Программные и технические средства точного земледелия на примере отечественного опыта

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.00 (1 Голос)

Более того, исследования оказались настолько успешными, что были поддержаны производственными организациями (например, корпорацией «Интерагросистема») которая на своих нолях активно их внедряет.

Сегодня возможности точного земледелия возросли. Дифференци­рованно, с учетом пестроты содержания питательных веществ, можно вносить минеральные удобрения и бороться с сорняками (О. Соломаха, 2001), картографировать некоторые параметры почв, оптимизировать маршруты движения машинно-тракторных агрегатов (Л. В. Ашскевич, 2000). В Украине постепенно формируются необходимые предпосыл­ки для освоения точного земледелия. Корпорация АГКО вместе с ком­байном «Массей Фергюсон» поставляет компьютер, датчики, навигаци­онное оборудование и программные средства. Среди последних можно отмстить систему картографирования FieldSlar. Фирма «Амацоне» пред­лагает оборудование для дифференцированного внесения удобрений и посева. В Национальном аграрном университете разработаны и успешно апробированы технические средства для внесения переменных норм ми­неральных удобрений (Л. В. Ашскевич, 2005). Однако для того чтобы точное земледелие стало доступным для земледельца, предстоит сделать еще немало, в том числе и в его научном обеспечении.

Несмотря на то, что точное земледелие — относительно новое на­правление, количество программных и технических средств для его обес­печения, поистине огромно. Они включают как стандартные программы и средства широкого пользования, так и специфические продукты, пред­назначенные для решения только узких земледельческих задач.

Ниже изложим опыт освоения и разработки специализированного оборудования сельскохозяйственных машин для точного земледелия, предлагаемый Национальным аграрным университетом (Д. Г. Войтюк и др.. 2003).

Формирование базы site-specific data осуществляется при помощи бортового оборудования, установленного па машинно-тракторном агре­гате или комбайне. Обработка данных и их картографирование произво­дится в стационарных условиях па вычислительном комплексе, is состав которого входят ЭВМ, устройство для считывания информации с флеш-карты и специализированные программные средства.

Авторы так описывают работу мобильного и стационарного комп­лексов на примере сбора урожая пшеницы (Д. Г. Войтюк и др., 2003). Урожай убирали комбайном Massey Ferguson MF-38, который был обо­рудован системой точного земледелия FieldSlar. Регистрация координат при движении комбайна осуществлялась путем использования дифферен­циального сигнала космического базирования кампании RACAL. Любой параметр в базе данных соответствовал урожаю с элементарной прямо­угольной делянки, одна из сторон которой была равна ширине захвата жатки комбайна, другая — пути, пройденному комбайном за 1с. Коорди­наты точек (широта и долгота) были определены с помощью DGPS (диф­ференциальной глобальной системы позиционирования).

Данные о массе зерна, полученные с помощью специального датчи­ка, вместе с данными площадей и координат элементарных делянок, по­ступали в бортовой компьютер, где и обрабатывались.

Полученная база данных (урожайность, приведенная к стандартной влажности, координаты, время и другие технологические параметры) была введена в программу Field Star для построения карты урожайности пшеницы на поле (рис. 10.7.1). Карта свидетельствует о высокой пест­роте урожая на ноле, что, как утверждают авторы, объясняется за счет повышенной засоренности части поля (участок А), переуплотнения (уча­сток В) и переувлажнения (участок С) и в целом за счет различного пло­дородия ноля, хотя соответствующих данных па этот счет авторы не про­демонстрировали.

карта урожайности пшеницы

Авторы проанализировали существующие программные средства и их пригодность к решению задач точного земледелия. Среди них более предпочтительны полифункциональные программы таких американских компаний как ESRI, Maplnf'o, AgLink for Windows компании AGRIS, Agro-syslems, Gold Star, OmniLog, Field Works, MicroTrac System, а также ком­пании ФРГ Muller Electronic GmbH. Перечисленные программы обеспе­чивают автоматизацию практически всех процедур, необходимых для реализации точного земледелия, включая отбор почвенных проб, сопро­вождение химических анализов, накопление, сохранение, анализ, син­тез и картографирование данных.

