Приборное и программно-аппаратное обеспечение информацией систем точного земледелия — Механико-технологические причины

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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: