На каких сельскохозяйственных машинах впервые применялись электронные системы

Навигационные технологии в сельском хозяйстве. Координатное земледелие. Учебное пособие

Следует отметить, что и в бывшем социалистическом содружестве, в том числе в Советском Союзе, также проводились интенсивные исследования по внедрению электронных средств в сельское хозяйство. Так, еще в 1980 г. по инициативе Болгарии, которая стала координатором работ в этом направлении, страны Совета экономической взаимопомощи (СЭВ) объединили свои усилия по электронизации сельскохозяйственного производства. Однако в связи с распадом социалистического лагеря эти работы не получили должного развития.

Достаточно сложно разрабатывались машины для точного высева семян зерновых колосовых культур. Опытные образцы таких сеялок были впервые продемонстрированы на международной выставке в Мюнхене (Германия) в 1982 г. Спустя три года появилась первая серийная машина с электронным регулятором высева от фирмы Blanchot и сразу же была отмечена на парижской выставке SIMA-1985.

Следующим этапом развития сеялок для точного земледелия было создание компанией Rider (ФРГ) сеялки Saxonia, которая одновременно обеспечивала не только строго определенное расстояние между семенами в рядке, но и заданную глубину их заделки.

В 1986 г. на основании плодотворного сотрудничества производителей сельскохозяйственной техники было принято решение, что более рационально размещение многоканального микропроцессора на тракторе, а на сельхозмашинах необходимо монтировать лишь унифицированные датчики. Впервые, на тракторе марки Case, начали устанавливать микропроцессор с возможностью подключения к нему датчиков и других автоматических исполнительных механизмов: регулирования глубины обработки почвообрабатывающих машин компании Landsberg; оптимизации работы опрыскивателей компании Holder; внесения минеральных удобрений машиной компании Rotina; сеялок Saxonia и ряда других.

В настоящее время немецкая компания «Amazone-Werke H. Dreyer GmbH & Co. KG» обобщает все свои понятия и технологические решения, связанные с электроникой под ключевым словом «IT-Farming» (хозяйствование на основе информационных технологий»).

Ядром концепции является бортовой компьютер «AMATRON+», как универсальный обслуживающий терминал, служащий для оптимизации обслуживания, управления количеством, контроля и хранению данных при использовании сеялок, опрыскивателей и разбрасывателей удобрения компании «Amazone». При этом, используя строго определенные и открытые интерфейсы «AMATRON+», позволяет обмениваться данными с другими технологиями «IT-Farming», в том числе для оптимального использования управленческих и регулировочных возможностей машин, а также осуществления менеджмента получаемых данных (рис. 1).

Рис. 1. Концепция «IT-Farming» от компании «Amazone» (рис. с сайта http://www.amazone.ru)

В процессе работы микропроцессор, установленный на тракторе, контролирует и регулирует не только параметры двигателя и удельный расход топлива, но и технологические параметры агрегата, такие как фактическая рабочая скорость и объем выполненных работ.

Известная английская фирма KRM предложила кардинальное решение данной задачи – оценивать содержание азота, фосфора и калия в почве путем анализа фотоснимков полей, полученных в инфракрасных лучах на специальной пленке методами аэро– или космической съемки с построением картограммы поля, а привязку координат агрегата осуществлять с помощью систем GPS.

В 1994 г. на выставке Smithfield Farm Tech фирма KRM выставила первый экспериментальный образец двухдискового центробежного агрегата для дифференцированного внесения одного вида минеральных удобрений. Для регулирования дозы вносимых удобрений она использовала электронный прибор Calibrator 2002, отслеживающей через GPS показатели картограммы плодородия поля на специальном компьютере. В 1995 г. немецкая фирма Amazone также начала серийный выпуск аналогичных центробежных машин марки ZA-Max, но из-за высокой стоимости электронного оборудования (до 50 % цены машины) они не получили на тот момент широкого распространения.

Значительно упрощал агрохимический анализ почвы созданный другой английской фирмой Challeng Agriculture оптический прибор, удостоенный в 1994 г. Золотой медали парижской агротехнической выставки. Содержание в почве азота, фосфора, калия и других элементов он определяет путем сравнительной оценки двух точек отраженного света выбранной полосы спектра. Прибор был способен обрабатывать более 30 параметров и регистрировать до 50 значений. Спустя четыре года аналогичный прибор создали китайские специалисты.

