CC BY
146
DOI 10.24411/0131-5226-2019-10144
УДК 636.2:631.152
ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
A.Ю. Брюханов, д-р техн. наук; А.Ф. Эрк, канд. техн. наук
B.Н. Судаченко, канд. техн. наук;
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
В Институте агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) филиале ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (г. Санкт-Петербург-Пушкин) 6 декабря 2018 года проведена секция 6 «Цифровые технологии обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства» Международной научно-технической конференции «Цифровые технологии и роботизированные технические средства для сельского хозяйства» (организатор ФГБНУ ФНАЦ ВИМ). На заседании секции были доложены результаты более 20 работ по тематике секции. В статье приведены основные результаты работ ИАЭП, научных и производственных организаций с которыми институт сотрудничает по созданию цифровых технологий обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства. Направления работ: экологические проблемы сельскохозяйственного производства, методы их решения; методы разработки и реализации цифровых технологий; цифровые технологии и технические средства их осуществления; нетрадиционная энергетика в цифровых технологиях. Анализ результатов завершенных и поисковых работ свидетельствует о больших потенциальных возможностях ИАЭП и сотрудничающих с нами научных и производственных организаций в области разработки цифровых технологий. Организация научных исследований по программе «Цифровое сельское хозяйство (Умное сельское хозяйство)» требует создания условий для плодотворного междисциплинарного сотрудничества в решении наиболее острых проблем развития АПК России, в том числе проблем обеспечения экологической безопасности. Материалы конференции являются подтверждением возможности и целесообразности междисциплинарного сотрудничества, начало которого положено ИАЭП.
Ключевые слова: экологическая безопасность; сельхозпроизводство; цифровая технология; метод обработки данных; информационно измерительная система; нетрадиционные источники энергии.
Для цитирования: Брюханов А.Ю., Судаченко В.Н., Эрк А.Ф. Цифровые технологии обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 1(98). С. 257-268
DIGITAL TECHNOLOGIES OF ENSURING ENVIRONMENTAL COMPATIBILITY OF
AGRICULTURAL PRODUCTION
A.Yu. Briukhanov, DSc (Engineering); A.F. Erk, Cand. Sc. (Engineering)
V.N. Sudachenko, Cand. Sc. (Engineering);
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практическийский журнал.
_ИАЭП. 19 Вып. 98_
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
On 6 December 2018, Section 6 "Digital technologies of ensuring environmental compatibility of agricultural production" of the International scientific and technical conference "Digital technologies and robotics for agriculture", organized by Federal Scientific Agroengineering Centre VIM, was held at the Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP - branch FSAC VIM) in Saint Petersburg-Pushkin. The results of above 20 investigations within the scope of the section were reported. The article describes the major findings of IEEP and other scientific and production organisations, with which the institute cooperates in this sphere, namely, environmental challenges in farming and the ways to address them; methods of development and practical introduction of digital technologies; non-traditional energy sources included in the digital technologies. Survey of the outcomes of completed and exploratory research proves the great potential of IEEP and partner scientific and production organisations in the field of digital technology development. Organization of research on the programme "Digital Agriculture (Smart Agriculture)" requires the provision of special conditions for fruitful interdisciplinary cooperation in solving the most pressing problems of agriculture development, including its environmental compatibility.
Key words: environmental compatibility; agricultural production; digital technology; data processing method; information and measuring system; alternative energy.
For citation: Briukhanov A.Yu., Sudachenko V.N., Erk A.F. Digital technologies of ensuring environmental compatibility of agricultural production. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. 1(98): 257-268. (In Russian)
Введение
В Институте агроинженерных и экологических проблем
сельскохозяйственного производства
(ИАЭП) филиале ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (г. Санкт-Петербург-Пушкин) 6 декабря 2018 года проведена секция 6 «Цифровые технологии обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного
производства» Международной научно-технической конференции «Цифровые технологии и роботизированные
технические средства для сельского хозяйства» (организатор ФГБНУ ФНАЦ ВИМ). С докладами выступили, кроме сотрудников ИАЭП, представители научных и производственных организаций
сотрудничающих с ИАЭП по методам решения и реализации в АПК России задач, указанных в нормативно-правовых актах научно-технологического развития страны,
утвержденных Президентом и
Правительством РФ. Это Институт информатики и автоматизации РАН, ФГБНУ АФИ, ФГБНУ ВИЗР, ВКА им. А.Ф. Можайского, ФТИ им. А.Ф Иоффе, СПб ГЭТУ «ЛЭТИ», ФГУП «РНЦ «Прикладная химия», ООО НТП «Донские технологии», ЗАО «МИК «АКВА СЕРВИС», СПб ГАУ и др. Заслушано более 20 докладов и сообщений по направлениям: экологические проблемы сельскохозяйственного
производства, методы их решения; методы разработки и реализации цифровых технологий; цифровые технологии и технические средства их осуществления; нетрадиционная энергетика в цифровых технологиях. Анализ результатов
завершенных и поисковых работ свидетельствует о больших потенциальных возможностях ИАЭП и сотрудничающих с нами научных и производственных
организаций в области разработки цифровых технологий. Материалы конференции являются подтверждением возможности и целесообразности междисциплинарного сотрудничества в области цифровые технологии обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного
производства, начало которого положено ИАЭП.
Материалы и методы, результаты и обсуждение
Последнее десятилетие ИАЭП (далее Институт) фокусирует свое внимание на изучении экологических проблем
сельскохозяйственного производства и основные методы их решения. В рамках ФГБНУ ФНАЦ ВИМ Институту поручено
одно из важнейших научных направлений «Агроэкологи», в задачи которого входит:
- разработка принципов и практических мер, направленных на охрану живой природы как на видовом, так и экосистемном уровне;
- разработка принципов создания искусственных агроэкосистем и управления их функционированием
- Исследование влияния антропогенных факторов на агроэкосистемы различных уровней с целью разработки экологически обоснованных норм воздействия машинных технологий на окружающую среду.
Решения агроэкологических проблем охватывает множество методов имеющих междисциплинарный характер (рис.1).
проблемы
Загрязнение и снижения качества почв сельскохозяйственных земель;
Загрязнение поверхностных и грунтовых вод в районах интенсивного ведения сельскохозяйственного производства;
Выбросы животноводческих комплексов и МТП
Образования и накопление отходов производства
5>
♦
методы решения
Минимальная обработка почвы, оптимальные дозы применения СЗР и одобрений, обоснованные севооборотов и т.д.
Применение агротехнических и технических методов снижения загрязнения водных объектов при ведении с/х деятельности, установление технических нормативов
Применение технологий снижения вредных выбросов (НДТ), установление технических нормативов
4
ф
Применение технологий утилизации, рециклинга отходов (НДТ)
♦
ш
5 X
ш с;
Сй
го о.
с
>
5
5 О.
о
I-
5
Рис.1. Экологические проблемы сельскохозяйственного производства и основные методы решения
Обобщение послужило программой первостепенных научно-исследовательских фундаментальных и прикладных работ ИАЭП по повышению экологической безопасности животноводческих комплексов и молочно-товарных ферм. Изучено состояние утилизации органических
отходов животноводства и птицеводства в России. Установлено, что из образующихся органических отходов 510 млн. т/год используется в качестве органических удобрений лишь 230 млн. т/год. Потери питательных веществ от не эффективного использования органических отходов: азот -
2,2 млн. т/год; фосфор - 0,36 млн. т/год. Для решения данной проблемы разработан метод проектирования наилучших доступных технологий (НДТ) утилизации органических отходов животноводства. При этом обоснованы критерии определения НДТ: наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете на единицу времени или объем производимой продукции
(товара);экономическая эффективность ее внедрения и эксплуатации; применение ресурсо- и энергосберегающих методов; период ее внедрения; промышленное внедрение этой технологии на двух и более объектах, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду; экспертная система формирования и выбора машинных технологий утилизации навоза, помета. Разработки института включены в Справочники НДТ 41,42 по интенсивному разведению свиней и сельскохозяйственной птицы, утвержденные приказами
Росстандарта №2819 от 13.12.17 и №2667 от 29.11.17.
