CC BY
85
УДК 631.171
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И РОБОТИЗИРОВАННЫХ СРЕДСТВ В ПАСТБИЩНОМ
ЖИВОТНОВОДСТВЕ
М.С. Тургенбаев, кандидат технических наук А.Н. Русаков, кандидат технических наук Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ E-mail: rusakov54@bk.ru
Аннотация. При пастьбе животных активно внедряются новые цифровые технологии, что позволяет увеличить производительность процессов в сельскохозяйственном производстве, облегчить тяжелый труд пастуха, обеспечить безопасность и улучшить качество получаемой продукции. Животноводческие хозяйства во всем мире увеличивают площади выпаса скота и поголовье, в то же время сокращая численность персонала. Мониторинг огромных территорий они передают под управление цифровых технологий. Наблюдения со спутников помогают получать информацию о состоянии пастбищ. Одним из эффективных способов снижения себестоимости продукции животноводства за счет уменьшения издержек на корма является использование для кормления животных пастбищ. Однако выпас на обычном пастбище приводит к низкой эффективности использования кормовых ресурсов из-за вытаптывания и загрязнения фекалиями определенной части угодий. Отсюда возникают проблемы - выбор пастбища, оценка продуктивности и травостоя близлежащих пастбищ для перегона скота, контроль за точным местонахождением группы животных, управление передвижением группы животных, определение местоположения отбившихся животных, подгон их к основной группе и месту ночевки. Беспилотная техника и роботы помогают пасти скот, упрощают работу животноводов, облегчают ежедневный труд, делают возможным проведение дистанционной диагностики животных.
Ключевые слова: пастбища, способы пастьбы, электропастух, робот-пастух, робот-изгородь, робот-ветеринар, БПЛА, цифровые технологии, алгоритмы функционирования.
Пастьба скота является одним из самых древних занятий людей. До XVII века у аграриев не было вопроса: пасти животных или нет? В то время жизнь всех домашних жвачных животных была связана с пастбищами и в основном зависела от их травостоя.
Одним из эффективных способов снижения себестоимости продукции животноводства за счет уменьшения издержек на корма является использование для кормления животных пастбищ. Однако выпас на обычном пастбище приводит к низкой эффективности использования кормовых ресурсов из-за вытаптывания и загрязнения фекалиями определенной части угодий.
Отсюда возникают проблемы - выбор пастбища, оценка продуктивности и травостоя близлежащих пастбищ для перегона скота, контроль за точным местонахождением группы животных, управление передвижением группы животных, определение ме-
стоположения отбившихся животных, подгон их к основной группе и месту ночевки. Выделяют две системы использования пастбищ: пригонную и отгонную.
Пригонная система применяется в том случае, когда пастбища находятся на близком расстоянии от скотного двора (0,5-1,0 км). При этом скот на дойку и ночлег пригоняют на скотный двор. Здесь же организовано его поение, подкормка, санитарно-гигиенический уход.
Отгонная система (иначе она называется системой летнего лагерного содержания скота) применяется при наличии в хозяйстве пастбищ, удаленных от скотного двора на расстояние 2 км и более. При такой системе скот остается на пастбище весь пастбищный период. При этом пастбища оборудуется навесом для ночлега скота, доильными установками, подсобными помещениями и т. д. Во время лагерного содержания ставится за-
дача обеспечить скот полноценным кормлением зелеными, сочными и концентрированными кормами. Поэтому должна быть предусмотрена подкормка скота другими кормами, вводимыми в рацион кроме пастбищного корма. Зеленым кормом животных подкармливают при недостаточно высокой продуктивности пастбищ. Для этого можно использовать как свежую траву, так и подвяленную, в которой содержание сухого вещества выше. Для высокопродуктивных животных необходима подкормка концентратами для повышения белковой и энергетической полноценности рациона.
В целом, выпас является более высокой формой организации использования пастбищ в современных сельскохозяйственных предприятиях и позволяет интенсифицировать лугопастбищное хозяйство. При пастбищном содержании скота применяют различные способы пастьбы животных или способы использования пастбищ. При этом может применяться вольный (бессистемный) выпас или системный (ротационный).