Одной из важных задач является разработка новых способов и средств для упрощения и снижения стоимости агрохимического анализа почвы, в том числе через оценку урожайности выращенной культуры на отдельных участках поля. В этих целях зерноуборочный комбайн оснащают электронным датчиком, который определяет объем или вес подаваемого в бункер зерна, покоординатно записывает его в бортовой компьютер и распечатывает картограмму урожайности. Данная картограмма урожайности является основанием для относительной оценки текущего плодородия конкретной зоны поля и служит обоснованием необходимости в дифференцированном применении удобрения или определении аномальных зон и взятии проб почвы для последующего агрохимического анализа лишь на этих участках.

В целях объединения усилий и интенсификации работ по созданию и внедрению в агробизнесе различных электронных систем в 1992 году (спустя 12 лет после решений стран Совета экономической взаимопомощи (СЭВ)) страны Европейского сообщества (ЕС) приняли собственный план, предусматривающий ускоренное финансирование из бюджета Евросоюза перспективных направлений автоматизации и компьютеризации сельскохозяйственной техники. Затем к этой работе присоединились и бывшие страны СЭВ – Венгрия, Чехия, Словения, а также независимая Эстония. В настоящее время по разработке качественно новых, высокоточных и высокопроизводительных сельхозмашин, оснащенных средствами электронной автоматизации, страны ЕС, особенно Великобритания и Германия, значительно опережают США и Канаду.

Параллельно велись работы по созданию специальных и адаптации имеющихся систем для определения координат сельскохозяйственной техники, а также автоматического управления самоходной техникой с использованием навигационного оборудования.

В Германии была разработана радиосистема, в которую вошли компьютеризированная базовая радиостанция с приемником, размещаемая в диспетчерском центре (офисе) фирмы, и приемопередающие аппаратные устройства, устанавливаемые на агрегатах в поле. Такая система в режиме реального времени обеспечивала поиск, определение координат с точностью ± 10 м и слежение за 200-ми агрегатами, работающими в радиусе до 9 миль от стационарной радиостанции.

В свое время американская компания Massey Ferguson, входящая в корпорацию AGCO, для этих целей одной из первых разместила на своих агрегатах специальные радиоприемники, работающие через глобальную спутниковую сеть GPS. Система уже тогда с приемлемой точностью определяла географические координаты агрегата, но на тот период времени она оказалась достаточно сложной и дорогостоящей.

Развитие систем связи и снижение стоимости электронных приборов способствовало развитию в настоящее время данного направления использования различных навигационных систем для применения в технологиях точного земледелия. Например, в машинах для внесения удобрений центробежного типа (разбрасывателей) добились стабильности внесения удобрений на 1 га независимо от скорости движения агрегата. При этом частота вращения рассеивающих дисков и фактическая доза удобрений, вносимых на 1 га, постоянно указывается на мониторе, а при необходимости, тракторист имеет возможность корректировки дозы непосредственно из кабины трактора. Внедрение аналогичных электронных устройств позволило снизить неравномерность внесения удобрений до показателей не более 15 %.

В настоящее время значительных успехов в электронизации сельскохозяйственной техники добились компании Amazone, AGCO, Bargam, CNH, Claas и другие.

Системы параллельного вождения завоевали особо распространены в Австралии и США. Использование навигационных систем, позволяет фермерам каждый год практически безошибочно находить технологическую колею. Приветствуют систему параллельного вождения и фермеры Западной Европы, где конфигурация полей очень не проста (рис. 2).

Рис. 2. Конфигурация полей, обработанная с помощью навигационных систем параллельного вождения (рисунок с сайта http://www.geomir.ru/)

Целесообразность и эффективность применения систем параллельного вождения оценивалась в процессе полевых испытаний, проведенных в 2003 г. Техническим университетом города Хохенхайм (ФРГ) на ряде немецких агропредприятий. В результате было установлено, что при средней стоимости комплекта навигационного оборудования для параллельного вождения около 8…10 тыс. евро система, которая применялась, например, при опрыскивании полей общей площадью 1000 га, окупилась практически за один сезон использования.

Зарубежный и отечественный опыт показывает высокую эффективность технологий точного земледелия, особенно применительно к крупным хозяйствам. Например, по имеющимся статистическим данным уже в 2006 году более 80 % фермеров США в той или иной степени применяли технологии точного земледелия, благодаря чему им удалось поднять урожайность зерновых культур до 90 ц/га. При этом установлено, что затраты на внедрение точного земледелия у них окупаются уже после 2…4-х лет его использования и начинают приносить значительную прибыль.

