CC BY
31
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ КАК ЭЛЕМЕНТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
29 марта - 3 апреля 2009 г. на базе кафедры почвоведения РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева проводился семинар по теме: «Агроэкологическая оценка земель и про-
Эффекгивносгь и точность приобретают в сельском хозяйстве всё более важное значение. Развитие ресурсосберегающих технологий в сельском хозяйстве позволит отрасли выйти на качественно новый уровень производства, который позволит (при определённых изменениях в политике государства, поддерживающих сельское хозяйство) сельхозпроизводителям конкурировать с иностранными предприятиями. Одним из базовых элементов ресурсосберегающих технологий в сельском хозяйстве является "точное земледелие" (или как его иногда называют "прецизионное земледелие" - precision agriculture). Точное земледелие - это стратегия менеджмента, которая использует информационные технологии, извлекая данные из множественных источников с тем, чтобы принимать правильные решения по управлению сельскохозяйственным предприятием. Данные технологии рассматривают каждое поле как неоднородное по рельефу, почвенному покрову, агрохимическому содержанию и подразумевают дифференцированное применение на каждом участке вариабельных доз удобрений, средств защиты растений. Точное земледелие позволяет проводить мониторинг урожайности по отдельным участкам поля, а также качественно и эффективно выполнять все полевые работы круглосуточно. Целью такого управления является получение максимальной прибыли при условии оптимизации сельскохозяйственного производства, экономии хозяйственных и природных ресурсов. При этом открываются реальные возможности производства качественной продукции и сохранения окружающей среды.
ектирование АЛСЗ в среде ГИС». Вниманию читателей предлагается обзор по программе семинара, предоставленный его участником д.т.н. Борисенко И.Б.
I
Использование технологии точного земледелия начинается с построения электронных карт при помощи геоинформационных систем (ГИС) и спутниковых снимков, отражающих ландшафтную дифференциацию условий земледелия. Внедрение ГИС позволяет повысить эффективность менеджмента сельхозпредприятий и более оперативно и профессионально принимать управленческие решения, вести производство с учетом рельефа и всех других особенностей территорий.
Картирование почв на основе систем глобального позиционирования представляет собой составление почвенных карт или картосхем, а также позволяет определять границы полей в зависимости от разрешающей способности прибора. Составной частью является агрохимическое картирование почвы - составление агрохимических карт на основе полевых, лабораторных и камеральных работ. Новый подход к картированию предусматривает точную географическую привязку с помощью систем глобального позиционирования.
Для реализации технологии точного земледелия необходимы: современная сельскохозяйственная техника, управляемая бортовой ЭВМ и способная дифференцированно проводить агротехнические операции; приборы точного позиционирования на местности (GPS-приёмники); технические системы, помогающие выявить неоднородность поля (автоматические пробоотборники, различные сенсоры и измерительные комплексы); уборочные машины с автоматическим учётом урожая; приборы дистанционного зондирования сельскохозяйственных посевов и др.
Первый этап достаточно развит в плане технического и программного обеспечения. За рубежом активно используются почвенные автоматические пробоотборники, оснащенные GPS-приемниками и бортовыми компьютерами; геоинформационные системы (ГИС) для составления пространственно-ориентированных электронных карт полей; карты урожайности обмолачиваемых культур, получаемые сразу после уборки; дистанционные методы зондирования (ДДЗ), такие как аэрофотосъемка и спутниковые снимки.
Ядром технологии точного земледелия является программное наполнение, которое обеспечивает автоматизированное ведение пространственно-атрибутивных данных картотеки сельскохозяйственных полей, а также генерацию, оптимизацию и реализацию агротехнических решений с учётом вариабельности характеристик в пределах возделываемого поля. Второй этап на сегодняшний день наименее развит, однако на рынке существует ряд программных продуктов, предназначенных для анализа собранной информации и принятия производственных решений. В основном это программы расчёта доз удобрений с элементами геоинформационных систем (ГИС). Например, это SSToolBox © , Agro-Map ©, Агроменеджер ©, ЛИССОЗ ©, УрожайАгро ©, АдептИС ©, а также FieldRover II ©, MapInfo © и AgroView ©.
Этап выполнения агротехнологических операций, также как и первый этап, динамично развивается. Здесь самыми "продви-
нутыми" являются операции по применению систем дифференцированного внесения жидких и твердых минеральных удобрений, а также посев зерновых культур. Дифференцированное применение минеральных удобрений предусматривает их внесение по площади поля в зависимости от обеспеченности каждого элементарного участка и потребности конкретной культуры.
Внесение проводится в двух режимах -off-line и on-line. Стоит отметить, что дифференцированное внесение минеральных удобрений на сегодняшний день является ключевым элементом в точном земледелии.