В ИАЭП также проводится ряд поисковых и прикладных исследований, разработок методов и технических решений по обеспечению экологической безопасности сельскохозяйственного производства с использованием цифровых технологий: автоматизированный биореактор утилизации органических отходов; система мониторинга эмиссии биогенных элементов при утилизации отходов в установках закрытого типа; интеллектуальные машинные технологии в системе внесения органических удобрений; модель распределения
органических удобрений с учетом эколого-экономического критерия (на примере Ленинградской области); использование ГИС при оценке диффузного поступления азота и фосфора в водные объекты, определения территорий, подверженных критическим нагрузкам; оценка
экологической безопасности сельских территорий при использовании технологии «умных сетей» электроснабжения. Перечисленные работы можно проводить эффективно на основе междисциплинарного сотрудничества с профильными высшими учебными заведениями и научно -исследовательскими и проектно-
конструкторскими коллективами. Институт является участником 4 международных проектов, в том числе соисполнителем глобального мирового проекта inms «Международная система управления азотом» (towards inms), пакет 1.3 Разработка методологии оценки потоков азота».
Учитывая междисциплинарный характер агроэкологических проблем на
Международной научно-технической
конференции «Цифровые технологии и роботизированные технические средства для сельского хозяйства» обсуждались наиболее перспективные результаты научных исследований ведущих ученых, которые могут быть объедены для ответа на глобальные экологические вызовы.
Обеспечение гарантированного
фитосанитарного защитного эффекта и достижение экологической безопасности в агроэкосистемах- основное направление деятельности ФГБНУ ВИЗР.
Фитосанитарная безопасность
агроэкосистем - необходимое условие для устойчивого растениеводства считает В.А. Павлюшин, академик РАН (ФГБНУ ВИЗР). Это мнение обусловленное следующими факторами: недобор урожая из-за сорняков, болезней и фитофагов; фитопатогенные микроорганизмы снижают качество урожая и лежкость при хранении. Фитопатогенные грибы (более 40 видов) загрязняют с.-х. продукцию микотоксинами, опасными для человека и животных; нарушение фитосанитарных технологий приводит к загрязнению почвы, воды и растительной продукции остаточными количествами
пестицидов. Экотоксикологический
мониторинг за пестицидами - важнейший элемент для получения экологически качественной растениеводческой продукции и достижения достаточного уровня экологической безопасности в
агроэкосистемах страны. В институте разработана интегрированная защита для фитосанитарной оптимизации
агроэкосистем. Принята новая парадигма развития защиты растений- управление фитосанитарным состоянием агроэкосистем. Одним из сложных и важных направлений принятой парадигмы - управление численностью фитосанитарных видов. Это многоуровневая совокупность приемов и средств, ограничивающих размножение вредоносных объектов, базирующаяся на трофических связях (триотроф), иммунитете сельскохозяйственных культур, селективных и полифункциональных СЗР,
фитосанитарном проектировании
агроэкосистем, функционировании
паразитоценозов и растительно-микробных сообществ.
В докладе Ю.В. Чеснокова, д.б.н. (ФГБНУ АФИ) «Использование ГМО и генетических ресурсов растений для фиторемедиации окружающей среды» изложены принципы охраны окружающей среды при выпуске ГМО в природу: оценить, когда появятся вредные последствия выпуска ГМО на здоровье человека и природные системы; выявить, когда ГМО или их продукты окажутся вредными, при попадании в продукты потребления; определить, действительно ли ГМО дают тот положительный эффект ради которого они и были созданы; гарантировать, что исключен какой-либо ущерб человеку или природе, когда ГМО появятся в различных регионах мира и различных экосистемах. Проводятся исследования по созданию
геномодифицированных растений -индикаторов наличия загрязнения, что
позволит их использовать для мониторинга загрязнения окружающей среды. Приведены в докладе результаты исследований по фиторемедиации традиционными
сельскохозяйственными растениями.