В настоящее время точное земледелие получает все большее распространение во многих странах, в том числе и в России. В то же время, исследования в области точного земледелия за последние 15 лет показали, что это направление многопрофильное. Для его развития и повсеместного внедрения в производство потребуется намного больше времени и финансовых средств, чем для применения традиционных технологий.

Контрольные вопросы и задания

1. Когда и где зародилось понятие «точное земледелие»?

2. На каких сельскохозяйственных машинах, и каких марок впервые применялись электронные системы?

3. Какие работы в области точного земледелия проводились в Советском Союзе и других социалистических странах?

4. Когда и где появились первые машины для точного высева семян?

5. Какая фирма первой разместила на своей технике навигационное оборудование?

6. В каких странах в настоящее время технологии точного земледелия получили наибольшее развитие?

3. Системы параллельного и автоматического вождения

В сельском хозяйстве получили широкое распространение и доказали свою эффективность три класса приборов для управления движением тракторов и комбайнов, использующих GPS-приемники: системы параллельного вождения и подруливающие устройства для автопилотирования. Использование космических навигационных систем становится возможным после установки на транспортное средство специального приемника, постоянно получающего сигналы о местоположении навигационных спутников и расстояниях до них. В зависимости от требуемой точности управление такой техникой осуществляется механизатором вручную по показаниям метки на экране дисплея, либо с использованием подруливающего устройства или автопилотирования.

Система параллельного вождения является самой наглядной и быстро окупаемой частью технологии точного земледелия, предназначена для проведения полевых работ и наиболее эффективна в условиях применения с широкозахватной техникой.

Система параллельного вождения – это активное участие механизатора в управлении машиной по схеме «измерение текущих координат сельхозмашины – отображение отклонений от заданного маршрута на табло в кабине – вращение механизатором рулевого колеса для удержания агрегата на заданном маршруте» (рис. 3).

Рис. 3. Принцип функционирования прибора

К сожалению, психомоторная реакция среднестатистического человека не позволяет осуществлять параллельное вождение с отклонениями менее ±30 см, что также соответствует точности GPS-приемника, опирающегося только на обычные 24 спутника. В общем случае самая простая система параллельного вождения состоит из GPS-приемника с внешней антенной и указателя курса. Системы легко и быстро устанавливаются на трактор или комбайн. Требуется только подключение к электропитанию и установка внешнего блока (приемник GPS). Обучение механизаторов работе с данным видом оборудования, в зависимости от желаемой «глубины» изучения, составляет от нескольких минут до суток.

Необходимо отметить, что использование приборов параллельного вождения с точностью ведения агрегата ±30 см очень ограничено и используется, в основном, только на внесении удобрений. Для проведения почвообработки, посева, защиты растений, уборки и ряда других операций требуется более высокая точность ведения агрегата. В состав оборудования для систем более точного параллельного вождения входят:

навигационный приёмник с точностью позиционирования – до 10 см, способный работать на двух частотах (рис. 4);

дисплей (рис. 5) или светодиодная панель (рис. 6);

контроллер для расчета отклонений на неровностях антенны приемника и корректировки направления движения (рис. 7);

подруливающее устройство (рис. 10).

Есть несколько распространенных способов корректировки спутниковых навигационных сигналов для достижения высокой точности. Поправки могут быть получены как от геостационарных спутников, что повысит точность до ±10 см, так и от базовой спутниковой станции РТК (рис. 10), расположенной в непосредственной близости от поля.

Принцип и системы автоматического вождения (автопилот). Автопилотирование отличается от параллельного вождения тем, что отклонения от заданной траектории, вырабатываемые GPS-приемником и навигационным контроллером, через специальные устройства (управляющий клапан) (рис. 9) вводятся непосредственно в гидравлическую систему управления ходовой частью трактора, исключая инертность и люфт рулевого управления. В дополнение на трактор устанавливается специальный датчик угла поворота колес (рис. 8). Такая система обеспечивает максимальную точность (отклонение ±2 см) движения по маршруту без вмешательства механизатора.

