Комплексы показателей мониторинга работы дождевальной техники в режиме реального времени Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

***** ИЗВЕСТИЯ *****

№ 3 (39), 2015

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

УДК: 631.674.5:504.064.36

КОМПЛЕКСЫ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МОНИТОРИНГА РАБОТЫ

ДОЖДЕВАЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

В.В. Бородычев, член-корреспондент РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор М.Н. Лытов, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Е.Э. Головинов, кандидат технических наук

Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова (Волгоградский филиал)

На основе совокупности критериев, таких как расширение информационного поля, углубление и детализация информации о работе дождевальной техники в режиме реального времени, исключение дублирования потоков информации, - обоснованы комплексы показателей мониторинга работы дождевальной техники, обеспечивающие геопозиционный контроль дождевальной техники, контроль выполнения задания на полив, диагностику работы конструктивных элементов дождевальной техники, контроль экологической безопасности работы дождевальной техники в режиме реального времени.

Ключевые слова: дождевальная техника, мониторинг, геопозиционный контроль, комплексы показателей, режим реального времени.

Современной научной общественностью [8, 7, 5, 3, 4 и др.] активно ведутся работы по совершенствованию конструкций гидромелиоративных систем с учетом новых требований и уровня развития технологий. Однако эффективное использование новых технических решений может быть обеспечено только при наиболее полном согласовании режимов эксплуатации гидромелиоративных систем, биологических особенностей орошаемых культур, природных особенностей региона и агроландшафтной единицы. При этом степень дифференциации динамики этих критериев в пространстве и времени напрямую зависит от эффективности мониторинга исполняющих механизмов системы и требует реализацию функции слежения в режиме реального времени. Собственно, возможность мониторинга технологических процессов в режиме реального времени можно считать одной из главных отличительных черт гидромелиоративных систем нового поколения.

Цель исследований - дать научное обоснование комплексов показателей - критериев мониторинга работы дождевальной техники в режиме реального времени. Исследуемым процессом в соответствии с поставленными задачами является процесс осуществления непрерывного контроля выполнения функций дождевальной техникой нового поколения в режиме реального времени. Методологической основой настоящей работы стали основы теории оптимальных и адаптивных систем, принципы координатных систем земледелия, методы функционального анализа в области информационных технологий [6, 1, 2]. Для каждого из показателей были определены возможные области применения, степень информативности и возможности использования в общей информационной модели мониторинга работы дождевальной техники. Отличительной особенностью исследований является организация показателей в функциональные комплексы, в которых информативность каждого из критериев дополняет друг друга.

Результаты исследований сведены в таблицу 1, в которой в абстрактной форме представлен анализ информационной сочетаемости комплексов показателей - критериев мониторинга работы дождевальной техники в режиме реального времени. Таблица организована таким образом, что все анализируемые показатели пересекаются между собой. В случае, если контроль одного показателя по виду и объему получаемой информации пол-

33

***** ИЗВЕСТИЯ *****

№ 3 (39), 2015

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

ностью замещает информативность другого показателя, то в таблице на пересечении этих показателей ставили минус. Если контроль одного показателя по виду и объему получаемой информации дополняет информативность другого показателя, или совместный мониторинг показателей позволяет извлечь новую, полезную информацию (синергетический эффект), то в таблице на пересечении этих показателей ставили плюс.

Результаты анализа показывают, что глобальное спутниковое позиционирование и глобальное время являются ключевыми показателями мониторинга работы дождевальной машины в режиме реального времени. Сочетание данных глобального спутникового позиционирования, равно как и глобального времени, с любым из приведенных в таблице показателем обеспечивает получение полезной информации. По сути этим обеспечивается привязка мониторинговых данных к географической и временной позиции дождевальных машин.

Совместный мониторинг давления воды на гидранте (насосе дождевальной машины) с давлением на последнем аппарате дождевальной машины обеспечивает возможность контроля герметичности конструкции, исправности дождевальных аппаратов, изменения проходного сечения или гидравлической шероховатости водоподводящих трубопроводов. Г лавным преимуществом совместного контроля давления воды на гидранте (насосе ДМ) и последнем аппарате является простота организации такого рода мониторинга, возможность использования известных технологий и технически несложных измерительных устройств. Недостатком совместного мониторинга давления воды на гидранте (насосе ДМ) и последнем аппарате является размытость получаемой информации.

Возможность измерения расхода воды на входе дождевальной машины в сочетании с контролем давления воды на гидранте (насосе ДМ) позволяет конкретизировать выводы, что соответственно повышает качество извлекаемой информации. Использование данных мониторинга давления воды в гидранте (насосе ДМ), последнем аппарате и расхода воды на входе дождевальной машины позволяет сделать объективные диагностические суждения, а также оценить: являются ли они критическими по уровню падения напора по длине дождевальной машины.