При вольной пастьбе скот свободно в течение всего пастбищного периода или большей его части пасется на одной территории. Животные чувствуют себя спокойно. Нет необходимости в устройстве изгороди. Наименее интенсивной формой пастбищ с применением такого способа пастьбы можно считать выгоны, для которых характерна низкая продуктивность травостоев. На таких выгонах не проводят мероприятия по уходу за травостоями, отсутствует разделение на участки и загоны. Если траву стравливают на неогороженных пастбищах, следует широко применять способ пастьбы «из-под ноги» как наиболее эффективный. При этом способе пастух регулирует медленное движение стада, поэтому весь травостой поедается равномерно. Периодически животных возвращают назад (перемешивают гурт) так, чтобы шедшие в задних рядах животные оказались впереди. Этот прием особенно важен при пастьбе овец на степных и сухостепных пастбищах. Во всех случаях необходимо стараться построить движение гурта или отары фронтом (в шеренгу). С утра стадо проводят
по участку с худшим травостоем или с не совсем использованным в предыдущие дни. Проголодавшиеся за ночь животные с утра лучше поедают менее съедобные травы, затем их переводят на свежий травостой.
Вольная пастьба применяется во многих фермерских хозяйствах стран Западной Европы. Она обеспечивает получение животноводческой продукции с достаточно низкой себестоимостью.
Системный (загонный) выпас предусматривает деление пастбища на участки (загоны, порции), которые стравливаются скотом в определенном порядке или по определенной системе. При этом загоны выделяются с таким расчетом, чтобы травы в них хватало всему стаду на 4-5 дней, по истечении этого времени стадо перегоняется в другой загон, отделенный изгородью.
Загонный способ использования пастбищ выступает как важный элемент повышения интенсификации пастбищного хозяйства. Разновидностью системного выпаса является содержание скота на привязи. Применяют его при откорме молодняка крупного рогатого скота, а также при выпасе больных животных. Он находит применение в небольших фермерских хозяйствах с ограниченной площадью луговых угодий.
Системный выпас несколько повышает затраты на содержание пастбищ, огораживание загонов, выгораживание скотопрогонов, требует выделение дополнительного персонала. Однако по сравнению с вольным выпасом при загонном способе использования можно прокормить на одном и том же участке больше скота и повысить при этом продуктивность животных (таблица 1). При этом мелкозагонная пастьба при делении пастбищ на 8 загонов по сравнению с крупнозагонной с разделением пастбищной территории на 4 загона повышала продуктивность животных на 35% и снижала потребность в пастбищной площади на 30%. Кроме этого, при системном выпасе животных лучше организовать текущий уход за пастбищем (подкормку удобрениями, подкашивание несъеденных остатков травы, разравнивание кала животных, подсев трав и т. п.).
Таблица 1. Сравнительная оценка способов _содержания скота_
Характеристика Содержание животных
Загонный выпас скота Бессистемный (вольный) выпас скота
Преимущества • Устранение обезличивания в кормлении и уходе за животными • Экономное расходование кормов • Возможность модернизировать существующие изношенные строения • Усиленный контроль над здоровьем животных • Возможность максимально механизировать технологические процессы • Низкая трудоемкость • Максимальное использование генетического потенциала животных • Возможность делить животных на группы с учетом физиологического состояния • Низкая энергоемкость производства
Недостатки • Ограничение движения животных • Высокие капитальные затраты • Большая потребность в обслуживающем персонале • Риск возникновения конфликтов между животными во время кормления • Повышение потребности животных в энергии • Потребность в квалифицированном управленческом персонале • Неконтролируемый расход кормов
Следует отметить, что коровы и овцы, являясь стадными животными, комфортней себя ощущают при определенной плотности гурта или отары (фронт кормления на одну корову 1,5-2 м). Если плотность недостаточна, то животные начинают чрезмерно много передвигаться (метаться) по пастбищу, делая стежки, вытаптывая траву и плохо ее поедая, в результате снижается их продуктивность. При организации загонной системы пастьбы большое значение имеют размер и число загонов, длительность их использования.
Размер загонов устанавливают в зависимости от продуктивности пастбища, размера стада, быстроты отрастания растительной массы на пастбище. На культурных пастбищах наиболее целесообразна площадь загонов до 4-5 га, а при стравливании травостоя в загонах по частям (порциям) можно увеличить их размеры до 8 га. Выпас в более крупных загонах часто превращается в бес-
системный со всеми его недостатками. Число загонов по зонам ориентировочно может быть следующим: в лесной зоне - 8-12, в лесостепной и степной - не менее 16, в степной зоне и полупустыне - не менее 24. Срок использования загонов зависит от того, сколько дней животные могут находиться в каждом из них, получая достаточное количество пастбищного корма и не причиняя значительного ущерба растительности. Желательно, чтобы срок пребывания животных в каждом загоне не превышал 3 дней, так как более продолжительный выпас часто приводит к распространению глистных заболеваний. Срок использования зависит и от высоты стравливания. Когда после выпаса трава будет иметь высоту около 5 см, животных следует перегонять на другой участок, так как при более низком стравливании (2-3 см) пастбища ухудшаются.