Основное преимущество использования систем параллельного вождения – уменьшение ошибок (сведение к минимуму человеческого фактора) при обработке полей. Практика показывает, что при опрыскивании культур традиционным способом большинство операторов предпочитают проходить соседние ряды с перекрытием, чтобы избежать пропусков. В результате взаимное перекрытие рядов, даже с использованием пенных маркеров, составляет не менее 5 %. Применение указателей курса с подруливающими устройствами снижает перекрытие до 2…3 % и менее.

Рис. 4. Приемник AgGPS 252

Приемник поддерживает различные варианты для поправок GPS, в т. ч. WAAD, OmniSTAR. Использование этих поправок позволяет обеспечить точность проходов до ±10 см.

Рис. 5. Светодиодная панель AgGPS EZ-GUIDE PLUS или EZ-GUIDE 500

Панель в графическом виде показывает текущее положение транспортного средства и обеспечивает водителя дополнительной информацией при разворотах или вождении по изогнутым рядам. Она имеет графический дисплей с возможностью считывания данных при ярком солнечном свете.

Рис. 6. Полевой компьютер Insight с программным обеспечением

Полевой компьютер с программным обеспечением – система управления полевыми данными, использующимися для навигации, автоматического вождения, ведения записей, полевой съемки, площадной съемки, приложений с изменяемыми показателями.

Рис. 7. Контроллер AgGPS NAVCONTROLLER II

Контроллер, используя данные от GPS-приемника и внутренних датчиков, находящихся в состоянии покоя и работающих по 6 осям, передает команды для системы управления.

Рис. 8 – Датчик угла поворота колес

Датчик угла поворота колес предназначен для непрерывной обратной связи с системой управления трактором.

Рис. 9 – Управляющий клапан

Гидравлический клапан получает электрические сигналы от контроллера и преобразует их в гидравлические, которые система использует для удержания транспортного средства на заданном курсе.

Рис. 10 – Подруливающее устройство

Подруливающее устройство обеспечивает параллельное вождение с точностью до 10 см.

Рис. 11 – Базовая станция (RTK)

Базовая станция передает поправки GPS-положения на GPS-приемник трактора через радио или GSM-модем для определения координат с высокой точностью (погрешность менее ±2 см).

Возможные варианты расположения оборудования на тракторе для параллельного вождения и автопилотирования показаны на рис. 12.

Рис. 12. Расположение оборудования для параллельного и автоматического вождения на тракторе (рисунок с сайта http://www.trimble.com/agriculture/autopilot.aspx)

Минимальный набор для параллельного вождения с точностью ±30 см показан на рис. 13. Основными его компонентами являются: светодиодная панель, антенна, установочная площадка антенны, крепежная стойка, набор соединительных кабелей, программное обеспечение и инструкция по использованию.

Данное оборудование востребовано в связи с тем, что оно обеспечивает экономию средств. Например, в Европе экономический эффект от применения GPS-оборудования в сельском хозяйстве достигает 50…60 евро на гектар.

Кстати сказать, обычная спутниковая навигация, широко применяемая на автомобильном транспорте, может дать максимальную точность только около 2 м, что недопустимо для технологий точного земледелия. Применительно к системам навигации имеются понятия абсолютной и относительной точности. Абсолютная точность – это фактические координаты, при помощи которых определяется местонахождение объекта, например, строения, автомобиля, трактора или комбайна. Для систем точного земледелия можно ограничиться относительной точностью, т. е. текущим местоположением какого-либо объекта, например, относительно первого прохода, на данный момент времени. В зависимости от используемого оборудования относительная точность должна достигать значений порядка 2,5…30 см.

Рис. 13. Стандартные компоненты системы

В настоящее время в мире действуют несколько сервисов поправок, но в Российской Федерации работает только один – Omnistar HP/XP. Сервис работает следующим образом: компания Omnistar имеет собственную сеть базовых станций, расположенных по всему миру. Они в автоматическом режиме вычисляют необходимую коррекцию сигнала, а затем через геостационарные спутники передают поправку на конкретный GPS-приемник.

Дополнительно к дифференциальным поправкам широко применяется режим RTK, при котором на территории хозяйства размещается своя стационарная или переносная базовая станция, и поправки на приемники высылаются с неё радиосигналом с частотой 450 либо 900 МГц. При этом не нужно покупать подписку на каждый приёмник, достигается достаточно высокая относительная точность позиционирования, но, с другой стороны, необходимы значительные разовые затраты на приобретение и установку оборудования. К тому же существует ограничение по площади действия, обуславливаемое характеристиками сигнала. Так, для стационарной базовой станции это ограничение – круг радиусом 11 км, в центре которого находится базовая станция, для переносной – немного меньше. За рубежом несколько хозяйств объединяют свои RTK для снижения общих затрат и более полного перекрытия полей, при этом также может осуществляться перепродажа сигнала.