Методы разработки и реализации цифровых технологий в обеспечении экологической безопасности
сельхозпроизводства достигаются путем широкого освоения современных
мониторинговых систем. Принципы построения и примеры реализации информационной системы для выполнения междисциплинарных проектов и поддержки принятия управленческих решений изложены в докладе д.т.н. В.А. Зеленцова (СПИИРАН). Управление развитием территорий - комплексный процесс: мониторинг, прогнозирование, принятие решений. При решении задач развития территорий необходимо учитывать существующую проблему. Анализ существующих разработок систем мониторинга и управления развитием территорий показывает, что до настоящего времени не преодолен разрыв между: разработчиками моделей описания объектов и развивающихся ситуаций; поставщиками разнородных данных, включая данные дистанционного зондирования земли (ДЗЗ); специалистами в области разработки информационных технологий, программно-инструментальных средств обработки разнородных данных; специалистами -практиками, которые пока не могут оперативно использовать результаты математического моделирования в силу недостаточной автоматизации систем поддержки принятия решений и отсутствия удобных и простых средств взаимодействия с моделирующими комплексами. Автором изложены основные требования к перспективным информационным системам и сервисам: способность интеграции разнородных территориально
распределенных информационных ресурсов, включая программные модули, данные ДЗЗ и результаты наземных измерений;
максимальная автоматизация задач мониторинга и поддержки принятия управленческих решений; простота использования, ориентация на
неподготовленного пользователя (отсутствие специальных требований с точки зрения информационных технологий, ГИС, обработки данных, и др.); мобильность, возможность работы с персональных устройств (смартфонов, планшетных компьютеров, и др.); предоставление результатов в стандартных форматах для визуализации, взаимодействия с внешними системами, подготовки отчетов,
отечественное ПО, открытые программные коды. С учетом изложенных требований предложен новый уровень решения задач мониторинга, прогнозирования и поддержки принятия решений; базовая архитектура перспективной ИС; основные принципы работы с данными.
Методике оценки экологической безопасности сельскохозяйственного
производства на основе обработки много- и гиперспектральных данных аэрокосмической съемки посвящен доклад В.Ф. Мочалова (ВКА им. А.Ф. Можайского). В зависимости от показателей, характеризующих экологическое состояние сельхозугодий определяется вид съемки и требования к пространственному разрешению материалов съемки. С учетом информационных возможностей отечественной аппаратуры для аэрокосмической съемки получают данные, которые обрабатываются по общепринятой технологии обработки материалов съемки. При этом используются программные модули тематической обработки материалов съемки. Оценивается состояние элементов ландшафта. Обработка характерных частей съемки производится путем создания обучающих выборок.
Приведены примеры дешифрирования съемок: обнаружение свалок, оценивание содержания азота, зарастания водоема вблизи поля.
О геоинформационных сервисах для анализа разнородных пространственно-временных данных сообщил И. Ю. Пиманов (СПИИРАН). Проблема анализа и визуализации пространственно-временных данных состоит в том, что 80% данных прямо или косвенно имеют пространственную привязку, всё изменяется во времени. Функции сервиса анализа и визуализации пространственно-временных данных заключаются в поддержке разнородных пространственно-временных данных (в том числе мультивременных); ориентации на специалистов в предметных областях, не имеющих специальной подготовки в области геоинформатики; кросс-платформенности. Анализ и
визуализация данных осуществляется использованием картографических веб-платформ (CART, mapbox, kepler.gl, EARTH OBSERVING
SYSTEM).Преимущества перечисленных платформ: высокая скорость работы с большим массивом данных; качественный дизайн; поддержка пространственно-временных данных. Недостатки
перечисленных платформ: отсутствует поддержка разнородных пространственно-временных данных (например, данных ДЗЗ совместно с векторными данными); отсутствует возможность мультивременного анализа.
