Размещено на http://www.allbest.ru/

Выпускная работа

Точное земледелие в сельском хозяйстве

Выполнил:

Студент магистратур:

Лапытько Евгений Николаевич

Руководитель выпускной работы от кафедры:

Благодерова Т.Н.

Руководитель магистерской диссертации

Мастеров А.С.

Оглавление

Перечень условных обозначений

Введение

Глава 1. История появления и внедрения системы точного земледелия в мировую практику землепользования

Глава 2. Сущность системы точного земледелия

Глава 3. Теоретические аспекты применяемой технологии на производстве

3.1 Что представляет из себя система спутникового мониторинга транспорта?

3.2 Дополнительные датчики

3.3 Система параллельного вождения

3.4 Задачи, решаемые системой точного земледелия

Глава 4. Экономическая эффективность

Заключение

Список используемых источников

Приложения



Перечень условных обозначений

ИТ - информационные технологии

ОТКЛ - отключить

ОС - операционная система

ТЧ - точное земледелие

ГСП - глобальная система позиционирования

ГИС - географическая информационная система

ПО - приборное обеспечение



Введение

В развитых странах мира развитие интенсивного и эффективного сельскохозяйственного производства обеспечивается сегодня как при помощи внедрения новых технологических процессов производства, так и за счет улучшения информационно-технологической базы при управлении этими процессами. Как правило, основным фактором эффективности сельскохозяйственного производства являются современные информационные технологии.

Базовыми элементами новых информационных технологий являются компьютерные программы. В этих программах отображаются в виде математических моделей и методов обработки информации передовые современные методики производства сельскохозяйственной продукции, а также знания ведущих специалистов и ученых соответствующих областей сельского хозяйства.

Такие экономические показатели как прибыль, уровень рентабельности производства позволяют проводить оценку эффективности отдельно взятой сельскохозяйственной отрасли в условиях рыночной экономики. В максимальном увлечении этих показателей и заключается конечная цель внедрения новых информационных технологий. Инновационное развитие агропромышленного комплекса замедляется, в том числе и из-за низкого уровня технологической оснащённости, во многом определяемой техническим и технологическим уровнем промышленности и недостаточной квалификации кадров. В то время как мировой и европейский опыт ведения сельскохозяйственных работ уже напрямую связан с информационными технологиями, в Беларуси это направление ещё практически не открыто [1].

Информационная технология - это процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления с применением вычислительной техники.

Цель информационной технологии - производство информации для ее анализа человеком и принятие на основе этого анализа решения по выполнению какого-либо действия. Применяя разные ИТ к одной и той же информации, получаем разный информационный продукт. Для реализации своей цели ИТ должна обладать инструментарием. Это математическое, программное и техническое обеспечение [9].

Характеристики ИТ:

Высокая степень разбиения всего процесса обработки информации на этапы.

Регулярный характер обработки информации.

Компьютерная обработка информации.

Интерактивный режим обработки информации.

Хранение больших объёмов информации на машинных носителях.

Передача информации на любые расстояния в кротчайшие сроки.

Информационная технология обработки данных предназначена для решения хорошо структурированных задач. Хорошо структурированная задача - это задача, для которой имеются необходимые входные данные и известны алгоритмы и другие стандартные процедуры их обработки. Эта технология применяется на уровне операционной (исполнительской) деятельности персонала невысокой квалификации в целях автоматизации некоторых рутинных постоянно повторяющихся операций управленческого труда.

Стремительное развитие информационных технологий (ИТ) в той или иной степени затронуло практически все области научных исследований, в том числе и в области агрономии [7].



Глава 1. История появления и внедрения системы точного земледелия в мировую практику землепользования

Суть качественно новой системы земледелия, которое на Западе получило название точного (или прецизионного), состоит в том, что для получения с данного поля (массива) максимального количества качественной и наиболее дешевой продукции для всех растений этого массива создаются одинаковые условия роста и развития без нарушения норм экологической безопасности. Точное земледелие внедряется путем постепенного освоения качественно новых агротехнологий на основе принципиально новых, высокоэффективных и экологически безопасных технических и агрохимических средств. Ученые и конструкторы понимали, что система точного земледелия должна базироваться на последних достижениях электроники.