Так как точность вождения напрямую зависит от точности измерений GPS-приёмника, то очень важно знание механизаторами основных принципов работы приёмников. На точность определения местоположения влияет несколько основных факторов: временные рассогласования, количество одновременно наблюдаемых спутников, атмосферная интерференция, вариации орбит спутников, многолучевое распространение сигнала и др.

Системы параллельного вождения и автопилотирования помогают точно соблюдать расстояния между проходами машин при выполнении полевых работ. При их использовании технологические операции выполняются с минимальными перекрытиями, экономятся рабочее и машинное время, топливно-смазочные материалы, семена, удобрения и средства защиты растений. Навигация очень удобна для опрыскивания, которое лучше проводить ночью, когда ниже температура воздуха и отсутствует ветер. Таким образом, преимуществами систем параллельного вождения являются:

точность движения агрегатов по междурядьям;

снижение нагрузки на тракториста (машиниста);

возможность работы в темное время суток и в условиях плохой видимости.

Для этого системы параллельного вождения (рис. 14) имеют специальный интерфейс, существенно облегчающий работу.

Движение может осуществляться как по прямолинейным, так и по криволинейным траекториям (рис. 15), однако точность ведения, особенно при работе с прицепными агрегатами, выше при движении по прямым линиям.

Рис. 14. Навигационный прибор EZ-Guide 500 Lightbar для системы «Автопилот» в работе

Рис. 15. Возможная траектории движения агрегатов (рисунок с сайта http://www.geomir.ru/ag_navigation_ru)

Испытания навигационной системы в России, проведенные Центром «Геомир» в 2004 г. на площадях ООО «Интеко-Агро» в Белгородской области, показали: установка системы на неподготовленный трактор John Deere занимает около 10 мин.

Бригадой механизаторов из 12 человек, ранее не работавших с системой параллельного вождения, было обработано поле культиватором «Хорш» (18,3 м) по два прохода длиной около 800 м, при этом ошибка в расстоянии между рядами составила 25 см. Использовалась поправка VBS спутника Omnistar. У систем параллельного вождения и автопилотов имеется одна особенность. «Сердце» этих систем – GPS-приемник – относится к типу датчиков, ввоз и продажа которых на территории России строго контролируется государством. Поэтому их законная реализация возможна только после сертификации и лицензирования. Для ряда систем эти процедуры уже проведены, и они разрешены к продаже.

Источник

Навигационные технологии в сельском хозяйстве. Координатное земледелие. Учебное пособие

Приведены исторические аспекты развития координатного (точного) земледелия; рассмотрена сущность основных направлений этого вида земледелия; представлено описание навигационного оборудования, в том числе при параллельном и автоматическом вождении автотракторной техники, дифференцированного внесения удобрений и средств защиты растений, а также при картировании плодородия полей и урожайности. Представлен опыт работы Центра точного земледелия РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Приведен краткий список основных терминов, список литературы и полезных ссылок на сайты по данной тематике. В приложении представлены описание и технические характеристики наиболее распространенных моделей курсоуказателей и систем параллельного вождения для сельскохозяйственной техники. Содержание учебного пособия соответствует положениям ФГОС ВПО 3-го поколения, современным требованиям техники, экономики, рынка труда и позволит успешно осуществлять подготовку бакалавров по дисциплине вариативного цикла «Точное земледелие» для подготовки бакалавров по направлению 110400 «Агрономия». Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по агрономическому образованию в качестве учебного пособия для подготовки бакалавров, по направлению 110400 «Агрономия»

Оглавление

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Навигационные технологии в сельском хозяйстве. Координатное земледелие. Учебное пособие предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

1. Сущность и задачи координатного земледелия

Координатное земледелие чаще называют точным или топоориентированным земледелием, земледелием по предписанию, точным сельским хозяйством, аккуратным сельским хозяйством. Такая технология стала возможной благодаря развитию средств связи, спутниковых навигационных систем GPS/ГЛОНАСС, компьютеризации и использованию навигационных и информационных технологий в области автоматизации сельскохозяйственного производства. Стержнем технологии являются специальные программы для агроменеджмента на базе геоинформационных систем (ГИС), позволяющие снимать, обрабатывать и накапливать информацию о местоположении техники и характеристиках сельскохозяйственных угодий.