О методе мягких измерений и мягких вычислений как универсальном способе свертки многопараметрических экспертных оценок в условиях неопределенности доложил А.В. Спесивцев, к.т.н. (ВКА им. А.Ф. Можайского). Для природных, общественных и техносферных систем характерны: взаимозависимость свойств и организации; бесперспективность
применения линейных аппроксимаций; стохастизирующий фактор; невыводимость свойств системы как целого из свойств ее элементов; невоспроизводимость поведения по начальным данным; неопределимость и логическая недоказуемость законов причинности; самоподобие; саморазвитие. Автор привел в докладе наиболее употребляемые виды сверток экспертных знаний, общий вид множественной регрессии, методику извлечение
информации из данных, технологию процесса выработки и принятия решения о состоянии сложного объекта, постановку проблемы работы с экспертными знаниями. Преимущества для эксперта предлагаемого автором универсального способа сверстки многопараметрических экспертных оценок в условиях неопределенности: используются только знания и профессиональный опыт; не требуется знаний математических методов; используется как количественная, так и вербальная (нечисловая) информация; сроки построения моделей сокращаются на порядки; получение качественно новой информации об изучаемом явлении или процессе; возможность тиражирования знаний и опыта высококвалифицированных специалистов.
На конференции было отмечено, что важнейшую роль в реализации экологических принципов производства сельскохозяйственной продукции играют «точные технологии». В докладе «Практика внедрения и перспективы развития технологий точного земледелия в России» ВВ. Якушев, член-корр. РАН (ФГБНУ АФИ) сообщил о перспективных направлениях научно-технологического развития АПК. Это технологии локально дифференцированного, адаптивного
внесения удобрений и применения средств защиты растений; точного орошения; «больших данных» и Интернет вещей в сельском хозяйстве; робототехники на основе искусственного интеллекта, роевого интеллекта, машинного обучения; применения беспилотных летательных аппаратов в сельском хозяйстве и др. Изложил историю развития точного земледелия в России. В институте созданы и эффективно используются уникальные мобильные комплексы для измерения агрофизических свойств почв. По результатам исследований разработано программное обеспечения созданного комплекса дифференцированного внесения мелиорантов, схема комплектации которого приведена на рис.2.
РМУ-8000 (Щучинский ремонтный завод)
Рис. 2. Схема комплектации комплекса дифференцированного внесения мелиорантов
Методику оценки технического состояния осушительных мелиоративных систем с использованием данных
дистанционного зондирования доложил А.Ф. Петрушин А.Ф., к.т.н. (ФГБНУ АФИ). В работе использовались доступные спутниковые снимки и данные дистанционного зондирования с
использованием геосканов. Выработаны рекомендации по ремонту осушительных систем с целью исключения выбытия земли из оборота. Также изготовлена мойка высокого давления оснащенная рабочим органом АФИ для разрыхления твердого слежавшегося наилка. Все рабочие органы прошли испытания в реальных условиях.
О прецизионном управлении азотным режимом яровой пшеницы на основе дистанционного зондирования посевов
сообщил Д.А. Матвиенко, к.т.н. (ФГБНУ АФИ). Особое место в точном земледелии занимает система применения в севообороте азотных удобрений. Важнейшее значение здесь имеет экологическая безопасность -технологии точного земледелия позволяют избегать чрезмерного внесения удобрений там, где это возможно. В результате с одной стороны экономятся удобрения, а с другой стороны снижается антропогенное влияние на окружающую среду и уменьшается вымывание удобрений в грунтовые воды. С 2009 по 2015 год на полигоне Меньковской опытной станции проводился сравнительный полевой эксперимент по прецизионному внесению азотных удобрений на посевах яровой пшеницы. На рис.3 схематично изображен процесс внесения азотных удобрений с помощью ^сенсора.
Датчики определяют состояние растений
Снабжение растений птатегы-ыми веществами согласно их потребности
"ъ. I ■ *
¥y
Бортовой компьютер в реа,гьнок времени определяет потребность е питательных веществах и управляет разбрасывателей
Рис.3. Процесс внесения азотных удобрений с помощъюЮ-Ы-сенсора
Цифровые технологии дистанционного мониторинга для дискретного внесения средств защиты растений (СЗР) весьма перспективны для сельхозпроизводства (А.К. Лысов, к.т.н., ФГБНУ ВИЗР) Для дискретного внесения СЗР, при переходе на современные технологии дистанционного мониторинга, возникает возможность определять пространственную
неоднородность распределения вредных объектов в агроландшафтах
сельскохозяйственных угодий, а так же оперативно принимать решения о проведении защитных мероприятий в сжатые агросроки, лучше всего использовать комплексный подход, сочетающий использование космической съемки и сверхлегкие беспилотные летательные аппараты, оснащенные цифровой аппаратурой для аэрофотосъемки. Аэрофотосъемка поля проводилась также для обнаружения мышиных колоний.
О проблеме и перспективах автономных летающих робототехнических комплексов в сельском хозяйстве сообщил А.М. Бойко, к. ф-м. н. (ФТИ им. А.Ф. Иоффе). Современные коммерческие беспилотные летающие аппараты (БЛА) дорогие и сложные в обслуживании. Необходимо создание комплекса БЛА, обеспечивающего взлёт, полёт по заданию, возвращение, заход на посадку, посадка + стыковка. По мнению автора для нужд сельского хозяйства будет востребован автономный БЛА, созданный в соответствии с современной концепцией. Решена проблема автоматической стыковки БЛА с зарядной базой. В 2017-2018 годы изготовлены экспериментальные образцы автономных летающих робототехнических комплексов. Задачи, требующие решения: открытие воздушного пространства для с х БВС; легализация полетов через перевод БВС в сельхозтехнику, не требующую разрешения на полеты; базы для испытаний БЛА сельхозназначения. Иначе вся работа останется в пределах лабораторий и воздушного хулиганства.
Встраиваемая система удаленного мониторинга состояния пасеки (В.Г. Рыбин, СПбГЭТУ «ЛЭТИ») разрабатывалась с целью решения некоторых проблем пчеловодства таких как потери пчелиных семей: от болезни, мышей, клещей Варроа; неконтролируемое роение; трудоемкость обслуживания ульев. Особенности разработки системы: определение критических состояний и маточного пения в шуме пчел. Для этого необходимо контролировать: массу улья, температуру внутри улья; шумы, издаваемые пчелами, атмосферное давление, освещенность. Была разработана общая архитектура система в виде распределенной сети датчиков с оптимизированным энергопотреблением, облачного сервиса хранения данных и клиентского приложения, доступного как на ПК, так и мобильных устройствах.
Клиентское приложение позволяет пользователю задавать расположение ульев на карте, вести журнал наблюдений и текущих работ, получать оповещения о критических ситуациях и информацию о текущем статусе ульев, групп ульев (точков) и пасеки в целом. В настоящее время прототип системы проходит апробацию на ряде пасек Ленинградской области.В результате выполнении данной работы созданы прототипы узлов интеллектуальной системы мониторинга распределенных биологических объектов; апробирована методика модельного проектирования комплексных систем сбора данных. Предполагается расширение предлагаемых подходов и технических решений на другие отрасли АПК.
Параметрами почвенного состояния, по которым может оцениваться экологическая безопасность агроландшафтов, являются: твердость почвы; влажность почвы; температура почвы и др. Существующие системы измеряют свойства почвы последующим показателям: электрическим ; механическим ; электромагнитным ; термическим. По результатам анализа цифровых измерительных систем для определения параметров почвенного состояния при оценке экологической безопасности приемов обработки почвы (А.А. Устроев, канд. техн. наук, ИАЭП) установлены их достоинства: быстрый анализ данных ;высокая чувствительность датчиков ;низкая погрешность приборов; возможность определения нескольких параметров одновременно. К недостаткам автором отнесены: высокая стоимость оборудования, нехватка
квалифицированного персонала для работы, настройки и ремонта такого оборудования.
В всем мире важную экологическую роль играет нетрадиционная энергетика. На конференции были рассмотрены методы оценки экономической эффективности
солнечных электростанций различных назначений (В.Г. Малышкин, к. ф-м. н., ФТИ им. А.Ф. Иоффе). Главными различиями в подходах можно назвать отношение к катастрофическим рискам, дополнительной полезности, специальным требованиям, и накопителям энергии. Автор считает, что текущие факторы развития солнечной энергетики в значительной мере исчерпаны, и дальнейшее развитие будет обуславливаться прогрессом в области энергонакопления.
О создании автономных мобильных энерготехнологических комплексах,
функционирующих на основе технологий переработки сельскохозяйственных отходов методом газификации с энергоснабжением в режиме тригенерации доложил В.К. Иконников, канд. техн. наук ( ФГУП «РНЦ «Прикладная химия»). В настоящее время не существует идеального решения для переработки навоза и помёта, которое позволяло бы экологически безопасно и экономически эффективно утилизировать отходы животноводства и птицеводства с получением удобрения, электрической и тепловой энергии. В основу разработки автономных модульных
энерготехнологических комплексов,
работающих на курином помёте, положен способ термобарохимической деструкции органических отходов, который отличается высокими экономическими и
экологическими характеристиками.
Отработка технологического процесса переработки органических отходов проводится на пилотной опытной установке в ФГУП «РНЦ «Прикладная химия». В ФГУП «РНЦ «Прикладная химия» создана демонстрационная энергоустановка
производительностью до 100 кг/ч сухого органического сырья. Результаты
проведённых исследований подтверждают возможность создания быстровозводимых модулей получения тепла и электроэнергии,
работающих на продуктах переработки сельскохозяйственных отходов, в частности, на курином помёте, которые при сравнительно малых финансовых затратах могут решить сразу несколько задач:-экономическую: исключение транспортных расходов и платы за приём отходов на полигоне; высвобождение дорогостоящих земельных территорий; получение альтернативного топлива типа RDF, электроэнергии, низкопотенциальной
тепловой энергии и минеральных удобрений;-экологическую: переработка сельскохозяйственных отходов без загрязнения окружающей воздушной среды и вредных выбросов в почву и водоемы. Модули позволяют обеспечить собственные технологические нужды теплом и электроэнергией.
С сообщениями выступали сотрудники ИАЭП - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. О пути к цифровому и интеллектуальному управлению производством органической растениеводческой продукции рассказал вед. науч. сотр., канд. с.-х. наук Минин Владислав Борисович. Методику оценки экологической безопасности сельских территорий при использовании технологии «умных сетей» электроснабжения доложил вед. науч. сотр., канд. техн. наук Эрк Андрей Федорович. О применение цифровых технологии как элементов системы минимизации вредных выбросов фермой КРС рассказал ст. науч. сотр., канд. техн. наук Вторый Сергей Валерьевич и науч. сотр. Ильин Роман Михайлович. Науч. сотр. Обломкова Наталья Сергеевна рассказала про использование геоинформационных технологий при оценке негативного влияния сельскохозяйственного производства на окружающую среду. Автоматизированный расчет количественных и качественных характеристик экскрементов животных на основе метода баланса при интенсификации машинных технологий представила ст. науч.
сотр., канд. техн. наук Шалавина Екатерина Викторовна. Про интеллектуальные машинные технологии в системе внесения органических удобрений доложил ст. науч. сотр., канд. техн. наук Васильев Эдуард Вадимович. С докладом «Использование цифровых технологий при переработке и внесении органических удобрений» выступил ст. науч. сотр., канд. техн. наук Тимофеев Евгений Всеволодович. В работе докладывалось о возможности
использования современных средств цифровизации сельскохозяйственных работ с использованием интеллектуальных систем. О системах мониторинга эмиссии биогенных элементов при утилизации отходов в установках закрытого типа доложил науч. сотр., канд. техн. наук Уваров Роман Алексеевич. Расчет выхода
навозосодержащих стоков доильного зала представила науч. сотр. Миронова Татьяна Юрьевна. С Алгоритмом расчета площади прифермской теплицы для утилизации вентиляционных выбросов выступил ученый секретарь ИАЭП ст. науч. сотр., канд. техн. наук Миронов Вячеслов Николаевич.Вед. науч. сотр., д-р тенх. наук., профессор Джабборов Нозим Исмоилович Ст. науч. сотр., канд. тенх. наук Сергеев выступили с докладом «Повышение экологической безопасности
почвообрабатывающих агрегатов путем улучшения их топливной экономичности».
По результатам проведенной Конференции было предложено:
- начать работать с СПИИРАН в области дистанционного мониторинга сельскохозяйственных территорий и создания «умных» баз данных по мониторингу экологических параметров;
- продолжить сотрудничество с ФТИ им. А.Ф. Иоффе в вопросах разработки и внедрения солнечных фотоэлектрических станций. В основном это автономные источники генерации в комбинации с
ветроустановками и дизельными
электростанциями;
- начать работы с ФТИ им. А.Ф. Иоффе по разработке новых автономных летающих робототехнических комплексов в сельском хозяйстве. Для нужд сельского хозяйства будет востребован автономный БЛА созданный в соответствии с современной концепцией. Решена проблема автоматической стыковки БЛА с зарядной базой. Работы предполагается проводить при выполнении совместных проектом;
- начать работы с СПбГЭТУ «ЛЭТИ» по разработке встраиваемых систем удаленного мониторинга состояния не только пасек, но и других помещений сельскохозяйственного производства;
- начать работы с ФГУП «РНЦ «Прикладная химия» по созданию автономных мобильных энерготехнологических комплексах, функционирующих на основе технологий переработки сельскохозяйственных отходов методом газификации с энергоснабжением в режиме тригенерации.
Выводы
Организация научных исследований по программе «Цифровое сельское хозяйство (Умное сельское хозяйство)» (Программа) требует создания условий для плодотворного междисциплинарного сотрудничества в решении наиболее острых проблем развития АПК РФ, в том числе проблем обеспечения экологической безопасности;
Создание интеллектуальных,
роботизированных машинных технологий и комплексов производства
сельскохозяйственной продукции является одной из основных задач Программы;
Цифровые машинные технологии в сельскохозяйственном производстве
предусматривают создание системы: технологические процессы - сбор информации о процессах - обработка информации - влияние на процесс по
средствам регулирования параметров и режимов работы технических систем;
При решении экологических проблем сельскохозяйственного производства к приоритетным исследованиям стоит отнести работы по созданию интеллектуальных систем проектирования и оценки машинных технологий утилизации органических отход
сельскохозяйственного производства.
Необходимо продолжить исследования в области оценки диффузной нагрузки на основные компоненты окружающей среды с разработкой соответствующих технологий допустимого воздействия на окружающую среду.
УДК637.053+ 532:663.81 DOI 10.24411/0131-5226-2019-10145
ИСПЫТАНИЕ НОВОГО МЕТОДА ИДЕНТИФИКАЦИИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫСЫХАЮЩЕЙ КАПЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ
КАЧЕСТВА ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
С. С. Морунова; А. А. Гаврилова, канд. биол. наук
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия» (Нижегородская ГСХА),Нижний Новгород, Россия
В статье приводятся результаты применения в качестве экспресс-метода технологии высыхающей капли, основанной на акусто-механическом импедансе, измерении динамики изменения механических свойств высыхающей капельки жидкости, построении импеданс-годографа и сравнение его с полученными ранее данными стандартного образца продукта. В работе рассматривается возможность применения метода ТВК для анализа качества продуктов питания. При наличии достаточно хорошей базы данных эти измерения не займут много времени и достаточно точно позволят определить качество продукции. В отделе радиофизических методов в медицине ИПФ РАН (г. Нижний Новгород) разработан прототип прибора, который силами студентов НГСХА был испытан при измерении акусто-механических характеристик молочной продукции и соков разных производителей, при различной степени разбавлении их водой, моделировании фальсификации продукции. Продукты отличались по составу и пищевой ценности. Всего было проделано 5 серий опытов с молочными продуктами и одна серия опытов с соком и нектарами. В первом случае было 7 вариантов разбавления водой, во втором - 3 варианта. В результате измерений были получены импеданс-годографы, показывающие динамику изменяющихся в процессе высыхания капли механических свойств жидкости, которые отражают зависимость изменяющихся параметров от состава жидкости. Полученные в ходе выполнения работы результаты показали, что данная технология позволяет определять степень разбавления продукта водой, многокомпонентность состава продукции, несоответствие этого состава натуральному продукту.
Ключевые слова: контроль качества продуктов питания, соки, нектары, молоко, молочные продукты, акусто-механический импеданс.
Для цитирования: Морунова С.С., Гаврилова А.А. Испытание нового метода идентификации многокомпонентных жидкостей на основе технологии высыхающей капли для оценки качества