Учитывая практически полное отсутствие в Украине лицензионных программ соответствующей направленности, авторы выработали требо­вания к программному обеспечению точного земледелия и использовали в этих целях семейство программ «Алмаз». Оно позволяет:

- построить цветные карты урожайности и любых слоев другой (по­левой и лабораторной аналитической) информации в двумерном и трехмерном видах, накладывать слои друг на друга и состыковывать карто­графическую и атрибутивную информацию;

- произвести расчеты и построить карты технологических операций, связанных с внесением химических средств Записать их на специальные магнитные носители или вывести на печать;

- иметь удобные для пользователя интерфейс, систему подсказок и меню, возможность считывания, импорта и экспорта site-specific data

карта урожайности ржи

 

- записывать и корректировать любые вспомогательные данные, в том числе нормы использования материалов, рабочие органы машинно-тракторных агрегатов, вносить поправки на погодные условия;

- работать с фотографиями и рисунками, иметь необходимые инст­рументы графического редактирования.

Технические средства для реализации точного земледелия состоят из датчиков определения местонахождения МТА на поле, регистрации текущих параметров технологического процесса сбора урожая СН-3700 и станции дифференциального сигнала для улучшения точности коорди­нат СН-3500. Устройства производятся ВО «Оризон». Комплекс обору­дования спутниковой навигации монтируется в кабине МТА. Антенна помещается на верхней точке МТА.

Важной особенностью разработанной технологии является система учета ошибок при определении site specific data, возникающих в процес­се измерения параметров почвы, координат, урожая, картографирования. Выработана целая система процедур, повышающая точность всех измерений. Например, при картографировании урожая использованы несколько методов сглаживания данных. Метод квадрата обратного рас­стояния оказался лучше, чем методы крайгинга, полиномиальной регрес­сии, Шопарда и «ближайшего соседа». Такая система оказалась чрезвы­чайно нужной для последующего внесения средств химизации. Она по­зволила уменьшить ошибки при внесении удобрений до приемлемых зна­чений. На рис. 10.7.2 достаточно ясно просматриваются будущие «management units» для дифференцированного внесения органических и минеральных удобрений.

Основываясь на идеях точного земледелия конструкторские работы сегодня развиваются в направлении создания двух новых классов сельс­кохозяйственной техники: машин, способных регистрировать состояние поля и посевов, и машин, способных дифференцировать технологии с учетом их (поля и посевов) пространственной неоднородности. Арсенал машин-регистраторов намного больше, чем машин-реализаторов. Из пос­ледних интенсивно разрабатываются распределители удобрений, сеялки, опрыскиватели, дождевальные машины (капельное орошение — по сути, и есть вариант точного земледелия). К сожалению, почти отсутствуют почвообрабатывающие машины и рабочие органы, способные дифференциро­вать обработку в поле непосредственно при проведении этой операции.

Информация о различных уровнях плодородия почв в точном зем­леделии

С успехом используется при проведении посева. Оказывается выгоднее высеять больше семян там, где выше плодородие и тем самым будут обеспечены лучшие условия для прорастания и формирования кор­невой системы, а затем роста и развития надземной массы. Из работы Д. Г. Войтюка и др. (2003) можно понять причину такой закономернос­ти. Зависимость величины урожая от уровня питания и нормы высева описывается поверхностью, характерной особенностью которой являет­ся слабый отклик урожайности в широком интервале значений аргумен­тов. Например, близкие урожаи ячменя достигаются при нормах посева от 5,0 до 7,5 млн./га, а уровень применения выше вообще снижает урожай (рис. 10.7.3). Исходя из этого, открываются значительные возможности добиться вполне приемлемого урожая и одновременно сэкономить ресурсы. Отсюда совершенно оправданны попытки конструк­торов дифференцировать нормы сева в зависимости от уровня плодоро­дия поля в системе точного земледелия (Л..В. Анискевич, 2005). В этих целях обоснована система управления, включающая бортовой компьютер, с помощью которого связывается ранее полученная информация о пестроте поля со специальными дозирующими высевающими устройствами.