Для эффективного использования данного вида агротехнологий в режиме реального времени и в будущем создается адаптированная к конкретным условиям хозяйства система поддержки принятия решений (СППР). Специализированное программное обеспечение обрабатывает поступающую от навигационных и различных контрольных и диагностических систем информацию, создаёт и заполняет технологические карты полей, предоставляя пользователю необходимые экономические расчеты и справочную информацию.

Наряду с современным программным обеспечением технологий точного земледелия, позволяющим осуществлять принятие решений, данный тип земледелия, безусловно, нуждается в не менее мощном техническом оснащении. Машины, применяемые для точного земледелия, также оснащаются бортовыми компьютерами, приёмниками спутниковых сигналов, различными датчиками и сенсорами, автоматическими устройствами по учёту урожая и другим оборудованием.

Главное отличие от традиционной концепции в том, что точное земледелие рассматривает как единицу учета не всё поле в целом, а каждый его отдельный (сопоставимый с точностью глобального позиционирования) участок со значениями его рельефа, плодородия, растительного состава и других признаков. На основании собранных и обработанных данных оно подразумевает применение на каждом из этих участков строго определенных и обоснованных агротехнологических приемов выращивания конкретных сельскохозяйственных культур.

Система точного, или прецизионного, земледелия представляет собой высшую форму адаптивно-ландшафтного земледелия, основанного на наукоемких агротехнологиях с высокой степенью технологичности. Её внедрение, несомненно, требует нового мышления, подготовки квалифицированных заинтересованных кадров, обеспечения сельскохозяйственных предприятий современной вычислительной техникой, наличия методов математического моделирования и средств автоматизации. При этом наиболее актуальным является применение новых информационных технологий искусственного интеллекта и геоинформационных систем.

В данном разделе учебника на основании нашего опыта рассмотрены особенности применения трех наиболее распространенных составляющих точного земледелия, к которым относятся:

технологии параллельного вождения и автопилотирования на базе системы навигации GPS, обеспечивающие необходимую точность ведения агрегатов на посеве зерновых, посадке картофеля, гребнеобразовании и т. д.;

оценка биологического состояния растений и наличия сорняков на каждом конкретном участке обрабатываемого поля в режиме реального времени при помощи специальных сканирующих устройств, сенсоров, датчиков и на основании обработки полученных данных управление автоматическим внесением необходимых доз удобрений или средств защиты растений;

оценка состояния почвы и построение карт плодородия, урожайности, а в перспективе, карт рентабельности каждого конкретного участка сельскохозяйственных угодий.

Комплекс этих и других мероприятий, о которых будет сказано в дальнейшем, значительно упрощает управление хозяйством, позволяет специалистам принимать обоснованные решения и оперативно корректировать ситуацию на полях. Все это приводит к экономии удобрений, средств защиты растений, топливно-смазочных материалов, так как используются ресурсосберегающие технологии, а в целом — к снижению себестоимости продукции, росту производительности и повышению эффективности сельского хозяйства.

Точное (прецизионное) земледелие является одним из современных направлений в развитии ресурсосберегающего земледелия. Его суть — интегрированный процесс управления ростом растений в соответствии с их потребностями. Стратегия использования технологий точного земледелия направлена на максимально полное привлечение и использование различной информации для выработки агротехнологических решений, их оптимизации применительно к конкретным почвенно-климатическим и хозяйственным условиям сельскохозяйственного предприятия и дифференцированного осуществления основных технологических операций (в пределах поля) для достижения максимальных количественных и качественных показателей.

В зависимости от биологической потребности сельскохозяйственных культур, определяемой на основании данных полевых и лабораторных обследований и расчетов, вносится дифференцированная, относительно разработанной агрохимической карты и расположения на местности, доза элементов питания растений. Таким образом достигается оптимизация питания сельскохозяйственных культур и выравнивание их урожайности в разных частях поля. Часто такой способ внесения называют «off-line». Однако необходимо учитывать, что на поле существуют участки, урожайность которых не поддается какому-либо прогнозу. Поэтому для элементов с высокой подвижностью, таких как азот, используется режим внесения по фактическому состоянию растений на поле. Это так называемое «on-line» внесение, использование которого особенно актуально на озимых культурах, чья вегетация сопряжена с риском перезимовки. Такое внесение приводит к экономии удобрений, повышению урожайности и качества сельскохозяйственной продукции, а также создает условия для сохранности окружающей среды. В отдельных случаях данная концепция позволяет точнее установить локальные причины болезней растений или наличие и причины уплотнений почвы. Кроме того, снижение химического антропогенного влияния на агробиоценозы повышает их устойчивость, что также позволяет получать дополнительную прибавку урожая за счет более полного использования сопутствующих биологических факторов.