Однако испытания уже первых экспериментальных образцов показали, что сложные и дорогостоящие электронные приборы не приспособлены для полевых условий, которые характеризуются повышенными запыленностью и влажностью среды, требуют высококвалифицированного обслуживания и ремонта при дефиците запчастей. Но очень скоро были созданы адаптированные к с.-х. условиям микропроцессоры, электронные, фотоэлектрические, емкостные, электромагнитные, пьезоэлектрические, электромеханические и другие датчики, а также электронные приборы. Первыми весомых результатов в использовании электронных устройств на с.-х. технике добились разработчики машин для защиты растений. Например, опрыскиватель Hydroelectron фирмы Tecnoma, получивший золотую медаль на международной выставке SIMA-1976 в Париже, был оборудован электронным регулятором подачи раствора пропорционально скорости движения агрегата. [1]

Аналогичную машину разработала английская фирма Agmet. По сравнению с используемыми в странах СНГ аналогами в них поддерживается постоянный в единицу времени расход раствора, а норма его внесения на 1 га значительно варьируется при каждом переключении передачи, изменении частоты вращения двигателя и буксовании колес, что обеспечивает экономию до 20% ядохимикатов. А это не только экономический, но и экологический эффект.

Сложнее решались вопросы точного высева семян зерновых колосовых культур. Экспериментальные образцы таких сеялок были показаны на международной выставке в Мюнхене в 1982 г., а серийная машина с электронным регулятором высева фирмы Blanchot появилась лишь через три года и была отмечена на парижской выставке SIMA-1985. Фирма Rider (Германия) пошла еще дальше, создав сеялку Saxonia, которая обеспечивает заданные не только расстояние между семенами в рядке, но и глубину их заделки.

Значительных успехов в электронизации с.-х. техники достигли фирмы Amazone, Diadem, Rotina, Lely и др. В машинах центробежного типа онидобились независимости дозы внесения удобрений на 1 га от скорости агрегата. Кроме того, частота вращения рассеивающих дисков и фактическая доза удобрений, вносимых на 1 га, постоянно высвечиваются на мониторе, причем последнюю тракторист может изменять со своего рабочего места.

Применение электронных устройств дало возможность значительно (до ±15%) снизить неравномерность внесения удобрений. В 1986 г. в результате тесного сотрудничества фирм - производителей тракторов и сельхозмашин было признано рациональным многоканальный микропроцессор устанавливать на тракторе, а на машинах использовать лишь унифицированные датчики.

Так, например, на тракторе Case стали монтировать микропроцессор и подключать к нему датчики и исполнительные механизмы:

1. регулирования глубины обработки почвообрабатывающих машин фирмы Landsberg;

2. оптимизации работы опрыскивателей фирмы Holder;

3. машин для внесения минеральных удобрений фирмы Rotina;

4. сеялок Saxonia и др.

Причем микропроцессор не только контролирует и регулирует технологические параметры, но и показывает фактическую рабочую скорость агрегата, объем выполненной работы, параметры двигателя и удельный расход топлива. [22]

Для объединения усилий по разработке и освоению в с.-х. производстве электронных систем в 1992 г. страны ЕС приняли план, предусматривающий ускоренное финансирование из бюджета ЕС перспективных направлений автоматизации и компьютеризации с.-х. техники.

В настоящее время к этой работе присоединились Венгрия, Чехия, Словения и Эстония. Причем в создании качественно новых, высокоточных и высокопроизводительных машин западноевропейские страны значительно обошли США и Канаду.

Благодаря использованию высокоточной техники в странах с развитым земледелием удалось поднять урожайность зерновых культур до 90 ц/га и получить весомую прибыль. Вместе с тем было замечено, что пестрота урожайности на полях, обработанных этой техникой, хотя и значительно уменьшилось, но все-таки сохранилась. Следовательно, такое земледелие еще не соответствует критериям точного.

Агрохимический анализ почвы, взятой на участках с различной урожайностью, показал, что по содержанию азота, фосфора и калия они существенно различаются, хотя минеральные удобрения вносились с высокой равномерностью. Причина этого явления в том, что растения питаются не только веществами, вносимыми в почву при выращивании данной культуры, но и теми, что накопились в ней. Поэтому удобрения нужно вносить в почву дифференцированно в зависимости от количества ранее накопленных в ней основных питательных веществ. [30]

Однако внедрение такой технологии с использованием существующих технических средств связано с большими трудовыми и финансовыми затратами. В связи с этим в разных странах начали разрабатывать способы и средства для упрощения и снижения стоимости агрохимического анализа почвы, в том числе через урожайность выращенной культуры на отдельных участках поля.