При пастьбе животных активно внедряются новые цифровые технологии, что позволяет увеличить производительность процессов в сельскохозяйственном производстве, облегчить тяжелый труд пастуха, обеспечить безопасность и улучшить качество получаемой продукции [1, 2]. Животноводческие хозяйства во всем мире увеличивают площади выпаса скота и поголовье, в то же время сокращая численность персонала. Мониторинг огромных территорий они передают под управление цифровых технологий. Наблюдения со спутников помогают получать информацию о состоянии пастбищ.
При устройстве перемещаемых ограждений для пастбищ и лагерных загонов удобнее использовать переносные электрические изгороди, которые иногда называют электропастухами (рис. 1). Электропастух - это по своей сути проволочное ограждение, к которому подведен ток.
Рис. 1. Электропастух
Устанавливается это приспособление при помощи опорных столбов. Электрические импульсы вырабатываются генератором. Загонная система позволяет применять роботизированные системы и автоматизированные перемещения загонов. На рисунке 2 изображен робот пастух-электроизгородь.
Рис. 2. Робот пастух-изгородь
Такое оснащение позволяет решить ряд важных задач:
- снизить себестоимость продукции за счет минимизации использования человеческих ресурсов;
- увеличить производственные мощности;
- обеспечить более высокое качество продукции благодаря тому, что автоматические системы не допускают ошибок в работе;
- гарантировать эффективность труда персонала за счет контроля над его деятельностью;
- отрегулировать интенсивность процессов, что уменьшает энергозатраты без потери эффективности;
- позволит увеличить производительность процессов, облегчить тяжелый труд пастуха и обеспечить безопасность.
Обслуживаемая площадь 60 га, количество загонов 8-12, ширина загона 4 м, длина 225 м, срок пребывания животных в загоне 3 дня. А при применении технологии геопозиционирования шотландского стартапа Silent Herdsman не надо будет строить загоны. На каждую корову или овцу можно, к примеру, надеть ошейник, который будет издавать раздражающий звук или иначе отпугивать
животное, не давая ему заходить туда, куда нельзя. Устанавливается как бы виртуальная ограда на пастбище, тем самым экономятся значительные средства на ее строительство (рис. 3).
Рис. 3. Технология геопозиционирования
Ошейники для коров помогают шотландским фермерам также следить за здоровьем и поведением коров. В числе прочего приборы позволяют определять оптимальное время для осеменения, что увеличивает вероятность животного забеременеть, а в конечном счете - удои. Следить за каждым животным фермер может удаленно через мобильное приложение.
Заниматься выпасом животных с успехом могли бы роботы. Они не устают и, что немаловажно, преодолевают различные препятствия. Робот удаленно управляется пастухом и оборудован видеокамерой, чтобы пастух мог наблюдать за животными (рис. 4). Робот имеет электрический привод с прочным водонепроницаемым шасси, которое может переехать почти все.
Рис. 4. Роботы-пастухи
В зависимости от того, какими датчиками будет оборудован робот, он сможет помимо отслеживания местоположения животных еще и контролировать их здоровье (используя, например, тепловые датчики), а также выполнять измерения биомассы животных и даже агротехнические операции на пастбищах. Робот имеет датчики предотвращения столкновения с препятствиями, датчики для контроля состояния животных и выполнения таких задач, как автономный выпас животных и прополка пастбищ. Фермеры из Австралии запускают в опытную эксплуатацию первого в мире робота ветеринара-пастуха (рис. 5), который будет работать автономно на удаленных пастбищах.
Рис. 5. Робот ветеринар-пастух
Новые роботы смогут автономно, питаясь от сети и солнечных панелей, передвигаться по пастбищам и следить за здоровьем животных и состоянием растительности на пастбищах. Робот будет автоматически обнаруживать больных и раненых животных с помощью видеокамер и тепловизоров, например, по изменениям температуры тела или походки. Ученые ожидают, что робот сможет пасти одновременно до 150 коров или овец. Он должен будет помочь животным безопасно перемещаться через деревья, болота, грязь и холмы. С помощью тех же датчиков машина также сможет анализировать текстуру земли и количество зелени, необходимой для выпаса скота. Разумеется, робот будет иметь повышенную проходимость, чтобы уверенно передвигаться по пересеченной местности. Разработка методов контроля точного местонахождения группы животных по результатам классификации стада
по данным ГЛОНАСС и GPS осуществляется с помощью беспилотного летающего аппарата (БПЛА) по следующему алгоритму функционирования (рис. 6). Беспилотная техника и роботы помогают пасти скот, упрощают работу животноводов, облегчают ежедневный труд, делают возможным проведение дистанционной диагностики животных [3, 4, 5]. Разработанное программное обеспечение с использованием предлагаемых методов оценки продуктивности пастбищ показано на рисунке 7.