На основе собранных данных проводится оценка оптимумов плотности посева, расчёт норм внесения удобрений и средств защиты растений, прогнозирование урожайности и соответствующего финансового планирования работы предприятия.

Именно поэтому в США точное земледелие в настоящее время в агробизнесе больше ассоциируется не с концепцией устойчивого земледелия, а с мэйнстримом (англ. mainstream — основное течение), в соответствии с которым сельхозпроизводитель стремится максимизировать прибыль, снижая затраты на удобрения за счет внесения их только на тех участках поля, где они действительно необходимы. Как уже отмечалось, агропроизводители применяют технологии переменного или дифференцированного внесения удобрений на тех участках поля, которые идентифицированы специальными приборами и датчиками, как имеющие потребность в определённой норме удобрений. С помощью GPS-приёмников проводят их позиционирование. При помощи карт предыдущего агрохимобследования и урожайности подтверждают необходимость в данных мероприятиях. В результате чего на ряде участков поля норма внесения удобрений оказывается меньше средней по полю, т. е. осуществляется перераспределение удобрений на участки, где требуется повышенная норма, и, тем самым, снижается (оптимизируется) расход удобрений.

Точное земледелие обеспечивает улучшение состояния полей и повышение эффективности агроменеджмента вследствие реализации нескольких основных критериев:

агрономического (с учётом реальных потребностей культуры в удобрениях, при этом не только совершенствуется агропроизводство, но и сохраняется почвенное плодородие полей);

технологического (производимая продукция отличается более высоким качеством);

технического (уменьшается тайм-менеджмент на уровне хозяйства, в том числе улучшается планирование сельскохозяйственных операций);

экологического (сокращается негативное воздействие сельхозпроизводства на окружающую среду, например, более точная оценка потребностей культур в азоте приводит к ограничению применения азотных удобрений);

экономического (отмечается рост производительности и/или сокращение затрат, что повышает эффективность агробизнеса).

Другим достоинством применения технологий точного земледелия для агробизнеса является ведение электронной записи и последующего хранения истории полевых работ и урожаев, что немаловажно для последующего планирования и принятия решений по севообороту, а также для составления необходимой отчётности о производственном цикле.

Все эти мероприятия, в конечном итоге, направлены на получение с данного поля (массива) максимального количества качественной и наиболее дешевой продукции, когда для всех растений этого массива создаются одинаковые условия роста и развития без нарушения норм экологической безопасности. Точное земледелие внедряется путем постепенного освоения агротехнологий на основе принципиально новых, высокоэффективных и экологически безопасных технических и агрохимических средств.

Точное земледелие — это быстроразвивающаяся система с применением наукоемких технологий, последних достижений техники, новейших методов управления. Фундаментальной частью точного земледелия является развитие и адаптация стратегии и практики ведения сельского хозяйства в современных условиях. Главное при таком подходе — измерить, понять и использовать на практике факторы, влияющие на растения, такие как водно-физические и химические свойства почвы, ландшафт, семена, применяемая технология, сроки сева и уборки, болезни и вредители, сорняки, агроклиматические условия. Точное земледелие позволяет обеспечивать усиленный контроль над проводимыми сельскохозяйственными операциями и отслеживать изменение ситуации во времени в каждой точке контура, проводя сравнительный анализ складывающейся обстановки с прогнозируемым вектором развития событий.

Практика показывает, что существующие методы ведения сельского хозяйства устарели, а новые прогрессивные технологии, признанные и успешно применяемые во всем мире, еще не получили в России должного внимания и развития. Поэтому сегодня актуальна проблема реформирования аграрного комплекса страны, внедрения экономичных технологий, способствующих повышению плодородия почв и получению стабильных урожаев при минимальных затратах.

Компенсацией сокращению численности работников, занятых в сельскохозяйственном производстве, является повышение производительности труда за счет увеличения ширины захвата агрегатов, повышения их грузоподъемности и скорости выполнения технологических операций. Так, ширина захвата машин для внесения удобрений увеличилась до 46 м, посевных агрегатов — до 18 м, почвообрабатывающих машин — до 22 м, зерноуборочных комбайнов — до 12 м, силосоуборочных комбайнов — до 10,8 м, картофелепосадочных машин — до 7,2 м, грузоподъемность прицепов повысилась до 50 т, и подобных примеров множество.

В основе точного земледелия лежит управление продуктивностью посевов, учитывающее вариабельность среды обитания растений. Точное земледелие рассматривается как неотделимая часть ресурсосберегающего экологического сельского хозяйства и подразумевает применение интегрированной системы управления, а не отдельных её разрозненных элементов.

Основными задачами и направлениями работ в области точного земледелия в настоящее время являются:

автоматизация процессов управления техникой (параллельное вождение и автопилотирование) на базе системы навигации GPS при проведении технологических операций, обеспечивающая точность посева, выравненность рядков зерновых, картофельных гребней и т. д.;

составление почвенных карт хозяйств с использованием автоматических пробоотборников;

контроль над изменениями состояния полей и посевов на различных участках, что позволяет определить последовательность их обработки;

внесение строго определенного количества удобрений и семян на различные участки одного и того же поля в зависимости от состояния почвы и посевов;

автоматический мониторинг урожайности и составление карт урожайности, а в перспективе, карт рентабельности полей;

мониторинг и контроль над использованием дорогостоящей техники (GPS/ГЛОНАСС);

накопление и хранение данных в электронном виде, что позволяет отслеживать динамику процессов в наглядной и удобной для работы форме;

многофакторный анализ и визуализация собранных данных, в том числе за несколько лет;

информационная поддержка принятия решений и контроль над их исполнением.

Для реализации системы точного земледелия необходимо следующее специальное оборудование:

приемники сигналов спутниковых радионавигационных систем GPS/ГЛОНАСС с функцией дифференциальных поправок, обеспечивающих дециметровую точность позиционирования на местности;

бортовые компьютеры для тракторов и другой сельскохозяйственной техники;

оборудование для систем параллельного вождения и автопилотирования;

геоинформационные системы (ГИС) с данными дистанционного зондирования Земли (аэро — и космическая съемка), картами урожайности, химического состава полей и т. д.;

бортовые датчики на зерноуборочной технике для мониторинга урожая;

дистанционные датчики для измерения температуры и влажности почвы, определения состояния растений и т. д.

Наилучшие результаты при реализации концепции системы точного земледелия отмечаются в том случае, когда все данные стекаются в единый диспетчерский центр, где программные средства объединяются в единую корпоративную систему управления ресурсами.

Второй компонент системы точного земледелия — это корректировка доз внесения удобрений и средств защиты растений в режиме реального времени в зависимости от состояния растений, наличия сорняков на каждом конкретном участке обрабатываемого поля. Для этого применяются специальные сканеры и сенсоры, которые в процессе работы опрыскивателя или машины для внесения удобрений корректируют количество вносимых препаратов. При традиционном земледелии, как известно, нормы внесения удобрений и средств защиты растений едины для всего поля.

В процессе внедрения точного земледелия обеспечивается комплексный подход к применению информационных технологий, который помогает оперативно принимать правильные решения с использованием программных средств, спутниковых данных и средств спутниковой навигации. Использование «минимальной» или «нулевой» технологии в последние годы делает практически невидимой границу между обработанным и необработанным участком поля. Повсеместное внедрение широкозахватной техники, проведение некоторых работ ночью (например, опрыскивание) окончательно убеждают, что пришло время управлять сельхозтехникой по приборам.

Целью точного земледелия является получение максимальной прибыли при условии оптимизации производства, экономии удобрений, извести, ядохимикатов, воды, рационального использования природных ресурсов, защиты окружающей среды. Все это приводит, в конечном счете, к повышению эффективности управления сельскохозяйственным производством.

1. Что подразумевается под понятием «точное земледелие»?

2. За счет каких основных критериев при применении точного земледелия обеспечивается улучшение состояния полей и повышение эффективности агроменеджмента?

3. Назовите три основные и наиболее распространенные составляющие точного земледелия.

4. Что является основным отличительным признаком технологий точного земледелия?

Источник