Для этого, например, зерноуборочный комбайн оборудуют электронным прибором, который определяет урожайность, покоординатно записывает ее в бортовой компьютер и распечатывает картограмму. Но картограмма урожайности может служить лишь средством обоснования необходимости дифференцированного применения удобрения или определения аномальных зон и взятия проб почвы для агрохимического анализа лишь в этих зонах.

Одно из кардинальных решений этой проблемы предложила английская фирма KRM - оценивать содержание азота, фосфора и калия в почве путем фотографирования полей в инфракрасных лучах на специальную пленку с помощью самолета или спутника Земли.

Еще более упрощает агрохимический анализ почвы созданный английской фирмой Challeng Agriculture оптический прибор (золотая медальна парижской выставке в 1994 г.).

Содержание в почве азота, фосфора, калия и других элементов определяют путем сравнительного измерения в двух точках отраженного света выбранной полосы спектра. Он может обрабатывать более 30 параметров и запоминать 50 значений. Через четыре года прибор аналогичного назначения разработали китайские специалисты на основе транзисторов, преобразователей, фотодатчиков и других электронных элементов.

Другая сложная проблема - привязка результатов агрохимического анализа к координатам взятия проб и передача этих данных на агрегат для внесения удобрений. Достаточно известное средство определения координат агрегата - ротационное устройство, измерительным элементом которого служит колесо трактора или машины, а регистрирующим - счетчик числа оборотов, шкала которого проградуирована в метрах. Отклонение показаний на длине гона 1000 м не превышает ±2 м.

Фирма Claas разработала радиосистему, в которую входят компьютеризированная базовая радиостанция с приемником, размещенные в офисе (помещении) фирмы, и приемопередающие устройства - на полевых агрегатах. С помощью этой системы можно находить координаты 200 агрегатов, работающих в радиусе до 9 миль, с точностью ±10 м. В радиосистеме аналогичного назначения компании Massey Ferguson используют установленные на агрегатах специальные радиоприемники и глобальную спутниковую сеть (GPS). Система с приемлемой точностью определяет географические координаты агрегата, но она достаточно сложна и дорогостояща.

Первый экспериментальный образец двухдисковой центробежной машины для дифференцированного внесения одного вида минеральных удобрений продемонстрировала в 1994 г. на выставке Smithfield Farm Tech английская фирма KRM. Содержание питательных веществ в почве определяется методом инфракрасного фотографирования поля со спутника Земли с построением картограммы поля, а координаты агрегата - спомощью систем GPS. Для непосредственного изменения дозы вносимых удобрений используется электронный прибор Calibrator 2002, функционально соединенный с компьютером (на дискете которого записана картограмма удобрения поля) и системой GPS. В 1995 г. фирма Amazone освоила серийный выпуск центробежных машин ZA-Max с аналогичными приборами.

Однако из-за дороговизны электронного оборудования (около 50 % цены машины) они не получили широкого распространения. Пионером освоения точного земледелия является Великобритания, где на ферме в графстве Сафольк на протяжении трех лет проводили картографирование урожайности, покоординатный анализ почвы в аномальных зонах, а удобрения вносились другой машиной фирмы AmazoneM-Tronic. Это обеспечило годовую экономию в среднем по 17,2 фунта стерлингов на каждом гектаре (по сравнению с внесением постоянных доз по всему полю). Технология отлично зарекомендовала себя и успешно применяется в США, Канаде, Бразилии и в странах Европы. В США и Канаде навигационное оборудование особенно распространено, т.к. в производстве используется широкозахватная техника.

На сегодняшний момент все мировые лидеры по производству сельскохозяйственных машин (CLAAS, John Deer, Case и др.), комплектуют свою технику навигационной системой GPS. В России "пионером" в этом направлении стала компания "Евротехника", с 2004 года все производимые сельскохозяйственные машины на заводе можно дооснастить навигационной системой GPS. GPS-оборудование востребовано в связи с тем, что обеспечивает экономию средств. В Европе, например, подсчитано, что экономический эффект от применения GPS - оборудования достигает 50-60 Евро на гектар.

Кроме того, пользователи данного оборудования получаю возможность проводить полевые работы ночью, в тумане, при повышенной запыленности и т.д. В настоящее время, сравнивая производимые российские и зарубежные приборы спутниковой навигации для работы в сельском хозяйстве, можно сказать, что иностранные приборы имеют преимущества по своим функциям. Навигационных приборов российского производства пока еще очень мало. В качестве примера можно привести навигационный прибор "Агронавигатор".

