CC BY
16УДК 62
ПРОЕКТ ДИСТАНЦИОННОГО КОМПЛЕКСА ИЗМЕРЕНИЯ ПОЧВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАК ИНСТРУМЕНТ ЦИФРОВИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА Садов Артем Александрович - старший преподаватель кафедры технологических и транспортных машин ФГБОУ ВО Уральский ГАУ.
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. 8-996-1879731, E-mail: artemsadov@yandex.ru)
Потетня Константин Михайлович - преподаватель кафедры технологических и транспортных машин ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-3363, E-mail: gto992@mail.ru)
Устюгов Александр Дмитриевич - председатель Свердловского регионального отделения Российского союза сельской молодежи, ассистент ФГБОУ ВО Уральский ГАУ. (620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. 8-908-902-0679, Е-mail: 9089020679@mail.ru)
Носков Алексей Иванович - студент направления - 35.03.06 агроинженерия, - профиль Технические системы в агробизнесе. Кафедра -технологических и транспортных машин. ФГБОУ ВО Уральский ГАУ.
(620137 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Июльская 20. Уральский государственный аграрный университет, тел. 8-932-617-68-46, E-mail: alnos98@yandex.ru)
Рецензент: Зеленин А.Н. - кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет.
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +79089282546, Е-mail: agron@mail.ru)
Ключевые слова: сельское хозяйство, открытый грунт, мобильный комплекс, геохимия, метеорология
Аннотация
Геохимические исследования почвы являются важной частью процесса растениеводства с использованием грунта в современном сельском хозяйстве. Поставив целью данного исследования разработку проекта комплекса, который мог уменьшить трудозатраты на выполнение работ.
При выборе первостепенных характеристик комплекса были продуманны его технические параметры, которые должны давать ему преимущество при работе, учитывая сельскохозяйственную специфику, это: колесное либо комбинированное шасси пригодное для перемещения по полям, надежная система связи для управления. В процессе рассмотрения существующих методов подбора почвенных проб и проведения геохимического анализа на месте был сделан вывод о высокой сложности проведения
лабораторного анализа проб почвы вне лаборатории с получением точного результата. Результаты, полученные только с помощью различных датчиков и сенсоров, не дают специалистам-геохимикам полной картины о состоянии почвы на поле. Поэтому решено что комплекс будет комбинированный - процессы, выполнение которых возможно в поле, с минимальным воздействием на результат и поддающиеся автоматизации, комплекс будет выполнять на месте. В противоположном случае предполагается забор проб автоматизированным пробоотборником для последующей доставки на лабораторные испытания. Энергопитание комплекса: либо электрическое, за счет аккумуляторов и солнечных панелей, либо обеспечиваться двигателем внутреннего сгорания, либо комбинироваться. Выбор приоритетного способа энергопитания следует проводить при полевых испытаниях с открытым сравнением различных вариантов. Также, учитывая большую площадь и объём работы, следует продумать взаимодействие комплекса с прочими устройствами в рамках «интернета вещей».
THE PROJECT OF THE REMOTE COMPLEX OF MEASURING SOIL INDICATORS AS A TOOL OF DIGITALIZATION OF AGRICULTURE
Sadov A. A. - senior lecturer of the Department of technological and transport machines of Ural state agrarian University.
(620075, Sverdlovsk region, Ekaterinburg, bilimbaevskaya street 7. The Ural state agrarian University, phone 8-932-617-68-46, E-mail: artemsadov@yandex .ru)
Potetnya K.M. - teacher of the department of technological and transport machines Ural State Agrarian University.
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht st., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, E-mail: gto992@mail.ru)
Ustyugov A.D. - Chairman of the Sverdlovsk Regional Branch of the Russian Union of Rural Youth, Assistant of Ural state agrarian University.
(620075, Sverdlovsk region, Ekaterinburg, Karl Liebknecht st., 42 tel. 8-908-902-0679, E-mail: 9089020679@mail.ru)
Noskov A. I. - student direction-35.03.06 Agroengineering, - profile Technical systems in agribusiness. Department- technological and transport machines of Ural state agrarian University.
(620137, Sverdlovsk area, Ekaterinburg, street of Iyul'skaya 20. Ural state agrarian University, tel. 8-932-617-68-46, E-mail: alNos98@yandex.ru)
Reviewer: Zelenin A. N. - candidate of technical sciences, associate professor, Ural state agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Ekaterinburg, Karl Liebknecht str., 42 tel. +7 9089282546, E-mail: agron@mail.ru)
Keywords: agriculture, open ground, mobile complex, Geochemistry, meteorology
Summary
Geochemical studies of soil are an important part of the process of crop production using soil in modern agriculture. The purpose of this study was to develop a project of a complex that could reduce the labor cost of performing the work.
When choosing the primary characteristics of the complex, its technical parameters were considered, which should give it an advantage when working, taking into account the agricultural specifics: a wheeled or combined chassis suitable for moving across fields, a reliable communication system for management.