Организация непрерывного мониторинга расхода воды на дождевальных аппаратах вряд ли имеет практический смысл как с технической точки зрения, так и с позиций получения полезной информации. Однако, контроль расходно-напорных характеристик дождевальных аппаратов в совокупности с организацией непрерывного мониторинга расхода воды на входе дождевальной машины при известном давлении воды на гидранте (насосе ДМ) позволяет конкретизировать диагностические суждения, за счет чего возрастает полезность извлекаемой информации. В частности: если фактический расход воды на входе дождевальной машины q,^., больше нормативных значений, определенных по давлению воды на гидранте (насосе ДМ) с учетом напорно-расходной характеристики дождевальной машины, q^fM.: ?факт. > Чнорм., а расход воды совокупностью аппаратов меньше расхода воды на входе дождевальной машины: X Я.ап. < Чфакт., то имеет место разгерметизация конструкций дождевальной машины; тогда при X Чап. = Чфакт. - аппарат (совокупность аппаратов) не исправен или не соответствует конструкции дождевальной машины; если фактический расход воды на входе дождевальной машины, q,^., меньше нормативных значений, определенных по давлению воды на гидранте (насосе ДМ) с учетом напорно-расходной характеристики дождевальной машины, q^^.: ^факт. > ?норм., а расход воды аппаратом (совокупностью аппаратов) равен нормативным значениям: qan. = qHOpM. ап., то имеет место изменение проходного сечения или гидравлической шероховатости водоподводящего трубопровода; тогда при qan. < днорм ап. - засорен водовыпуск дождевального аппарата.

34

Таблица 1 - Комплексы показателей инструментального мониторинга работы дождевальной техники

Наименование показателя № пока- зателя Номер показателя по порядку

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 16 18

Данные глобального спутникового позиционирования 1 X + + + + + + + + + + + + +

Глобальное время 2 + X + + + + + + + + + + + +

Давление на гидранте или насосе ДМ 3 + + X — + + - + + + + + + +

Давление на первом аппарате ДМ 4 + + - X + + - + + + + + + +

Давление на последнем аппарате ДМ 5 + + + + X - - - - + + Н~ + +

Расход воды на входе ДМ 6 + + + + - X + + + + + + +

Расход воды аппаратом 7 + + - - - + X - - + + + + +

Скорость движения ДМ при поливе 8 + + + + - + - X - + + + + +

Время стояния на позиции (для ДМ позиционного полива) 9 + + + + - + - - X + + + + +

Размер капель дождя 10 + + + + + + + + + X + + + +

Образование луж 13 + + + + + + + + + + X + + +

Скорость ветра и направление ветра 14 + + + + + + + + + + + X + +

Температура воздуха и относительная влажность воздуха 16 + + + + + + + + + + + + X +

Средняя интенсивность дождя с перекрытием 18 + + + + + + + + + + + + + X

Ы

Й

N

Щ

Й

to

о

* Ы о it. К

а О

Й ^

St. О S;

g-3

Й о о а

в В

is

ЙЙ о to to о to Si to w to о to to о tt. to

to о to to to о to

0

1

to

to

о

*

*

*

*

*

to

Й

Й

0

1

*

*

*

*

*

***** ИЗВЕСТИЯ *****

№ 3 (39), 2015

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

На практике целесообразно проводить периодический контроль расходнонапорных характеристик дождевальных аппаратов с выбраковкой последних при превышении допустимого уровня отклонений.

Контроль скорости движения дождевальной машины при производстве поливов в сочетании с мониторингом давления воды на гидранте (насосе ДМ) при известных расходно-напорных характеристиках, позволяет вести дифференцированный учет фактического объема воды, подаваемого по секторам орошаемого участка. Учет колебаний давления воды на гидранте (насосе ДМ) при известной скорости движения дождевальной позволяет отследить отклонения от графика-задания на проведение полива и, при необходимости, назначить компенсационные мероприятия.

Организация непрерывного мониторинга давления воды на гидранте (насосе ДМ) в сочетании контролем размера капель дождя позволяет оценить критические пороги диапазона рабочих напоров для дождевальной машины по физическим показателям. При этом реализуется возможность учета почвенного покрова орошаемого участка, особенностей растительного покрова, биологических требований орошаемой культуры по фенологическим фазам.

Факт образования луж на поверхности орошаемого участка свидетельствует об опасности формирования поверхностного стока и развития ирригационной эрозии.

Измерение скорости и направления ветра позволяет контролировать условия, в которых осуществляется полив. Организация непрерывного мониторинга этих показателей позволяет оценить условия, при которых проведение полива неэффективно или недопустимо и, соответственно, скорректировать работу дождевальной машины.

Температура и относительная влажность воздуха также позволяет контролировать условия, в которых осуществляется полив. Непрерывный контроль этих показателей позволяет оценить энергетические ресурсы атмосферы и контролировать потери воды на испарение при дождевании.

Мониторинг средней интенсивности дождя с перекрытием позволяет оценить опасность образования луж, поверхностного стока и развития ирригационной эрозии. Мониторинг этого показателя в сочетании контролем давления воды на гидранте (насосе ДМ) позволяет детально оценить эту связь для конкретных конфигураций дождевальных машин.

Контроль фактического расхода воды на входе дождевальной машины в совокупности с известной скоростью движения машины позволяет оценить отклонения от графика-задания на полив и, при необходимости, провести компенсационные мероприятия.

Совокупный контроль рассматриваемых в статье мониторинговых показателей при правильной организации информационных сегментов позволяет: определять координаты места нахождения дождевальной машины, контролировать кинематику и динамику перемещения машины, время стояния машины на позиции; получать информацию о нахождении машины в работе, простое или холостом перемещении, контролировать соответствие фактических напоров рабочим характеристикам машины, вести расчетный мониторинг производительности дождевальной машины и параметров выполнения задания на полив; получать общую информацию о техническом состоянии конструкций дождевальной машины с оценкой возможности выполнения основных функций; проводить инструментальный контроль производительности дождевальной машины с возможностью прямого мониторинга параметров выполнения задания на полив; проводить инструментальный контроль изменения напорно-расходных характеристик дождевальных аппаратов с последующим уточнением информации о техническом состоянии конструкций дождевальной машины, дифференцированием диагностических суждений; проводить физический мониторинг качества дождя с оценкой возможности

36

***** ИЗВЕСТИЯ *****

№ 3 (39), 2015

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

продолжения полива, вырабатывать диагностическую информацию о причинах снижения качества дождя; проводить инструментальный контроль образования луж на поверхности орошаемого участка с прогнозированием возможности поверхностного стока и развития ирригационной эрозии, вырабатывать диагностические суждения о причинах образования луж на поверхности орошаемого участка.

Библиографический список

1. Александров, А.Г. Оптимальные и адаптивные системы [Текст]/ А.Г. Александров. -М.: Высшая школа, 1989. - 263 с.

2. Андреев, В.К. Вопросы прикладного функционального анализа [Текст] / В.К. Андреев. - Красноярск: КрасГУ, 2007. - 128 с.

3. Бородычев, В.В. Информационная технология поддержки принятия решений при эксплуатации гидромелиоративных систем [Текст]/ В.В. Бородычев, А.Ф. Рогачев, Д.А. Рогачев // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2010. - № 5. - С. 24-26.

4. Влияние входного напора в дождевальный аппарат «Роса-1» на качество использования водных ресурсов при поливе ДКШ-64 «Волжанка» [Текст]/ Н.В. Кузнецова, Л.Н. Маковки-на, Н.Е. Степанова, В.Ю. Кузнецова //Известия Международной академии аграрного образования. - 2013. - № 17. - С. 179-183.

5. Майер, А.В. Универсальная многофункциональная система орошения для комбинированных способов полива [Текст]/ А.В. Майер, Ю.И. Захаров, Н.В. Криволуцкая // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2015. - № 1 (37). - С. 206-210.

6. Михайленко, И.М. Управление системами точного земледелия [Текст]/ И.М. Михайленко. - Санкт-Петербург: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2005. - 233 с.

7. Ольгаренко, Г.В. Научно-методические рекомендации по проектированию и эксплуатации оросительных систем при дождевании на агроландшафтах различной топографии [Текст]/ Г.В. Ольгаренко, А.А. Алдошкин. - М.: Росинформагротех, 2011. - 111 с.

8. Оросительные системы России: от поколения к поколению [Текст] : монография / В.Н. Щедрин, А. В. Колганов, С. М. Васильев, А. А. Чураев. - В 2 ч. - Новочеркасск: Геликон, 2013. - 590 с.

E-mail: vkovniigim@yandex.ru

УДК 633.18:631.559

ВЛИЯНИЕ МЕЛИОРАТИВНЫХ ПРИЕМОВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И СПОСОБОВ ПОСЕВА НА УРОЖАЙНОСТЬ РИСА В УСЛОВИЯХ САРПИНСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

Е.П. Боровой, доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.А. Душкина, аспирант

Волгоградский государственный аграрный университет

Э.Б. Дедова, доктор сельскохозяйственных наук

Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова (Калмыцкий филиал)

В статье представлены результаты исследований по изучению влияния мелиоративных приемов обработки почвы и способов посева на продуктивность риса. Установлено, что дополнительные мелиоративные приемы обработки почвы (щелевание и кротование на глубину 40.. .50 см) улучшают ее водно-физические свойства, а узкорядный способ посева повышает урожайность риса.

Ключевые слова: мелиоративные приемы, кротование, щелевание, способы посева, водно-физические свойства, рисовые севообороты.

37