Он достаточно многофункционален: позволяет вести параллельно трактор при опрыскивании, внесении минеральных удобрений, записывать и хранить информацию с площади до 10 000 га. Однако точность данного прибора составляет от 1,5-2 м, что не допустимо в сельскохозяйственных работах. Зарубежный опыт насчитывает гораздо больше подобных приборов: это известная компания John Deere с прибором Green Star Parallel Tracking System, и менее известные: Mid-Tech Center-Line, Raven RGL 500, Cultiva ATC, Outback S, и другие. Однако неоспоримым лидером в данном направлении на сегодняшний день является компания Trimble с семейством навигационных приборов серии AgGPS, которые широко применяются в точном земледелии в Европе, США, Канаде, а теперь и в России. Таким образом в последние годы система точного земледелия массово интегрирована в земледелие многих стран. Что касается России, то лишь небольшое количество предприятий принимает решение использовать данную систему. Это связано в первую очередь с финансовыми затруднениями при внедрении данной системы. [19]



Глава 2. Сущность системы точного земледелия

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). [29]

Точное земледелие - это управление продуктивностью посевов c учётом внутрипольной вариабельности среды обитания растений. Условно говоря, это оптимальное управление для каждого квадратного метра поля. 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. Такой подход, как показывает международный опыт, обеспечивает гораздо больший экономический эффект и, самое главное, позволяет повысить воспроизводство почвенного плодородия и уровень экологической чистоты сельскохозяйственной продукции.

В настоящее время рост цен на семена, минеральные удобрения, средства защиты растений, технику и другие средства производства в сельском хозяйстве приводит к необходимости повышать эффективность их использования. Перед руководителями и специалистами сельского хозяйства стоит задача повышения уровня менеджмента, как важного фактора для достижения результативного хозяйствования. Поставленную задачу решает новое направление под названием точное (прецизионное) земледелие, которое в настоящее время получает все большее распространение во многих странах. Точное земледелие - это комплексная высокотехнологичная система сельскохозяйственного менеджмента, включающая в себя технологии глобального позиционирования (GPS), географические информационные системы (GIS), технологии оценки урожайности (Yield Monitor Technologies), технологию переменного нормирования (Variable Rate Technology) и технологии дистанционного зондирования земли (ДЗЗ).

Суть точного земледелия в том, что обработка полей производится в зависимости от реальных потребностей выращиваемых в данном месте культур.

Эти потребности определяются с помощью современных информационных технологий, включая космическую съемку.

При этом средства обработки дифференцируются в пределах различных участков поля, давая максимальный эффект при минимальном ущербе окружающей среде и снижении общего расхода применяемых веществ.

Наиболее важным вопросом, решенным в последнее время в европейских странах, было нахождение оптимального уровня использования удобрений и химикатов в растениеводстве, а также определение доз их внесения, исключающих негативное воздействие на почву, растения и окружающую среду.

Накопление статистики обработки (куда и сколько внесли каждого вещества) и получаемых результатов (урожайность) позволяет применять различные виды анализа с тем, чтобы в дальнейшем корректировать применяемые дозы для получения максимума отдачи на каждый вкладываемый в обработку рубль.

Основные результаты, достигаемые посредством применения технологий точного земледелия:

1. оптимизация использования расходных материалов (минимизация затрат);

2. повышение урожайности и качества сельхозпродукции;

3. минимизация негативного влияния сельскохозяйственного производства на окружающую природную среду;

4. повышение качества земель;

5. информационная поддержка сельскохозяйственного менеджмента. [17]



Глава 3. Теоретические аспекты применяемой технологии на производстве

Принцип работы системы приборов спутниковой навигации (GPS): В околоземном пространстве развернута сеть искусственных спутников Земли (ИСЗ), равномерно "покрывающих" всю земную поверхность. Орбиты ИСЗ определяются с очень высокой точностью, поэтому в любой момент времени известны координаты каждого спутника.

Радиопередатчики спутников непрерывно излучают сигналы в направлении Земли. Эти сигналы принимаются GPS-приемником, находящимся в некоторой точке земной поверхности, координаты которой нужно определить. GPS спутник Приемник измеряет время распространения сигнала от ИСЗ и вычисляет дальность "спутник-приемник" (радиосигнал, как известно, распространяется со скоростью света).

Для определения местоположения точки нужно знать три координаты (плоские координаты X, Y и высоту H), следовательно, в приемнике должны быть измерены расстояния до трех различных ИСЗ).

При таком методе радионавигации (он называется беззапросным) точное определение времени распространения сигнала возможно лишь при наличии синхронизации временных шкал спутника и приемника. В связи с этим, в состав аппаратуры ИСЗ и приемника входят эталонные часы (стандарты частоты), точность которых исключительно высока (долговременная относительная стабильность частоты обеспечивается на уровне 10-13 - 10-15 за сутки).

Бортовые часы всех ИСЗ синхронизированы и привязаны к так называемому "системному времени". Эталон времени GPS- приемника менее точен, чтобы чрезмерно не повышать его стоимость. Этот эталон должен обеспечивать только кратковременную стабильность частоты - в течение процедуры измерений. [12]

На практике в измерениях времени всегда присутствует ошибка, обусловленная несовпадением шкал времени ИСЗ и приемника. По этой причине в приемнике вычисляется искаженное значение дальности до спутника или "псевдодальность". Измерения расстояний до всех ИСЗ, с которыми в данный момент работает приемник, происходит одновременно.

Следовательно, для всех измерений величину временного несоответствия можно считать постоянной. С математической точки зрения это эквивалентно тому, что неизвестными являются не только координаты X, Y и H, но и поправка часов приемника D t. Для их определения необходимо выполнить измерения псевдодальностей не до трех, а до четырех спутников. В результате обработки этих измерений в приемнике вычисляются координаты (X, Y и H) и точное время.

Если приемник установлен на движущемся объекте и наряду с псевдодальностями измеряет доплеровские сдвиги частот радиосигналов, то может быть вычислена и скорость объекта. Таким образом, для выполнения необходимых навигационных определений надо обеспечить постоянную видимость с нее, как минимум, пяти спутников. После полного развертывания созвездия ИСЗ в любой точке Земли могут быть видны от 5 до 12 спутников в произвольный момент времени. Современные GPS- приемники имеют до 12 каналов, т.е. могут одновременно принимать сигналы от такого количества ИСЗ.

Избыточные измерения (сверх пяти) позволяют повысить точность определения координат и обеспечить непрерывность решения навигационной задачи.

В состав системы входят:

1. созвездие ИСЗ (космический сегмент)

2. сеть наземных станций слежения и управления (сегмент управления);

3. собственно GPS-приемники (аппаратура потребителей).

Основной целью использования точного земледелия является повышение производительности и существенное уменьшение затрат на производство продукции.

Для каждого поля, при помощи спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС, геоинформационных средств, бортовых компьютеров, автоматизированных устройств сельскохозяйственного назначения, программного обеспечения фиксируются температура почвы, приземного слоя и воздуха, скорость ветра, количество осадков и т.п. Ведется технологическая карта поля с момента сева до жатвы. Наличие комплексной информации позволяет специалистам принимать адекватные решения и оперативно корректировать ситуацию на полях.

Такой подход экономит удобрения, горючее поскольку задействованы сберегающие технологии, а в конечном итоге ведет к росту производительности, снижению себестоимости и повышению эффективности хозяйствования.[25]

3.1 Что представляет из себя система спутникового мониторинга транспорта?

Рисунок 3.1 - Схема спутникового мониторинга

Суть данного решения такова: на транспортное средство устанавливается специальное устройство - мобильный терминал.



Рисунок 3.2 - Устройство (мобильный терминал)

Терминал, при помощи системы глобального позиционирования GPS или ГЛОНАСС, определяет текущее местоположение транспортного средства.

Данный прибор может использовать только систему GPS или дополнительный внешний модуль GPS/ГЛОНАСС, который использует и спутники системы ГЛОНАСС и спутники системы GPS.

Полученные данные передаются на сервер, используя сотовую связь GSM/GPRS и сеть Интернет. Помимо определения положения и скорости техники, терминал снимает показания подключенных датчиков.

3.2 Дополнительные датчики

В зависимости от поставленных задач, к прибору Локарус могут быть подключены разнообразные дополнительные датчики, такие как:

ь Датчик слива топлива

ь Датчик температуры

ь Датчик количества оборотов

ь Датчик угла поворота/перемещения

ь Другая информация с информационных шин автотранспортного средства

Затраты на покупку и внедрение оборудования для точного земледелия могут окупиться за 1 сезон. Наиболее быстро окупается внедрение систем параллельного вождения.[19]



3.3 Система параллельного вождения

Как было сказано выше, система параллельного вождения является самой быстро окупаемой частью системы точного земледелия. Эта система позволяет обеспечить максимальную точность и высокую скорость при проведении таких операций как вспашка, культивация боронование, сев озимых и яровых, разбрасывание и опрыскивание. Кроме того эта система позволяет эффективно работать ночью, как и днем, что особенно важно при проведении весенних полевых работ, когда требования к срокам проведения агротехнических работ очень жесткие.

Системы параллельного вождения позволяют при использовании бесплатного сигнала обеспечить точность междурядных перекрытий до 30 см., а при работе с платными сервисами до 2,5 см. Эта система позволяет значительно сократить количество применяемых расходных материалов - семян и удобрений, сократить длину холостого хода сельскохозяйственной машины и ширину ее разворотной полосы. Сокращение затрат на ГСМ, семена и удобрения составляет до 20%, при этом пропорционально увеличивается и производительность труда.

Состав системы параллельного вождения

1. навигационный приемник;

2. дисплей;

3. система может комплектоваться подруливающим устройством или автопилотом;

4. программное обеспечение;

Компания Trimble (подробнее на английском языке) - родоначальник навигационного оборудования и на данный момент один из лидеров в данном сегменте рынка.



Рисунок 3.3 - Элементы для системы параллельного вожения

земледелие спутниковый мониторинг

Продукты для систем параллельного вождения компании Trimble помогут обрабатывать поля быстрее, эффективнее, точнее, безопасней и комфортней, при меньшей утомляемости оператора.

Наиболее эффективно применение систем автоматического вождения совместно с широкозахватными машинами. Компонентами таких систем являются дисплеи EZ-Guide 250, CFX-750, FMX, TMX-2050, подруливающие устройства EZ-Steer, EZ-Pilot и Autopilot.

Системы автоматического управления позволяют:

ь осуществлять параллельное вождение по прямым и кривым линиям;

ь минимизировать огрехи, перекрытия и стыковые междурядья;

ь выполнять полевые работы быстрее, точнее и безопаснее; уменьшить усталость оператора;

ь сократить расходы на семена, удобрения, химикаты и ГСМ;

ь выполнять работы в ночное время и в условиях плохой видимости;

ь уменьшить стоимость обработки гектара, снизить себестоимость готовой продукции. Ключевыми особенностями системы являются:

ь возможность модернизации и подключения дополнительных опций;

ь возможность установки на широкий спектр сельскохозяйственной техники;

ь выбор параметров агрегата и прицепного оборудования;

ь возможность подключения к сервису дифференциальных поправок для увеличения точности позиционирования;

ь сохранение данных об обработанных участках поля.

При этом комплексное внедрение системы точного земледелия позволяет помимо сегодняшнего экономического эффекта получить и долгосрочный агрономический и экологический эффект за счет более бережной обработки почвы и уменьшения применения азотных удобрений и нитратов, что в дальнейшем приводит и к более высокому экономическому эффекту, однако окупаемость в этом случае дольше и затрат требуется больше. [28]

3.4 Задачи, решаемые системой точного земледелия

1. получение почвенных карт полей при помощи специального оборудования - автоматических почвоотборников;

2. получение карт урожайности полей, сопоставление его с почвенными картами и принятие решений о необходимости и количестве внесения удобрений по полям;

3. автоматизация процессов проведения технологических операций (в т.ч. и внесения удобрений) при помощи специального оборудования;

4. контроль работ, выполненных той или иной техникой, отслеживание использования техники;

5. анализ и накопление данных с целью отслеживания изменения состояния полей с течением времени;

6. оперативное отслеживание состояния полей и посевов на различных участках, что позволяет вовремя проводить технологические операции и правильно определять их последовательность по полям.

Состав системы точного земледелия

ь бортовой компьютер;

ь система параллельного вождения и автопилотирования;

ь бортовые датчики для точного внесения удобрений, датчики мониторинга урожая;

ь датчики для измерения свойств почвы (температура, влажность и т.д.), а также определения состояния растений;

ь программное обеспечение для сбора, анализа данных и выдачи данных для бортовых датчиков (карты для точного внесения удобрений или семян.



Глава 4. Экономическая эффективность

Рисунок 4.1 - Убытки и потери урожайности при традиционной технологии из-за нерационального применения удобрений.