Режим off-line предусматривает предварительную подготовку на стационарном компьютере карты-задания, в которой содержатся пространственно привязанные, с помощью GPS, дозы удобрений для каждого элементарного участка поля. Для этого проводится сбор необходимых для расчёта доз удобрений, данных о поле (пространственно привязанных). Проводится расчёт дозы для каждого элементарного участка поля, тем самым формируется (в специальной программе) карта-задание. Затем карта-задание переносится на чип-карте (носитель информации) на бортовой компьютер сельскохозяйственной техники, оснащённой GPS-приёмником, и выполняется заданная операция. Трактор, оснащенный бортовым компьютером, двигаясь по полю с помощью GPS, определяет свое местонахождение. Считывает с чип-карты дозу удобрений, соответствующую месту нахождения, и посылает соответствующий сигнал на контроллер распределителя удобрений (или опрыскивателя). Контроллер же, получив сигнал, выставляет на распределителе удобрений нужную дозу.
Режим реального времени (on-line) предполагает предварительно определить агротребования на выполнение операции, а доза удобрений определяется непосредственно во время выполнения операции. Аг-ротребования в данном случае - это количественная зависимость дозы удобрения от показаний датчика, установленного на сельскохозяйственной технике, выполняющей операцию. Можно использовать оптический датчик Hydro-N-Sensor производства фирмы Yara ©, который в инфракрасном и красном
диапазоне света определяет содержание хлорофилла в листьях и биомассу. На основании этих данных, а также данных по сорту и фенофазе растения, определяется доза азотных удобрений. Для использования N-сенсора (Hydro-N-Sensor) также необходим портативный прибор N-tester, определяющий те же параметры. Результаты выполнения операции (дозы и координаты, обработанная площадь, время выполнения и фамилия исполнителя) записываются на чип-карту.
В режиме on-line бортовой компьютер получает данные от датчика, сравнивает их с определенными и записанными в память агротребованиями и посылает сигнал на контроллер по той же схеме, что и в режиме off-line. В настоящее время активно ведутся разработки различных датчиков, позволяющих использовать режим on-line. Это оптические датчики, определяющие содержание азота в листьях и засоренность посевов; механические, оценивающие биомассу; электромагнитные и прочие.
Наиболее простым и доступным элементом точного земледелия, который можно использовать в любом хозяйстве, является использование навигационных приборов-GPS EZ-Guide Plus для параллельного вождения агрегатов при внесении удобрений и обработке средствами защиты растений.
Учитывая, что большинство полей имеют неправильную форму, механизаторы допускают при применении СЗР, внесении удобрений, посеве большие перекрытия или пропуски до 20%. При использовании EZ-Guide Plus существенно экономятся средства защиты растений, семена, топливо и время. Точность выполнения работ составляет 15-20 см.
Ещё большую экономию в средних и крупных хозяйствах можно получать при использовании системы параллельного вождения AgGPS EZ-Guide500 вместе с подруливающим устройством EZ-Steer, обеспечивающей любой необходимый уровень точ-
ности от 20 до 2 см и предназначенной для проведения всех видов полевых работ, включая обработку почвы, посев и уборку. При этом кроме удобрений и средств защиты будет качественнее и эффективнее выполнять все полевые работы круглосуточно. Целью такого управления является получение максимальной прибыли при условии оптимизации. Система параллельного вождения Л§ОРБ Е2-Ошёе500 Ы§Ь1;Ьаг - первая система, сочетающая функции картирования и управления с трехсантиметровой точностью. Качественная графика обеспечивает отображение обработанной площади, показывая, где была проведена обработка.
Существует несколько точек, с которых можно начать работать по технологиям точного земледелия. Наиболее распространенными, как было сказано выше, являются: картирование и проверка полей, мониторинг урожайности, навигация вождения техники, отбор и анализ образцов для построения почвенных карт. Разрабатывая стратегию развития хозяйства, необходимо принятие решений: какие технологии будут использоваться в будущем, как расширять применение элементов точного земледелия.
Действительно, комплексный подход к точному земледелию должен охватывать все этапы производства, начиная от планирования и заканчивая послеуборочной подготовкой. Информация, технология и менеджмент объединяются в производственную систему, которая способствует повышению эффективности производства и качества продукции, позволяет более рационально использовать химикаты, экономит энергоресурсы и обеспечивает защиту почвы и грунтовых вод.
В настоящее время сотрудники НижнеВолжского НИИСХ могут провести весь комплекс мероприятий по внедрению базовых элементов ресурсосберегающих технологий в сельском хозяйстве, элементов "точного земледелия".
