зерна);
· контроля дифференцированного внесения удобрений (расход удобрений; обнаружение сорняков).
Ведутся исследования по развитию новых способов получения информации о состоянии почвы и посевов. Особо следует отметить приборы, основанные на использовании электромагнитной индукции, электропроводности почвы, системы распознания образов, и комбинированное использование этих методов.
Системы позиционирования
Системы позиционирования типа GPS широко применяются в народном хозяйстве. Для использования в ТЗ необходимы станции для корректировки сигналов с целью обеспечения требуемой точности. В большинстве случаев такие станции отсутствуют, а если и имеются, то плата за пользование ими значительна.
Для успешного внедрения технологий точного земледелия необходимо, чтобы товаропроизводитель имел доступ к системам позиционирования с точностью до нескольких сантиметров.
Математическое обеспечение
В настоящее время на рынке программных продуктов имеется большой выбор математических обеспечений для сбора, хранения, обработки и представления в системе GIS информации о поле и растении, необходимой для ТЗ. До настоящего времени разработчики геоинформационных систем занимались со стандартными системами. В последнее время они осознали, что появился новый рынок в лице с.-х. производителя, который хотел бы иметь системы, более приспособленные к его нуждам и недорогие.
Особенно возрастают требования к GIS в связи с развитием ТЗ и технологий дифференцированного применения удобрений. В этом случае программное обеспечение должно интегрировать в себя экспертные системы принятия решений и модели, необходимые для прогнозирования урожайности с учетом агрономических, климатических, экономических и факторов, связанных с защитой окружающей среды. Такие GIS будут более конкурентоспособны.
При приобретении GIS необходимо иметь в виду, что вновь приобретенную GIS можно использовать более трех лет. Поэтому следует убедиться, что система открыта к дальнейшему развитию и способна использовать новую информацию, получаемую посредством дистанционного зондирования и цифрового VIDEO.
Новые тенденции в развитии технологий ТЗ будут оказывать существенное влияние на разработчиков технических средств, промышленность и само сельское хозяйство. Производители техники, службы снабжения и товаропроизводителя должны будут приспосабливаться к новым тенденциям в развитии технологии.
Переход от технологий, базирующихся на усредненных показателях параметров плодородия и других характеристик состояния поля и посевов, к дифференцированному воздействию на систему «почва-растение» потребует от производителей с.-х. техники новых подходов.
В настоящее время во многих научно-исследовательских организациях передовых стран мира ведутся интенсивные исследования по разработке новых машин и оборудования, отвечающих новым тенденциям в развитии технологий.
Точное земледелие включает в себя ряд новых технологий, объединенных использованием информации о поле и отдельных его участков, жестко привязанной к той или иной системе позиционирования.
Наиболее распространенной операцией является автоматический учет урожайности с.-х. культур при комбайновой уборке и составление карт урожайности.
Имеется ряд других вопросов, связанных с внедрением новой технологии, над решением которых необходимо работать. Одним из них является вопрос владения информацией. Товаропроизводители и те, кто их обслуживают, считают, что они должны быть владельцами информации о поле, состоянии посевов и т.д. С другой стороны, службы, предоставляющие оборудование и услуги по получению информации, хотят быть владельцами информации, так как боятся, что она может попасть в руки их конкурентов.
Информация об урожайности, зараженности полей болезнями и вредителями растений может быть также полезной для быстроменяющегося рынка.
Существует мнение, что технологии ТЗ требуют дополнительного экономического обоснования. Они могут быть коммерциализованы, но целесообразность их с точки зрения экономики и экологии однозначно доказана лишь при применении удобрений и средств защиты растений. Необходимы дополнительные исследования по агрономии для определения оптимального воздействия на почву и растения на локальных уровнях. Предполагается, что ТЗ будет основным направлением производства растениеводческой продукции в новом тысячелетии, так как при этом повысится точность ее производства, уменьшатся производственные расходы, антропогенное воздействие на окружающую среду, а также появится возможность проследить технологическую цепочку производства продукции «поле-магазин». Потребность в этой оценке возрастает со стороны потребителей и в ряде стран регламентируется увеличивающимся количеством законодательных актов. Однако существуют три главных барьера, которые необходимо преодолеть для широкого внедрения технологий /38/:
1. ТЗ основано на интенсивном применении информационных потоков. Получение карт для различных почв, культур, факторов внешней среды в пределах поля вынуждает сельхозпроизводителя управлять большими объемами данных.
Информационные базы поля дополняются знаниями, исходящими из опыта производителя, и внешними базами данных о погодных условиях и рыночной информации. Эти данные перегружают производителя, и он должен их переработать (реализовать) посредством интеграции вспомогательных экспертных систем и систем принятия решений. Элементы этого механизма должны содержать стандартизованные форматы данных и установившуюся практику их передачи.
2. Отсутствие стратегии и рациональных способов определения дифференцированного воздействия на почву и растения, а также научно обоснованных доказательств экономической эффективности концепции ТЗ. Решение этих проблем лежит в области наук о почве и растениях и требует проведения большого объема практических работ по агрономии.
3. Несмотря на то, что необходимые данные о почве, растениях и окружающей среде могут быть получены, большинство применяемых способов трудоемки и дорогостоящи (в основном из-за большого количества лабораторных анализов почвенных проб и растений). Исходные данные о почве и растениях должны определяться путем применения быстродействующих автоматических сенсорных систем. Это потребует разработки дистанционных датчиков для определения потребности в воде и питательных веществах. При этом дифференцированное выполнение полевых операций может быть осуществлено без карт урожайности как промежуточного звена. Датчики дистанционного определения содержания азота в растениях разработаны и могут применяться при внесении минеральных удобрений.
Широкому внедрению технологий ТЗ должна предшествовать разработка системы дистанционных датчиков определения технологических показателей производства растениеводческой продукции. Наряду с разработкой высокоточных систем позиционирования появилась реальная необходимость повышения точности и надежности вычислительных процессов во всей технологической цепочке.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Точное земледелие – это процесс управления с целью получения максимальной прибыли, оптимизации сельскохозяйственного производства, рационального исследования природных ресурсов, защиты окружающей среды.
Внедрение технологий точного земледелия требует нового мышления, подготовки заинтересованных кадров, обеспечения вычислительной техникой, наличия методов математического моделирования и средств автоматизации. При этом наиболее актуальным является применение новых информационных технологий – искусственного интеллекта и ГИС.
Мировой рынок уже предлагает значительный выбор программно-аппаратных и технических средств по реализации технологии точного земледелия, которые базируются на последних достижениях сельскохозяйственного машиностроения и электроники.
В России накоплен определенный научный и некоторый практический опыт по точному земледелию. Однако недостаток финансирования, отсутствие производства отечественной промышленностью навигационной аппаратуры, датчиков и исполнительных механизмов безусловно сдерживает практическое применение точного земледелия в России.
Развитие работ по точному земледелию будет способствовать сбору новых сведений о сельскохозяйственных землях, плодородии почв, об урожайности, размещении культур, которые в настоящее время либо недостаточны или отсутствуют для большинства территорий страны. В условиях России целесообразно в первую очередь сосредоточить работы на развитии и построении систем сбора и обработки информации о сельскохозяйственных землях и посевах.