Дифференцированное внесение удобрений - это технология, обеспечивающая изменение доз вносимых удобрений в соответствующих зонах поля, в зависимости от потенциальной/планируемой урожайности в каждой из зон, и почвенного плодородия. Цель технологии - достижение максимально возможной урожайности, повышение эффективности использования удобрений, а также снижение экологической нагрузки на окружающую среду. [6]

Любое поле, даже самое выровненное, является неоднородным по своим почвенным характеристикам и, соответственно, по потенциально возможному урожаю в отдельных его участках, или зонах. Картофельное поле, фотография которого изображена на рис. 11, кажется абсолютно выровненным. Так ли это на самом деле? Анализ данных монитора урожайности по яровой пшенице, выращенной на этом же поле, показал, что разбежка между значениями в точках с наименьшей и наивысшей урожайностью составляет почти 600%! Даже усреднение данных по урожайности свидетельствует о том, что зона с наименьшей урожайностью на таком ровном поле дает на 50% меньше продукции, чем зона с наивысшим потенциалом. Любой агроном пользуется нормами выноса основных элементов питания на единицу выращенной продукции. Так, при выращивании 1 т озимой пшеницы, из почвы выносится, в среднем, 28.2 кг азота. Поэтому внесение равномерных доз удобрений под культуру, при том что потребность в них не является одинаковой, приводит к перерасходу удобрений в зонах с низким потенциалом урожайности и недополучению продукции на участках, которые при правильном применении удобрений могли бы дать дополнительную продукцию.

Рисунок 4.2 - Дополнительная прибыль и экономия удобрений, полученная благодаря технологии дифференцированного внесения.

Такого результата невозможно достичь только с помощью анализа почвенных образцов по сетке. Часто приходится слышать утверждение о том, что цель технологии дифференцированного внесения удобрений - выровнять условия почвенного плодородия. Абсолютно безграмотный подход!

Выравнивание условий выращивания по всему полю возможно было бы в условиях искусственного климата или гидропоники, где все условия создаются и контролируются человеком. В естественных условиях урожайность культур контролируется не только содержанием азота, фосфора, калия и других элементов, но и условиями освещенности, распределения тепла по поверхности поля, направлением склона, емкостью катионного обмена почвы, условиями увлажнения и многими другими факторами.

В специальной литературе насчитывается более 120 факторов, которые влияют на урожайность, помимо содержания основных питательных элементов в почве. Если не сделать их влияние на рост и развитие растений одинаковым в каждой точке поля, то ни о каком "выравнивании почвенного плодородия" не может быть и речи. [5]



Заключение

Точное земледелие - это процесс управления с целью получения максимальной прибыли, оптимизации сельскохозяйственного производства, рационального исследования природных ресурсов, защиты окружающей среды. Внедрение технологий точного земледелия требует нового мышления, подготовки заинтересованных кадров, обеспечения вычислительной техникой, наличия методов математического моделирования и средств автоматизации. При этом наиболее актуальным является применение новых информационных технологий - искусственного интеллекта и ГИС. Мировой рынок уже предлагает значительный выбор программно-аппаратных и технических средств по реализации технологии точного земледелия, которые базируются на последних достижениях сельскохозяйственного машиностроения и электроники.

В Беларуси накоплен определенный научный и некоторый практический опыт по точному земледелию. Однако недостаток финансирования, отсутствие производства отечественной промышленностью навигационной аппаратуры, датчиков и исполнительных механизмов безусловно сдерживает практическое применение точного земледелия в РБ.

Развитие работ по точному земледелию будет способствовать сбору новых сведений о сельскохозяйственных землях, плодородии почв, об урожайности, размещении культур, которые в настоящее время либо недостаточны или отсутствуют для большинства территорий страны.



Список используемых источников

1. Агрофизические и экологические проблемы сельского хозяйства в 21 веке / Под ред. В.П. Якушева т. 3. (2008). - СПб.: Официальное издание Жодинский филиала международной исследовательской организации по обработке почв, 2008.

2. Анискин В.И., Марченко Н.М., Личман Г.И. Проблемы управления качеством механизированного процесса дифференцированного применения удобрений // Тезисы докладов Международной конференции "Автоматизация с.-х. производства", т. 1. - М., 2007.

3. Арефьев Н.В. и др. Мониторинг мелиорируемых земель на основе геоинформационных технологий // Мелиорация и водное хозяйство. - 2008. - №5.

4. Арефьев Н.В., Баденко В.Л., Осипов Г.А. Аграрные системы в среде ГИС // ГИС-обозрение. - 2007. - №4.

5. Афанасьев Р.А. Агрохимические проблемы дифференцированного применения удобрений // 3-я научно-практическая конференция "Машинные технологии производства продукции в системе точного земледелия и животноводства (16-18 июня 2008 г., Минск). - М.: Издательство ВИМ, 2008. 105

6. Афанасьев Р.А. Дифференцированное применение удобрений - настоящее и будущее // Плодородие. - 2009. - №4.

7. Афанасьев Р.А. Информационное обеспечение технологий координатного земледелия / Современные проблемы земледелия и экологии. РАСХН. - Курск, 2009.

8. Афанасьев Р.А. Марченко Н.М., Личман Г.И., Гурьянов А.М., Артемов А.А., Бабушкин И.Г. Развитие идей точного земледелия в Беларуси // Плодородие. - 2008. - №6.

9. Афанасьев Р.А. Методология дифференцированного применения удобрений. - Клин: КлинНИКПТИЖ, 2010.

10. Берлянт А.Н., Жолковский Е.А. К концепции развития ГИС в России // ГИС-обозрение. - 2007. - №2.

11. Буре В.М. Методологические аспекты статистического анализа в точном земледелии. - Доклады РАСХН, 2007, №6.

12. Виноградов Б.В. Агрокосмический мониторинг экосистем. - М.: Наука, 2010.

13. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. - М.: "ООО Дата+", 2011.

14. Глобус А.М. Агрофизика и координатное земледелие. Труды 2-й Международной конференции по проблеме дифференцированного применения удобрений в системе координатного земледелия. - Рязань: ВНИИМС, 2011.

15. Глобус А.М. Агрофизический институт: 75 лет на пути к точному земледелию. - СПб.: Издательство ПИЯФ РАН, 2007.

16. Глобус А.М., Лемешко Н.А., Личман Г.И. и др. Международная школа молодых ученых и специалистов 23-28 сентября 2007 г. "Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства" (сборник лекций). - СПб., 2007.

17. Дринна В.М. Развитие агроинженерной науки и перспективы агротехнологий. - М.: ВИМ, 2012.

18. Заблоцкий В.П. Применение дистанционных методов в сельском хозяйстве // ГИС-обозрение. - 2011. - №2(8).

19. Заблоцкий В.П. Применение космических радиолокационных изображений РСА КА "Алмаз-1" для исследования сельскохозяйственных культур // Исследование Земли из космоса. - 2013. - №2.

20. Иванов И.А., Иванов А.И. Научно-практические основы системы земледелия Северо-Западного района России. - Вешние Луки: Изд. ВГС ХА, 2006.

21. Инструментальные средства и методы в агрофизике. - СПб.: Издательство ПИЯФ РАН, 2007.

22. Информационная система поддержки принятия решений при производстве сельхозпродукции в агропромышленном комплексе // 3-я научно-практическая конференция "Машинные технологии производства продукции в системе точного земледелия и животноводства (16-18 июня 2004 г., Москва). - М.: Издательство ВИМ, 2005.

23. Информационные технологии, информационные измерительные системы в исследовании сельскохозяйственных процессов // Материалы региональной конференции "Агроинфо-2005". - Минск, 2005.

24. Информационные технологии, информационные измерительные системы и приборы в исследованиях сельскохозяйственных процессов106 // Материалы международной конференции "Агроинфо-2008". - Минск, 2008.

25. Каштанов А.Н., Булгаков Д.С., Голованев И.Н., Молчанов Э.Н., Рубцов С.А. Развитие технологий, методов и средств точного земледелия / Под ред. Акад. РАСХН А.Н. Каштанова. - М.: ООО "11-й формат", 2006.

26. Кирвякова А.В. Использование дистанционных съемок для изучения и оценки свойств почв // Аграрная наука. - 2006. - №6.

27. Кирюшин В.И. Точные агротехнологии как высшая форма интенсификации адаптивно-ландшафтного земледелия // Земледелие. - 2004. - №6.

28. Кондратьев К.Я., Козодеров В.В., Федченко П.П. Аэрокосмические исследования почв и растительности. - Л.: Гидрометеоиздат, 2014.

29. Кормановский Л.П. Техника и технологии нового века. Научные труды Всероссийского НИИ механизации сельского хозяйства. - М.: ВИМ, 2014, т. 130.

30. Кормановский Л.П. Точное земледелие - новое направление фундаментальных инженерных исследований // Техника в сельском хозяйстве. - 2009. - №1.



Приложения

Приложение А

Предметный указатель

И

Информационная технология, 4,25

П

Прибыль, 4,8,21

Р

Результат, 6,7,8,11,12,14,21

Т

Точное земледелие, 3,6,11,23,26

Э

Эксперимент, 6,7,9



Приложение Б

Рисунок 1 - Скриншот сайта

Размещено на Allbest.ru

...