Ефективність упровадження систем точного землеробства в аграрних підприємствах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ефективність упровадження систем точного землеробства в аграрних підприємствах

Копішинська О.П.

Маренич М.М.

Уткін Ю.В.

Анотації

У статті проаналізовано функціональні можливості та призначення окремих складників систем точного землеробства, зокрема досліджено переваги застосування систем паралельного водіння порівняно з традиційними методами обробітку полів на різних етапах вирощування культур за рахунок зменшення ширини зон перекриття. Шляхом моделювання низки виробничих процесів передпосівної обробки поля площею 1 000 га здійснено оцінку ефективності систем точного землеробства на прикладі усереднених даних реальних господарств. Отримано результати, які демонструють наявність стійкого економічного ефекту під час застосування навіть окремих елементів точного землеробства та короткий період окупності технічних та програмних засобів, які необхідно впровадити на першому етапі. землеробство поле водіння

Ключові слова: інформаційні технології, точне землеробство, моделювання технологічних операцій, паралельне водіння, GPS-контроль, зони перекриття.

Копишинская Е.П., Маренич Н.Н., Уткин Ю.В. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В АГРАРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

В статье проанализированы функциональные возможности и назначение отдельных элементов систем точного земледелия, в частности исследованы преимущества применения систем параллельного вождения по сравнению с традиционными методами обработки полей на разных этапах выращивания культур за счет уменьшения ширины зон перекрытия. Путем моделирования ряда производственных процессов предпосевной обработки поля площадью 1 000 га осуществлена оценка эффективности систем точного земледелия на примере усредненных данных реальных хозяйств. Полученные результаты демонстрируют наличие устойчивого экономического эффекта при применении даже отдельных элементов точного земледелия и короткий период окупаемости технических и программных средств, которые необходимо внедрить на первом этапе.

Ключевые слова: информационные технологии, точное земледелие, моделирование технологических процессов, параллельное вождение, GPS-контроль, зоны перекрытия.

Kopishynska Olena, Marenych Mykola, Utkin Yurii. EFFECTIVENESS OF PRECISION FARMING INFORMATION SYSTEMS IMPLEMENTATION IN AGRARIAN ENTERPRISES

The article is devoted to investigating of the advantages of applying precision farming systems and to determining their economic efficiency in comparison with traditional methods of field cultivation. The urgency of this topic was confirmed on the basis of the analysis of a number of native and foreign publications which reveals the essence of precision farming technologies and describes the experience of implementing precision farming systems in different countries. The economic and system structural analysis as well as series of calculations were conducted based on the simulation of the most common technological operations of pre-planting soil cultivation. The main advantages of using parallel driving systems in comparison with traditional methods of field processing at different stages of cultivating crops due to the reduction of the width of overlap areas at least 15 cm at each run of the power machine are investigated. Such results can be achieved through the implementation of GPS monitoring, the use of RTK stations and autopilot, especially in the dark. By modeling a number of production processes of pre-sowing field treatment on the example of a conditional field of 1000 hectare an estimation of the economic efficiency of precision farming systems was made. Averaged data of real enterprises in the Poltava region (Ukraine) during sunflower cultivation was used for economic efficiency assessment. The obtained results demonstrate a sustainable economic effect in the application of even individual elements of precision farming and a short payback period of technical and software tools that need to be implemented in the first stage. The theoretical and economic considerations mentioned in the article can be easily transformed for farms of different sizes and can become additional arguments in favor of the introduction of precision farming systems in general and parallel driving systems in particular in various agrarian enterprises of Ukraine.

Keywords: formation technology, precision farming, simulation of technological processes, parallel driving, GPS monitoring, overlapping zones.

Постановка проблеми. В останні десятиріччя галузь рослинництва сільського господарства України демонструє досить активний розвиток у напрямі збільшення врожайності провідних культур, що реалізуються на внутрішньому та зовнішньому ринках. Разом із тим інтенсифікація виробництва, превалювання в структурах сівозмін культур, що виснажують землі, поступово призводять до значного зниження родючості найкращих українських ґрунтів, зменшення вмісту гумусу та порушення їхньої структури. Внесення добрив та рекультивація земель уже не дають таких приростів урожаю, як це було раніше. Собівартість продукції постійно збільшується. Тому в сучасних умовах розвиток аграрного виробництва неможливий без упровадження інноваційних технологій для його здійснення. Застосування систем, що засновані на використанні інформаційних технологій у галузі рослинництва, дає позитивні економічні результати: моніторинг використання техніки та паливно-мастильних матеріалів, контроль внесення добрив, засобів захисту рослин та посівного матеріалу забезпечують раціональне використання ресурсів. Системи так званого точного землеробства, що швидкими темпами поширюються в провідних країнах світу, поступово впроваджуються і в Україні. Однак відсоток господарств, які перейшли на нові технології аграрного виробництва, не задовольняє сучасних потреб. Для забезпечення максимального прибутку необхідний комплексний підхід, що полягає у поступовому впровадженні технології на кожному з етапів - від організації і ведення польових робіт до збуту готової продукції.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. У глобальному інформаційному просторі інтерес до теми точного землеробства невпинно зростає. Глибокий аналіз змісту різних визначень точного землеробства (precision agriculture), а також тенденцій, форм і перспектив його впровадження у більшості країн світу подано в роботах провідних зарубіжних авторів П. Роберта, Р. Планта, МакБретні та ін. [1-3]. Детальний опис технологічних засобів точного землеробства, економічних та екологічних аспектів його впровадження, а також перспективний план підтримки фермерів Європейського Союзу на період 2014-2020 рр. викладено в колективній роботі, підготовленій Комітетом Європейського Парламенту з питань розвитку сільського господарства та сільських територій [4]. Великий науковий та організаційний внесок у популяризацію ідей точного землеробства здійснює Міжнародна спілка точного землеробства (ISPA) - наукова організація, яка бере початок від засновників ідеї точного землеробства в штаті Міннесота (США) з 90-х років [5]. У роботах [6; 7] також наведено експериментально отримані показники економії пального за рахунок авто- пілотування комбайнів і тракторів, а також економії добрив за автоматично розрахованого точного внесення. У публікації відомого Інтернет-видання зроблено спробу сформувати відповідь на дискусійне питання про необхідність чи престижність точного землеробства та названо найбільш поширені засоби (пристрої), які є технічною основою відповідних етапів упровадження систем точного землеробства [8]. Експериментально отримані дані з економії та ефективності розумного землеробства узагальнено та наведено в роботі [9]. Цікава стаття про досвід США показує реальні цифри і дає змогу зрозуміти всю важливість нових технологій, розкриваючи всі тонкощі системи, а також, беззаперечно, доносить основну ідею. Загалом одним із результатів вивчення досвіду практичного застосування інновацій у сільському господарстві є виокремлення для кожного господарюючого суб'єкта та об'єкта тих послуг і технологій, що дійсно працюють.