In the process of reviewing existing methods for selecting soil samples and conducting geochemical analysis on site, it was concluded that it is highly difficult to conduct laboratory analysis of soil samples outside the laboratory to obtain an accurate result. The results obtained only with the help of various sensors and sensors do not give geochemists a complete picture of the state of the soil in the field. Therefore, it was decided that the complex will be combined-processes that can be performed in the field, with minimal impact on the result and can be automated, the complex will perform on-site. In the opposite case, it is assumed that samples are taken by an automated sampler for subsequent delivery to laboratory tests. The power supply of the complex: either electric, due to batteries and solar panels, or provided by an internal combustion engine, or combined. The choice of the priority method of power supply should be carried out during field tests with an open comparison of different options. Also, given the large area and volume of work, you should think about the interaction of the complex with other devices within the "Internet of things".
Введение:
В современный период развития сельского хозяйства в Российской Федерации широкое распространение получают цифровые, информационные ресурсы, кроме этого предприятия АПК нацелены на активную цифровизацию процессов деятельности внутри предприятия.
Доступность цифровых технологий в широких кругах общества позволяет начать трансформацию сельского хозяйства за счет внедрению цифровых технологий и платформенных решений с целью обеспечения роста производительности на предприятия агропромышленного комплекса.
Также активное развитие IT-технологий в мире и России, в частности, различных интернет площадок, где пользователи могут делится своими наработками и опытом в сфере своих интересов, способствует постепенному внедрению высоких технологий в сельское хозяйство.
Для реализации данной трансформации министерством был выпущен ведомственный проект «цифровое сельское хозяйство», согласно данного проекта можно выделить три главных пути реализации: через активное внедрение роботизации, применение концепций вычислительных сетей физических предметов (вещей) и использования цифровой платформы [3].
Запрос агропредприятий на повышение производительности продукции и снижение издержек в процессе производства требует применение современных технологий и методов [4]. С помощью современных технологий возможно обеспечить качественный переход в производстве сельскохозяйственной продукции, обеспечения конкурентоспособности на глобальном рынке российской продукции.
Основная часть:
Для прогнозирования и расчета будущего урожая, планирования внесения удобрений сельскохозяйственным предприятиям необходимо проводить геохимические анализы почвы на макро- и микроэлементы, загрязняющие вещества, биологические факторы и прочие факторы.
Сейчас для забора проб почвы на анализ минимальна автоматизация процесса. Однако, для проведения анализа почвы на участке необходимо, чтобы туда приехал сборщик, в соответствии с правилом отбора проб снял пробу грунта. Таких участков для отбора проб, в зависимости от различных особенностей местности, закладываются не менее одной на площадь от половины, до двадцати гектар [2]. Понятно, что в крупном хозяйстве, где поля занимают большую площадь, таких проб нужно собрать большое количество. На сбор, доставку, проведение лабораторного анализа проб требуется ограниченное, во время выполнения сельскохозяйственных работ, время. Также специалистам сельского хозяйства нужен точный прогноз погоды на максимально возможный срок расчета. В соответствии с ним осуществляется планирование работ. В случае неточного прогноза эффективность выполнения работ может серьезно снизиться, вплоть до нуля.
Коллектив преподавателей факультета инженерных технологий Уральского ГАУ и участники молодежного инновационного центра работают над комплексом снижающий влияние вышеизложенных факторов.
Предлагается комплекс по постоянному мониторингу изменений состояния сельскохозяйственных угодий состоящий из ряда наземных и воздушных машин, объединённых между собой цифровой платформой.
Рисунок 1. - Комплекс машин по дистанционному мониторингу земель сельскохозяйственного назначения. Одно из планируемых решений предполагается на колесном шасси, должно выполнять следующие задачи:
• снятие показателей непосредственно с почвы контактным способом в режиме онлайн;
• автоматический забор проб с вакуумацией для дальнейшей транспортировки с целью проведения лабораторного анализа;
• Проводить мониторинг метеорологических показателей в режиме онлайн;
• Возможность оснащением сельскохозяйственными агрегатами;
• Возможность автономной работы за счет установки фотоэлектрических преобразователей;
Параллельно с ним предполагается более маневренный, в силу иной среды передвижения, вариант беспилотного дистанционно пилотируемого летательного аппарата. Данная тема актуальна - согласно исследованиям, более 10% беспилотных летательных аппаратов используются по прямому сельскохозяйственному назначению [5]. Предполагается что беспилотный летательный аппарат в комплексе машин по дистанционному мониторингу будет выполнять следующие функции:
• инвентаризацию сельскохозяйственных угодий;
• создания электронных карт полей;
• оценить объем работ и контролировать их выполнение;
• вести оперативный мониторинг состояния посевов;
• вести оперативный мониторинг показателей почвы (влажность, плотность, и прочее)
• определять нормализованный вегетационный индекс;
• оценить всхожести сельскохозяйственных культур;
• прогнозировать урожайность сельскохозяйственных культур;
• проверить качество технологической подготовки сельскохозяйственных угодий;
• вести экологический мониторинг сельскохозяйственных земель.
Беспилотные аппараты, на колесном шасси и летательный аппарат, должны будут обмениваться данными в рамках «интернета вещей» и взаимодействовать с другими
цифровыми устройствами [6,7].
В дальнейщей работе будет структурирована информация элементах, системах и технических решений, устанавливаемых в данном технологическом комплексе с последующей разработкой структурной схемы элементов управления и обмена информацией.
Вывод: дальнейшее развитие точного земледелия потребует совершенствования технологии геохимического анализа почвы, применения большого количества автономных и дистанционно управляемых модулей для выполнения различных задач. Беспилотные самоходные и летательные аппараты должны позволить уменьшить количество рутинной работы для специалистов агропромышленных предприятий
Библиографический список
1. Труфляк, Е. В. Точное земледелие: учебное пособие / Е. В. Труфляк, Е. И. Трубилин. — 2-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2019. — 376 с. — ISBN 978-5-8114-4580-6. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/122186 (дата обращения: 04.06.2020). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
2. ГОСТ Р 56157-2014 Почва. Методики (методы) анализа состава и свойств проб почв. Общие требования к разработке (Переиздание) — Текст: электронный // федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. — URL: http://protect.gost.ru/default.aspx/v.aspx?control=7&id=235638 (дата обращения: 04.06.2020). — Режим доступа: документ для скачивания.
3. Гордеев А.В. Ведомственный проект «Цифровое сельское хозяйство»: официальное издание. / Д.Н. Патрушев, И.В. Лебедев, А.Г. Архипов, К.А. Буланов, Д.В. Гребеньков, С.Н. Косогор - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2019. - 48 с. - ISBN 978-5-7367-1494-0. - Текст: электронный // Официальный сайт министерства сельского хозяйства. - URL: http://mcx.ru/upload/iblock/900/900863fae06c026826a9ee43e124d058.pdf (Дата обращения 04.06.2020). - Режим доступа: документ для скачивания.
4. Казанская Л.Ф., Савицкая Н.В., Камзол П.П. Перспективы развития беспилотного транспорта в России // БРНИ. 2018. №2. URL: https://cyberieninka.ru/artide/n/perspektivy-razvitiya-bespilotnogo-transporta-v-rossii (дата обращения: 05.06.2020). - Режим доступа: документ для скачивания.
5. Голдина И.И. Цифровое сельское хозяйство: состояние и перспективы / Иовлев Г. А. -Текст: электронный // Научно-технический вестник Технические системы в АПК. - №1 (6) 2020г. -с.21-27. — URL: https://www.texvestnik.ru/kopiya-ntvtsvapk-2019-3 (дата обращения: 05.06.2020).
6. Андрюшечкина Н.А. Интернет вещей в сельском хозяйстве / Мусихина Л.В. — Текст: электронный // Научно-технический вестник Технические системы в АПК. - №1 (6) 2020г. - с.42-47. — URL: https://www.texvestnik.ru/kopiya-ntvtsvapk-2019-3 (дата обращения: 05.06.2020).
Bibliographic list
1. Turflyak E. V. Precision farming: a textbook / E. V. Turflyak, E. I. Trubilin. — second edition, stereotype. — Saint-Petersburg: Lan', 2019. — 376 с. — ISBN 978-5-8114-4580-6. — Text: electronic // Lan': electronic library system. — URL: https://e.lanbook.com/book/122186 (date accessed: 04.06.2020). — Access mode: for authorization. users'
2. GOST R 56157-2014 Soil. Methods (methods) for analyzing the composition and properties of soil samples. General requirements for development (Reissue) - Text: electronic // Federal Agency for technical regulation and Metrology. — URL: http://protect.gost.ru/default.aspx/v.aspx?control=7&id=235638 (date accessed: 04.06.2020). - Access mode: document for download.
3. Gordeev A.V. Departmental project "Digital agriculture": official publication. / D. N. Patrushev, I. V. Lebedev, A. G. Arkhipov, K. A. Bulanov, D. V. Grebenkov, S. N. Kosogor-Moscow: fgbnu "Rosinformagrotech", 2019. - 48 p. - ISBN 978-5-7367-1494-0. - Text: electronic // Official website of the Ministry of agriculture. - URL: http://mcx.ru/upload/iblock/900/900863fae06c026826a9ee43e124d058.pdf (accessed 04.06.2020). -Access mode: document for download.
4. Kazanskaya L. F., Savitskaya N. V., Kamzol P. P. Prospects of development of unmanned transport in Russia / / BRNI. 2018. # 2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-razvitiya-bespilotnogo-transporta-v-rossii (accessed: 05.06.2020). - Access mode: document for download.
5. Goldina I. I. Digital agriculture: state and prospects / Iovlev G. A-Text: electronic // Scientific and technical Bulletin of Technical systems in the agro-industrial complex. - №1 (6) 2020. - p. 21-27. - URL: https://www.texvestnik.ru/kopiya-ntvtsvapk-2019-3 (accessed: 05.06.2020).
6. Andryushechkina N. A. The internet of things in agriculture / L. V. Musikhina - - Text: electronic // Scientific and technical Bulletin of Technical systems in the agro-industrial complex. - №1 (6) 2020. -p. 42-47. - URL: https://www.texvestnik.ru/kopiya-ntvtsvapk-2019-3 (accessed: 05.06.2020).
