CC BY
90
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
УДК 631.17
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Е.В. Тимофеев 1 канд. техн. наук., А.Ф. Эрк канд. техн. наук1, В.А. Размук1, А.Н. Ефимова1, Н.В. Петрова
1 Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИФЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский государственный аграрный университет
Применение современных информационных систем в управлении сельским хозяйством ставит актуальный вопрос обработки и классификации информации о параметрах процессов производства. Это необходимо для технико-экономической оценки внедряемых технологий, в частности НДТ, и управления процессами производства сельскохозяйственной продукции. Соответствующие действующие системы как отечественного, так и зарубежного производства, используют сложные алгоритмы и большое количество датчиков. Это приводит к удорожанию системы, с одной стороны, и снижению ее надежности, с другой. Данные системы позволяют проводить замеры от параметров отдельных животных и до показателей работы технических и транспортных средств. Особый интерес, особенно с точки зрения экологии и энергетики, представляет мониторинг функционирования транспорта, так как в структуре себестоимости продукции около 50 % приходиться на транспортные и механизированные работы. В этом плане наиболее перспективными являются системы спутникового мониторинга. Целью работы был анализ различных систем спутникового мониторинга технических средств. Были применены методы маркетингового исследования. Были рассмотрены различные решения приемников спутникового сигнала, работающих в стандартах NAVSTAR GPS или ГЛОНАСС. Выполнено сравнение функциональных показателей программного обеспечения для спутникового мониторинга у разных систем. Проведенный анализ показал необходимость постепенного внедрения единого стандарта информационных систем для производителей сельскохозяйственных машин и коммуникационного оборудования. Это позволит создать информационные системы мониторинга, охватывающие все процессы сельскохозяйственного производства, и повысить эффективность управления сельскохозяйственным предприятием.
Ключевые слова: сельское хозяйство, цифровые системы, транспорт, спутниковый мониторинг.
Для цитирования: Тимофеев Е.В., Эрк А.Ф., Размук В.А., Ефимова А Н., Петрова Н.В. Анализ современных цифровых систем в сельском хозяйстве // АгроЭкоИнженерия. 2021. №1(106). С.4-15
SURVEY OF MODERN INFORMATION SYSTEMS FOR MONITORING OF PRODUCTION
PROCESSES IN AGRICULTURE
1Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) -branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
9
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Saint Petersburg State Agrarian University
The application of modern information systems in agricultural management is associated with an important issue of analysing and classifying the incoming information on parameters of production processes. This is especially required for the technical and economic assessment of the technologies being introduced, best available techniques (BAT), in particular, and agricultural processes control. Corresponding operating systems of both domestic and foreign manufacture use complex algorithms and a large number of sensors. This results in the higher cost of the system, on the one hand, and its lower reliability, on the other. These systems, however, allow measuring the parameters ranging from individual animals to the performance indicators of technical means and transport vehicles. The monitoring of the transport operations is of particular interest, especially from an environmental and energy standpoint as the transportation and mechanized works account for about 50% of overall production costs. In this regard, satellite monitoring systems are the most promising. The study aim was a survey of various systems of satellite monitoring of machines and equipment. Marketing research methods were applied. Various solutions for satellite signal receivers operating in the NAVSTAR GPS or GLONASS standards were considered. The functional parameters of software for satellite monitoring for different systems were compared. The survey revealed the need for the gradual introduction of a unified standard of information systems for manufacturers of agricultural machinery and communication equipment. This will allow the creation of information monitoring systems covering all agricultural production processes and increasing the efficiency of farm management.
Key words: agriculture, digital systems, transport, satellite monitoring.
For citation: Timofeev E.V., Erk A.F., Razmuk V.A.; Efimova A. N., Petrova N.V. Survey of modern information systems for monitoring of production processes in agriculture. AgroEkoInzheneriya. 2021. No. 1(106): 4-15 (In Russian)
E.V. Timofeev1, Cand. Sc. (Engineering); A.F. Erk1, Cand. Sc. (Engineering);
V.A. Razmuk1; A. N. Efimova1, N.V.
2
Petrova2
2
Введение
В рамках экологической, так и промышленной политики перед сельским хозяйством остро стоит вопрос внедрения наилучших доступных технологий (НДТ). Однако для эффективного внедрения НДТ на предприятиях АПК необходимо проводить тщательный анализ технологий с точки зрения экологической безопасности и энергетической эффективности.
В ближайшем будущем наиболее популярными и востребованными направлениями цифровизации для агропромышленного комплекса
станут:[1,2,3]
1. Дифференцированный полив и посев, внесение удобрений, прогнозирование урожая.
2. Датчики для измерения температуры и влажности почвы/воздуха/продукции, системы мониторинга с/х техники и персонала, контроль ГСМ и крупного рогатого скота.
Произво
3. Аэрокосмические снимки, картографирование с БПЛА.
4. Приложения и облачные сервисы: агроскаутинг, учет, управление с/х предприятием через мобильные устройства.
5. ЕКР-системы: интеграция разрозненных данных в единой системе.
Для контроля и управления технологических параметров процессов в сельском хозяйстве существует много различных цифровых и информационных систем как отечественного так и зарубежного производства.
Данные системы позволяют проводить замеры начиная от животных и заканчивая оборудованием и транспортом.
На рисунке 1 представлена общая схема цифровизации
сельскохозяйственного предприятия.
БКР система
-т
Экономический расчет
Рис. 1. Общая структурная схема цифровизации сельскохозяйственного предприятия
Особый интерес в этом плане с точки зрения экологии и энергетики представляет работа транспорта. Это связано с тем что в затраты на транспортные и механизированные работы составляют около 50 % себестоимости сельскохозяйственной продукции. Для анализа транспортных и механизированных работ наиболее перспективными являются системы спутникового мониторинга.
Материалы и методы
При выполнении данной работы применялись следующие методы маркетинговых исследований:
метод экспертных оценок; метод сравнительных оценок; статьи в газетах и журналах;
- информация с Intemet-сайтов;
- изучение и анализ известных разработок представленных на рынке.
Сравнительный метод исследования имеет свой собственный механизм, который включает в себе общенаучные методы. (аналогия, индукция и дедукция, анализ и синтез и др.) и логический аппарат. Обширная система категорий, которая используется в операциях по сравнению и анализу. Каждый объект или явление обладает своей собственной системой категорий. [2].
Сравнительный метод оценки объектов и явлений предвидит осуществление исследования на нескольких уровнях, также сбор и обработка всей полученной информации. При этом все данные должны быть объективными, точными и доказуемыми. Кроме этого все данные нужно распределить на разные категории и придать собранному материалу структурный вид. После этого на основании анализа полученных данных и сопоставления информации делаются конкретные выводы. [2].
Информационные системы
мониторинга представляют собой совокупность программного обеспечения, датчиков и систем сбора передачи и хранения информации. практически во всех системах перечень информации после обработки делится на три типа:
• числовую;
• текстовую;
• графическую.
Основное отличие рассматриваемых систем составляют программное обеспечение и функциональность, т.е. возможность расчета показателей, характеризирующих разные процессы сельскохозяйственного производства.
Рассматриваемые информационные системы внедрены во многих сельскохозяйственных предприятиях и выполняют схожие функции. Однако для получения качественной информационной картины о выполняемых процессах необходимо выполнение следующих функций:
• Картографическое отображение перемещений
• Онлайн мониторинг технических средств
• Разбивка полей на полигоны
• Расчет обработанных площадей
• Разбивка времени работы машины
• Контроль времени совместной работы технологической и транспортной систем
• Универсальность программного обеспечения (возможность работы со сторонним оборудованием)
• Расчет производительности
• Расчет качественных показателей
• Точность определения
позиций до 2 см Поэтому для качественного анализа данных систем необходимо произвести сравнительную оценку по представленным функциям.
Результаты и обсуждение
На сегодняшний день на рынке широко представлены различные решения для мониторинга технических средств.
Большинство этих продуктов рассчитаны на применение в автотранспортных парках. На рынке присутствуют как отечественные так зарубежные производители.
Мобильный модуль может быть построен на основе приемников спутникового сигнала, работающих в стандартах NavStar GPS (рисунок 1) или ГЛОНАСС (рисунок 2) [1, 3,4, 5, 6, 7, 8].
Рис. 2 Решения для сельского хозяйства на основе системы NavStar GPS [4, 5]
Рас. 3. Решения для сельского хозяйства на основе системы ГЛОНАСС [6, 7]
В настоящее время в России активно внедряются информационные системы ГЛОНАСС, разработка и производство клиентского оборудования мониторинга для этой системы. Принят ряд законодательных актов, в основе которых лежит указ президента РФ № 638 «Об использовании глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в
интересах социально-экономического
развития Российской Федерации».
Во исполнение указа
правительством России принят ряд нормативных документов, которыми определены полномочия федеральных органов исполнительной власти по поддержанию, развитию и использованию системы ГЛОНАСС, а так же определены
транспортные, технические средства и системы, подлежащие оборудованию аппаратурой спутниковой навигации. [1]
Также на рынке широко представлены и иностранные разработки. Их отличием от отечественных является применение технологий автоматического вождения и управления техническими средствами систем наиболее
распространенных - это AMS от John Deere и Efficient Agriculture Systems от Claas. [4, 5, 6]. Однако применение средств автоматического вождения и управления применимо только современных тракторах
Неоспоримым их преимуществом рассмотренных систем является то что они обеспечивают точность до 2 см. в
данных систем на трактора семейства МТЗ 80 и 82 (Которые составляют более 60 % парка тракторов РФ) невозможна. [7, 8, 9, 10]
В таблице 1 представлены функциональные показатели программного обеспечения для спутникового
мониторинга. Для анализа была применена бальная система оценки наиболее востребованных в сельском хозяйстве функций. Таблица 1
Функциональные показатели программного обеспечения для спутникового
горизонтальной и вертикальной проекции. Однако применение средств
автоматического вождения и управления
и комбайнах, где установлено мониторинга [5, 6, 7, 8, 9, 10]. соответствующее оборудование. Установка
Наименование показателей Системы мониторинга технических средств
Навигатор Агро Outback Efficient Agriculture Systems от AMS от «Джон Дир IT-Farming ГЛТ A m а -7Г\Г> о М2М- Tû TT О Л К О TT Т Т/* о Агронавт
Картографическое отображение перемещений + + + + + + +
Оперативной мониторинг технических средств + - + - - + +
Разбивка полей на полигоны + - + + + - +
Расчет обработанных площадей + + + + + + +
Разбивка времени работы машины - - - - - - +
Контроль времени совместной работы технологической и транспортной систем - - - - - - -
Универсальность программного обеспечения (возможность работы со сторонним оборудованием)
Расчет производительности - - + + - - +
Расчет качественных показателей - - + + - - -
Точность определения позиций до 2 см - + + + + - -
Итого 4 3 7 6 4 3 5
применимо только на современных тракторах и комбайнах где есть возможность установки соответствующего подооборудования. Однако существенным недостатком является высокая стоимость оборудования где только комплект оборудования стоит от 150 до 450 тысяч рублей в зависимости от комплектации и до 1,5 млн.рублей на программное обеспечение.
Данные системы выполняют следующие функции:
• Мониторинг работы машин в режиме реального времени;
• Мониторинг показаний приборов машин (расход топлива, скорость, уровень топлива, время в движении и время в работе);
• Анализ обработанной площади;
• Поиск машин в контрольных зонах на местности;
• Система двусторонней связи с между оператором и водителем машины;
• Выдача данных в виде путевых листов;
• Выдача данных в виде отчетов по мониторингу;
• Совмещение данных с бухгалтерскими программами.
Также в ходе анализа описаний програмного обеспечения было выявлено что снятие показателей работы производиться только для машины на которой установлено соответствующее оборудование. При этом работа машин как комплекса в этих системах не рассматривается. Оптимизацию работы система также производит для каждой машины по отдельности анализируя только ее данноы о работе. А специфика оптимизации МТП в сельском хозяйстве такова что при работе в комплексе машин
оптимизация одной или нескольких машин не даст ожидаемого эффекта.
Наиболее полную оценку показателей производит система Efficient Agriculture Systems от фирмы Claas. данная система позволяет оценить работу машины с учетом времени поворотов простоев и т.д. Но недостатком данной системы является ткаже большая дороговизна и специализация по машинам фирмы Claas и ее применение невозможно на других технических средствах и машинах. А как правило в парке в Российской Федерации более 90% сельскохозяйственных предприятий имеют разномарочные машины.
Выводы
Характеристики выполнения
технологической операции машинно-тракторным агрегатом складывается из двух составляющих - результатами прямых замеров и результатами обработки полученных данных.
Проведенный анализ показал, что производители современных тракторов и сельскохозяйственных машин активно внедряют информационные системы для оперативного мониторинга и управления техникой в реальном времени. Изначально данные системы были представлены на импортной технике. однако в последние пять лет в данном направлении разрыв с отечественными производителями
практически сравнялся. в этом большая заслуга отечественного производства и программа импортозамещения.
В ходе анализа рассмотрены по бальной системы наиболее
распространенные в РФ системы: Навигатор Агро, Outback MAX, Efficient Agriculture Systems от Claas, AMS компании «John Deere», IT-Farming от Amazone, М2М-Телематика, Агронавт.
Наболее полную информационную картину дают системы от Claas и AMS от John Deere. Из отечественных разработок наиболее расширенным функционалом обладает система Агронавт и НавигаторАгро которые изначально созданы для сельского хозяйства.
Остальные системы как правило пришли из систем мониторинга транспортных перевозок и ограничены функционалом. Поэтому широкого внедрения в сельском хозяйстве они не
нашли. Выходом из сложившейся ситуации является постепенное внедрение единого стандарта информационных систем для производителей сельскохозяйственных машин и коммуникационного
оборудования. Это позволит создать информационные системы мониторинга охватывающие все процессы
сельскохозяйственного производства, что позволит повысить эффективность управления предприятием.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Тимофеев Е.В., Яников А.В. Оценка эффективности работы технических средств, выполняющих операции сельскохозяйственного производства в условиях Северо-Запада РФ с использованием спутниковых навигационных систем // Материалы Международного агропромышленного конгресса «АПК - стратегический ресурс экономического развития государства». СПб: КВЦ ЭКСПОФОРУМ. 2015. С. 207.
2. Карташов Е.Ф. Модернизация сельскохозяйственного производства на основе трансфера инновационных технологий // Фундаментальные исследования. 2012. № 11 (2). С. 493-497.
3. Соловьев С.А., Любич В.А., Курамшин М.Р. Мониторинг техники в режиме on-line в системе точного земледелия. Сельский механизатор. 2013. № 10, С. 10-11
4. Просто делать больше. CLAAS TELEMATICS. [Электронный ресурс]. URL:
http://www.claas.ru/produkte/easy/telemetrie-2015 (дата обращения: 01.03.2021).
5. AGCOMMAND. [Электронный ресурс]. URL: https://zeppelin-agro.com.ua/pdf/zeppelin_agcommand.pdf (дата обращения: 18.01.2021).
6. AFS - системы современного земледелия. [Электронный ресурс]. URL: http://caseih.car-
liner.ru/upload/iblock/85c/85c8a03037f6eebd5 032f8f958 fd5328.pdf (дата обращения: 01.03.2021).
7. JDLink - Телематические системы. [Электронный ресурс]. URL: http://www.deere.ru/ru_RU/products/ equipme nt/agricultural_management_solutions/jdlink_t elematics/j dlink_telematics.page (дата обращения: 01.03.2021).
8. Управление данными - Телематика. [Электронный ресурс]. URL: http://agriculture 1.newholland.com/apac/ru/si s tema-upravlenija-tocnym-zemledeliemplm/produkty/upravlenie-dannymi-telematika/plm-connect-professional (дата обращения: 01.03.2021).
9. Agrotronic - инновационная система дистанционного мониторинга и контроля операций агромашин с модулем
параметрического контроля для
сельскохозяйственных предприятий
[Электронный ресурс]. URL:
https://rostselmash.com/products/agrotronic/^ ата обращения: 01.03.2021).
10. Система мониторинга техники «АвтоГРАФ». [Электронный ресурс]. URL: http://eco-razum.com/?q=node/78 (дата
обращения: 14.03.2021).
REFERENCES
1. Timofeev E.V., Yanikov A.V. Otsenka effektivnosti raboty tekhnicheskikh sredstv, vypolnyayushchikh operatsii sel'skokhozyaistvennogo proizvodstva v usloviyakh Severo-Zapada RF s ispol'zovaniem sputnikovykh navigatsionnykh system [Evaluation of the efficiency of technical means performing agricultural operations in the North-West of the Russian Federation using satellite navigation systems]. Materialy Mezhdunarodnogo agropromyshlennogo kongressa «APK -strategicheskii resurs ekonomicheskogo razvitiya gosudarstva» [Proc. Int. Agro-Ind. Cong "Agro-Industrial Complex is a strategic resource of the state economic development"]. Saint Petersburg: EXPOFORUM CENTRE. 2015: 207 (In Russian)
2. Kartashov E.F. Modernizatsiya sel'skokhozyaistvennogo proizvodstva na osnove transfera innovatsionnykh tekhnologii [Modernization of agricultural production on the basis of the transfer of innovative technologies]. Fundamental'nye issledovaniya. 2012. No. 11 (2): 493-497. (In Russian)
3. Soloviev S.A., Ljubich V.A., Kuramshin M.R. Monitoring tekhniki v rezhime on-line v sisteme tochnogo zemledeliya [Monitoring equipment in the on-line system for precision farming]. Sel'skii mekhanizator. 2013. No. 10: 10-11(In Russian)
4 Telemetry: Simple better performance. CLAAS TELEMATICS. Available at: URL: http://www.claas.co.uk/products/easy/telemetri e-2015 (accessed 01.03.2021).
5 AGCOMMAND. Available at: URL: https://zeppelin-
agro.com.ua/pdf/zeppelin_agcommand.pdf (accessed 18.01.2021) (In Russian)
6. AFS -sistemy sovremennogo zemledeliya [AFS - systems of modern arable afrming]. Available at: URL: http://caseih.car-liner.ru/upload/iblock/85c/85c8a03037f6eebd5 032f8f958 fd5328.pdf (accessed 01.03.2021). (In Russian)
7. JDLink - Telematicheskie sistemy [JDLink - Telematic systems]. Available at: URL: http://www.deere.ru/ru_RU/products/ equipme nt/agricultural_management_solutions/jdlink_t elematics/jdlink_telematics.page (accessed 01.03.2021). (In Russian)
8. Upravlenie dannymi -Telematika [Data management - telematics]. Available at: URL: http://agriculture 1.newholland.com/apac/ru/si s tema-upravlenij a-tocnym-zemledeliemplm/produkty/upravlenie-dannymi-telematika/plm-connect-professional (accessed 01.03.2021). (In Russian)
9. Agrotronic -innovatsionnaya sistema distantsionnogo monitoringa i kontrolya operatsii agromashin s modulem parametricheskogo kontrolya dlya sel'skokhozyaistvennykh predpriyatii [Agrotronic - an innovative system for remote monitoring and control of operations of agricultural machines with a parametric control module for agricultural enterprises]. Available at: URL:
https://rostselmash.com/products/agrotronic/ (accessed 01.03.2021). (In Russian)
10. Sistema monitoringa tekhniki «AvtoGRAF» [Monitoring system of
machinery "AutoGRAPH"]. Available at: URL: http://eco-razum.com/?q=node/78
(accessed 14.03.2021). (In Russian)