зависимость урожая ячменя

Накопленный опыт разработки управляющих систем для диффе­ренцированного внесения средств химизации позволяет перейти к ре­шению более сложной задачи — обоснованию почвообрабатывающих рабочих органов либо специальных машин для дифференцированной обработки поля с учетом пестроты его физико-механических парамет­ров. Для успешного решения этой задачи, нужно полагать, созданы не­обходимые предпосылки — установлены факторы, формирующие проч­ностные свойства почв и без которых невозможно себе представить про­цесс конструирования почвообрабатывающей машины и его эксплуата­ции. Описана география гранулометрического состава и физико-меха­нических свойств почв, влияющая на распределение машин и орудий в пахотных регионах. Имеется массовый аналитический материал и даже карты удельного сопротивления и структурного состава. Есть возмож­ность при необходимости измерить ряд других прочностных, техноло­гических, реологических свойств почв. Некоторые исследования (прав­да, немногочисленные) показывают, что физические свойства почв в пределах полях варьируют в значительных пределах, от оптимальных параметров, где можно отказаться от механической обработки, до их критических значений, где, напротив, обработка очень нужна (В. В. Медведев, 2002). Все ото, как нам представляется, может служить на­чалом для развития нового направления в точном земледелии — диффе­ренцированной обработки в пределах поля. Следует лишь использовать нестандартные подходы при конструировании почвообрабатывающих машин — полифункциональные рабочие органы, простые механизмы, управляющие интенсивностью и глубиной крошения, надежные сред­ства диагностики влажности, плотности и твердости корнеобитаемого слоя, состояния корневой системы. Некоторые подходы в указанном направлении нами совместно с инженерами-механиками в настоящее время апробируются.

В НИИ «Квант-Навигация» (Киев) был разработан и успешно ис­пытай бортовой навигационно-управляющий и информационно-измери­тельный комплекс «Сула», предназначенный для дифференцированного высева семян и внесения в почву сменных норм удобрений и других агрохимикатов (Г. Л. Баранов i in., 2002). Комплекс способен решать следу­ющие задачи: определить местонахождение МТА, управлять процессом внесения затратных материалов но электронной карте, сбор, обработку и передачу информации о работе исполнительных механизмов, форми­рование и передачу команд агрегатам. В состав комплекса входят радио­навигационный блок, бортовая серийная ЭВМ и блок управления сило­выми механизмами. «Сула» была установлена па тракторе «МТЗ-82» и испытана при внесении удобрений в соответствии с заранее полученной Картой урожайности, которая использована для выработки соответству­ющих КОМШ1Д, Задание на внесение в память бортового компьютера было С помощью портативной ЭВМ и далее все остальные блоки СуЛЫ взаимодействовали между собой, включая контроль точности ис­полнении команд.

ВАТ «Хартрон» совместно с рядом институтов УААН разработал экс­периментальную установку «Слобожанець» для автоматизированного уп­равления и контроля внесением минеральных удобрений, средств за­щиты растений и посева (с помощью сеялки прямого сева). Установка была смонтирована на базе автомобильного шасси. Разработка сопровож­дается комплектом программ автоматизированного рабочего места фер­мера (агронома), который включает пакет прикладных программ «Тех­нологический процесс», в том числе:

• подпрограмма документации (формирование агрохимического и фитосанитарного плана поля, анализ технологического задания и вычис­ление маршрута обработки поля, документация технологического задания, документация выполненного задания, визуализация технологичес­ких процессов);

• подпрограмма управления исполнительными механизмами (опре­деление координат мобильного агрегата, разработка нормативных данных);

• подпрограмма моделирования работы сельхозтехники с бортовы­ми вычислителями;

• подпрограмма управления базами данных («Земельные угодил», «Бортовые вычислители»);

• программа «Технологический процесс» взаимодействуете борто­выми вычислителями, с экспертной системой «Растениеводство» и про­граммой «Бизнес-план». В последнюю программу входят такие подпрог­раммы:

• выбор номенклатуры сельскохозяйственных культур;

• производство сельскохозяйственных культур;

• рынок продажи сельскохозяйственных культур).

Кроме того, имеется экспертная система «Растениеводство» с локаль­ными экспертными подсистемами «Почва», «Семена», «Погода», «Посев», «Защита растений», «Подкормки», «Урожай», которые работают во взаи­модействии с другими программами и подпрограммами. Таким образом, создана концепция, которая включает всю необходимую инфраструктуру производственных технологий, информационных и технологических спо­собов внедрения точного земледелия (Я. С. Айзенберг, 2002).


Программные и технические средства точного земледелия на примере отечественного опыта - 4.0 out of 5 based on 1 vote