Тема: Система точного земледелия

Цель:изучить систему точного земледелия.

Общие сведения: В основе научной концепции точного земледелия лежат представления о существовании неоднородностей в пределах одного поля. Для оценки и детектирования этих неоднородностей используются новейшие технологии, такие как системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС), специальные датчики, аэрофотоснимки и снимки со спутников, а также специальные программы для агроменеджмента на базе геоинформационных систем (ГИС). Собранные данные используются для планирования высева, расчёта норм внесения удобрений и средств защиты растений (СЗР), более точного предсказания урожайности и финансового планирования. Данная концепция требует обязательно принимать во внимание локальные особенности почвы/климатические условия. В отдельных случаях это может позволить легче установить локальные причины болезней или уплотнений.

На среднем западе США точное земледелие ассоциируется не с концепцией устойчивого земледелия (статья об «устойчивом земледелии» на английском), но с мейнстримом в агробизнесе, который стремится максимизировать прибыль, производя затраты только на удобрение тех участков поля, где удобрения действительно необходимы. Следуя этим идеям агропроизводители применяют технологии переменного или дифференцированного внесения удобрений на тех участках поля, которые идентифицированы с помощью GPS-приёмников и где потребность в определённой норме удобрений выявлена агротехнологом при помощи карт агрохимобследования и урожайности.

Поэтому в некоторых участках поля норма внесения или опрыскивания становится меньше средней, происходит перераспределение удобрений в пользу участков, где норма должна быть выше, и, тем самым, оптимизируется внесение удобрений.

Точное земледелие может применяться для улучшения состояния полей и агроменеджмента, по нескольким направлениям:

· агрономическое: с учётом реальных потребностей культуры в удобрениях совершенствуется агропроизводство

· техническое: совершеннее тайм-менеджмент на уровне хозяйства (в том числе, улучшается планирование сельскохозяйственных операций)

· экологическое: сокращается негативное воздействие сельхозпроизводства на окружающую среду (более точная оценка потребностей культуры в азотных удобрениях приводит к ограничению применения и разбрасывания азотных удобрений)

· экономическое: рост производительности и/или сокращение затрат повышают эффективность агробизнеса (в том числе, сокращаются затраты на внесение азотных удобрений)

Электронная запись и хранение истории полевых работ и урожаев может помочь как при последующем принятии решений, так и при составлении специальной отчётности о производственном цикле, которая всё чаще требуется законодательством развитых стран.

Задачи, решаемые системой точного земледелия:

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

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

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

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

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

· 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:

· бортовой компьютер;

· система параллельного вождения и автопилотирования;

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

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

· программное обеспечение для сбора, анализа данных и выдачи данных для бортовых датчиков (карты для точного внесения удобрений или семян);

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

· навигационный приемник;

· дисплей;

· система может комплектоваться подруливающим устройством или автопилотом;

· программное обеспечение;

В Европе до последнего времени использовалась так называемая дифференциальная система позиционирования (ДГСП). На территории, подлежащей контролю, помимо мобильного агрегата выделяется стационарный (неподвижный) объект с координатами, измеренными с геодезической (сантиметровой) точностью, в котором размещается ГСП-приемник – такой же, как и у движущегося объекта, но, как правило, более высокого класса, - и аппаратура на базе мощного компьютера. Так как координаты мобильного объекта при поступлении сигналов от спутников фиксируются с довольно высокой погрешностью (до 100 м), то эти данные нуждаются в корректировке, проводимой с помощью координат стационарной позиции. Путем сравнения определяемых координат контрольной точки с их априорными значениями вычисляется систематическая погрешность, которая может быть отнесена и к движущейся сельскохозяйственной технике. Комплекс устройств, размещенных в контрольной точке, образует так называемую дифференциальную станцию, которая позволяет обеспечивать формирование корректирующей информации для определения местоположения неограниченного количества перемещающихся объектов со среднеквадратичной погрешностью не более 3 м, как правило, в радиусе 50 км.

Сельскохозяйственные навигационные системы могут выдавать данные, которые необходимо будет впоследствии обрабатывать, в том числе и в масштабе реального времени. В первом случае решается только задача сбора топотехнологической информации. Аппаратура для мобильного агрегата выполняется в виде накопителя данных, содержащего ГСП-приемник с вычислителем навигационных определений и малогабаритным блоком энергонезависимой памяти. Затем этот накопитель доставляется на дифференциальную станцию, где данные вводятся в компьютер с хранимыми вычисленными значениями навигационных поправок. С учетом этой корректирующей информации уточняются ранее определенные на агрегате значения его координат и скорости в каждый момент времени. Далее с помощью программ, разработанных с использованием ГИС-пакетов, осуществляется привязка значений технологических параметров к координатам поля. Результирующая информация представляется в виде топотехнологических карт по каждому регистрируемому технологическому параметру или в табличной форме.

Для ввода данных, как правило, разрабатывается словарь, который определяет структуру имен файлов в соответствии с их содержанием. Файлы организованы в виде базы данных и сохраняются в нормальной форме Directory/File structure. В связи с тем, что пространственные данные должны подвергаться непосредственному визуальному анализу, для этой цели установлены правила представления карт. Однако для всех работающих в этой области специалистов очевиден тот факт, что методология интеграции и практического применения пространственных и временных данных развита недостаточно и требует дальнейшего развития.

Для повышения эффективности применения систем глобального позиционирования ученые проводят исследования в направлении повышения точности определения координат, надежности, расширения сфер применения. Точность приемников сигналов GPS зависит от следующих факторов:

· правильности установки;

· используемой технологии изготовления приемников;

· погрешности, обусловленной несовершенством спутниковых систем;

· состояния атмосферы;

· точности дифференцированного сигнала в случае DGPS.

Ведутся исследования по использованию приемников GPS для вождения агрегатов для внесения удобрений и применения средств защиты по заданному курсу. Имеется и много других преимуществ нового способа вождения с.-х. машин (способность выполнения операций в ночное время, вождение машин-удобрителей с центробежными дисками, осуществление подкормки посевов).

Порядок выполнения практической работы:Провести сравнительный анализ по качеству проведения агротехнических мероприятий при помощи с/х техники обеспеченной GPS навигацией и без оснащения GPS.

Форма отчета:устный опрос, мини-тест.

Вопросы к защите практической работы. Дать понятие системе точного земледелия. Какие цели преследует система точного земледелия. Какие функции выполняет система точного земледелия.