Полученные данные от БПЛА
1 г
Определение кучности стада по данным
GPS/ГЛОНАСС
3
Есть отбившиеся?
Да
Нет
Выводим сообщение с номером и местом отбившегося животного
Проверяем на соответствие положение стада
Да
Соответствует?
Выводим сообщение, что корректировка стада не нужна
Нет
Выводим сообщение с координатами стада Рис. 6. Алгоритм функционирования
Рис. 7. Алгоритм оценки продуктивности пастбищ
Проведены первичные испытания БПЛА по съемке и распознаванию состояния растительности на местности (рис. 8), в процессе
которых выявлена необходимость дополнительной установки на БПЛА устройств, определяющих его месторасположение на местности (световых или звуковых).
Рис. 8. Экспериментальный образец беспилотника
Выводы. Животноводческие хозяйства во всем мире увеличивают площади выпаса скота и поголовье, в то же время сокращая численность персонала. При пастьбе животных в последнее время активно внедряются новые технологии, мониторинг огромных территорий передается под управление цифровых технологий - это позволит увеличить производительность процессов, облегчить тяжелый труд пастуха и обеспечить безопасность.
Наблюдения со спутников помогают получать информацию о состоянии пастбищ. Беспилотная техника и роботы помогают пасти скот и упрощают работу животноводов. Разработано ядро программы для монито-
ринга пастбищных угодий и подсчета параметров. В данный момент на рынке нет проектов, совмещающих в себе контроль состояния пастбища и скота. В отличие от существующих аналогов предлагаемый дрон проводит кроме мониторинга пастбищ анализ состояния животных на пастбище за счет комплексного датчика (GPS, акселерометр, термометр).
Литература:
1. Повышение качества при первичной обработке немытой овечьей шерсти / С.А. Соловьев и др. // Вестник ВИЭСХ. 2017. № 3. С. 108-112.
2. Тургенбаев М.С., Русаков А.Н. Перспективные технологии и технические средства электромеханической стрижки овец // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. 2018. № 1-2. С. 36-44.
3. Дроны в с.-х. производстве / С.А. Соловьев и др. // Инновации в сельском хозяйстве. 2018. № 1. С. 262.
4. Беспилотники в сельскохозяйственном производстве / С.А. Соловьев и др. // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. 2018. № 9. С. 59-63.
Literatura:
1. Povyshenie kachestva pri pervichnoj obrabotke nemy-toj ovech'ej shersti / S.A. Solov'ev i dr. // Vestnik VI-EHSKH. 2017. № 3. S. 108-112.
2. Turgenbaev M.S., Rusakov A.N. Perspektivnye tekh-nologii i tekhnicheskie sredstva ehlektromekhanicheskoj strizhki ovec // Sel'skohozyajstvennaya tekhnika: obslu-zhivanie i remont. 2018. № 1-2. S. 36-44.
3. Drony v s.-h. proizvodstve / S.A. Solov'ev i dr. // Inno-vacii v sel'skom hozyajstve. 2018. № 1. S. 262.
4. Bespilotniki v sel'skohozyajstvennom proizvodstve /
5.A. Solov'ev i dr. // Sel'skohozyajstvennaya tekhnika: obsluzhivanie i remont. 2018. № 9. S. 59-63.
COMPARATIVE ANALYSIS OF DIGITAL TECHNOLOGIES AND ROBOTIC TOOLS IN PASTURE FARMING M.S. Turgenbaev, candidate of technical sciences A.N. Rusakov, candidate of technical sciences Federal research agroengeneering centre VIM
Abstract. At animals' grazing the new digital technologies are actively introduced that can increase the productive capacity of processes in agriculture, to make easier the hard work of the shepherd, and products' quality saving and improving to ensure. Livestock farms around the world are increasing livestock grazing areas and a number of cattle, at the same time the number of personnel reducing. Monitoring the vast territories they pass under the digital technology control. Satellite observations provide information on the status of pastures. One of the effective ways the of livestock production cost reducing by the feed cost reducing is the pastures for animal feeding using. However, grazing on a conventional pasture leads to low feed resources' efficiency due to trampling and fecal's contamination of a certain part of the land. From here there are problems - the choice of pasture, evaluation of nearby pastures' herbage and production for cattle moving, animals group location exact control, animals' gro ups movement control, strayed from the herd animals' location determining, moving them to the main group and the place ofover-night staying. Unmanned equipment and robots help cattle grazing, livestock farmer's work simplify, make easier daily working, make it possible animals' remote diagnostics to conduct.
Keywords: pastures, grazing means, the electric fence, robot- shepherd, robot- veterinarian, BPLA, digital technologies, algorithms of functioning.