Мета статті полягає у дослідженні переваг застосування систем точного землеробства та визначенні їх ефективності порівняно з традиційними методами в рослинництві шляхом моделювання низки виробничих процесів на прикладі усереднених даних реальних господарств.

Виклад матеріалу дослідження та його основні результати. Проведене в даній роботі дослідження показує, що більшої ефективності аграрного виробництва можна досягти завдяки використанню якісно нових технологій рільництва, що входять до систем точного землеробства. Точне землеробство (у зарубіжних публікаціях аналогічними є терміни prйcision farming, prйcision agriculture, smart farming) визначається як концепція впровадження технологій у рільництво на основі ґрунтових картографічних одиниць, використання точних дистанційних даних - знімків супутника чи дрона, а також використання технологій для обробки цих даних [10]. На основі аналізу даних із багатьох інформаційних джерел можна виділити найпоширеніші засоби точного землеробства.

По-перше, GPS-обладнання (навігатор, приймач, модуль) - пристрої, що взаємодіють із космічним супутником, визначаючи точне розташування на Землі будь- якого предмета: трактора, сівалки, окремої рослини.

По-друге, RTK-станція, яка приймає сигнал із космічного супутника, уточнює його, посилює і прив'язує до конкретної місцевості з високим ступенем точності: ± 2 см. Така станція є особливо необхідною під час роботи за технологіями no-till та strip-till. Радіус дії сигналу RTK-станції - до 50 км, в якому одночасно можуть працювати до 300 транспортних засобів.

По-третє, системи паралельного водіння - курсопокажчики, автопілоти, що допомагають досягти точності пересування техніки полями: рухатися з мінімальними перекриттями або без них, чітко об'їжджати перешкоди, сіяти й збирати по технічних коліях.

По-четверте, N-Sensor - датчик, що визначає потребу рослин в азоті під час руху трактора полем, дає змогу змінювати дозу внесення добрива, взаємодіючи з розкидачем або оприскувачем.

По-п'яте, квадрокоптер (дрон) - керований із землі літальний апарат, який може вести аерофотозйомку, стежити за тваринами, локально вносити добрива та ЗЗР.

На завершення переліку - комп'ютерна програма для менеджера (аграрний офіс), яка дає змогу аналізувати управлінський і бухгалтерський облік, вести планування, контроль та аналіз поля, історію сівозмін, вегетації рослин, фінансові розрахунки й облік кадрів.

В Україні вже є достатньо прикладів поетапної реалізації впровадження всіх названих складників системи точного землеробства [11]. Однак, зважаючи на великі розбіжності розмірів аграрних підприємств (від сотень гектарів земельного банку до десятків тисяч), відмінні природні та інші умови, можна почати впровадження в практику сільськогосподарського виробництва сучасних наукових розробок у галузі інформаційних технологій та мікропроцесорної техніки з окремих складників. Найпростішим і цілком доступним елементом точного землеробства, який можна використовувати в будь-якому господарстві, є навігаційні прилади паралельного водіння агрегатів. Усе більше господарств України мають можливість оцінити переваги такої техніки під час виконання польових робіт.

Для визначення показників ефективності впровадження системи паралельного водіння було проведено розрахунки на прикладі моделювання низки технологічних операцій із підготовчих робіт для посіву соняшника на насіння з використанням усереднених експериментальних даних, отриманих із декількох підприємств Полтавської області (найпоширеніші марки енергомашин та навісного обладнання, витрати пального, добрив, гербіцидів на 1 га і т. ін.). Розрахунки проведено для площі 1 000 га. Для зручності моделювання вважатимемо, що поле має форму прямокутника зі сторонами 1 тис. м та 10 тис. м. У процесі модельного експерименту розглянуто результати роботи енергомашини МТЗ-1025 із різним набором агрегатів, але у першому випадку без системи паралельного водіння, а в другому - використовуючи дану систему. Під час модельного експерименту за порівняння площ перекриття та кількості гонів не враховувалася довжина розвороту агрегату поза межами поля. Для виконання різних технологічних операцій розглядаються технічні характеристики відповідного навісного та причіпного обладнання. Визначення ефективності застосування систем паралельного водіння проводилося для таких технологічних операцій, як: