что такое прецизионное земледелие
Что такое точное земледелие
Aggeek отвечает на основные вопросы о точном земледелии.
Точное земледелие — что это?
Точное земледелие (или прецизионное — от precision agriculture) — это комплексный подход к управлению продуктивностью почвы с применением компьютерных и спутниковых технологий. А именно: глобального позиционирования GPS, оценки урожайности YMT (Yield Monitor Technologies), географической информационной системы GIS, дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), переменного нормирования VRT (Variable Rate Technology) и других. Такое земледелие основано на учете дифференцированности среды обитания посевов в пределах одного поля.
Точное земледелие — это спутниковые технологии и компьютеры. Источник: agronews.com
Хорошо, так а суть в чем?
Если говорить кратко, точное земледелие — это управление урожайностью на каждом отдельном участке посевной площади. Ведь условия для развития растений в разных местах одного и того же поля подобные, но не одинаковые. С помощью спутниковой съемки и других современных технологий по каждому участку можно определить реальные потребности всходов в удобрениях, поливе и прочем. После чего — удовлетворить эти потребности, управляя агрегатом с компьютерной точностью. В результате эффект получится максимальным, а расход веществ — оптимальным.
Поля разбиты на единичные участки. Источник: сельхозпортал
Точное земледелие не следует путать с инновационными приемами обработки почвы. Это не просто очередная технология, предусматривающая какой-то определенный перечень технического оборудования и методических рекомендаций. Это общая концепция. Она заключается в использовании разных технологий: GPS, подробного картографирования, параллельного вождения и других. Их можно применять все сразу либо лишь некоторые, на усмотрение руководства. Главное — выполнение поставленных задач и достижение запланированного эффекта.
Зачем это нужно?
А есть ли вообще необходимость во внедрении точного земледелия? На полях сейчас работают высокопроизводительные машины, селекционеры выводят новые сорта, в агрофирмах осваиваются передовые технологии. Разве этого недостаточно? К сожалению, нет.
Принципы работы сельского хозяйства аналогичны законам любого другого бизнеса. Эффективность достигается за счет повышения производительности труда и снижения себестоимости продукции. На рубеже XX-XXI вв. поставленные цели достигаются при помощи таких классических инструментов:
Актуальность перечисленных инструментов не оспаривается. Речь не идет о том, чтобы от них отказаться. Вопрос в другом. Все они, за исключением, пожалуй, только новых технологий (ноу-тилл, мини-тилл, стрип-тилл), при современном уровне развития науки работают «на пределе». Цены на технику, семена, удобрения и СЗР постоянно растут.
Чтобы решить проблему интенсификации агропроизводства, указанный список можно дополнить новыми инструментами, прежде недоступными. Это компьютерные и спутниковые системы. Вот их-то и предлагается использовать для серьезного улучшения результатов труда.
Что лежит в основе такой системы?
Точное земледелие основывается на применении максимально детализированных по участкам и характеристикам карт полей. Имеющиеся кадастровые карты дают мало полезной информации, определяя в основном границы поля на местности. А ведь нужны еще сведения об уровне влажности почвы (в том числе УГВ), химическом составе, преобладающих ветрах, угле наклона поверхности, количестве солнечного излучения, наличии естественных и искусственных объектов и расстояния до них (водоемы, леса, дороги, предприятия и прочее). Чем подробнее получается карта, чем больше факторов в ней учтено, тем точнее будут работать компьютерные и спутниковые технологии. И тем быстрее и эффективнее можно вносить изменения в производственный процесс.
Есть разные методики составления подобных карт. Со спутников получается необходимая информация, на местности берутся пробы грунта, по каждому участку выполняется общий анализ. Карты составляются на компьютере и совмещаются с прочим оборудованием.
Результат работы программы по получению растровых или векторных данных. Источник: zoner.bayer.com
Затем на основе имеющихся электронных карт прописываются точные рекомендации. В них по каждому участку указывается, сколько надо внести семян, воды, удобрений. Эти инструкции загружаются в бортовой компьютер выезжающей в поле сельхозмашины.
Во время работы агрегата участие в процессе человека (механизатора) сводится к минимуму. В основном он контролирует, правильно ли машина выполняет инструкции. Техника, ведомая спутниковой навигацией, движется по полю, вносит в грунт семена и удобрения, регулируя их количество на каждом участке согласно полученным рекомендациям. Благодаря GPS курс прокладывается так, чтобы исключить накладки или просветы между обработанными полосами. Это называется системой параллельного вождения.
Количество вносимых препаратов строго определено для каждого участка поля. Источник: www.deere.ru
Насколько система параллельного вождения точна? В чем ее эффективность?
Параллельное вождение — это движение сельскохозяйственной машины по GPS-сигналу. Если используется бесплатный канал, то точность курса будет равна 30 см. Если платный — то 2,5 см. В последнем случае площадь участков, обработанных дважды (накладки) или совсем не обработанных (просветы), значительно уменьшается. Кроме того, сокращается ширина полосы разворота и длина холостого хода. В результате расход топлива, удобрений и семян снижается до 20%
ПО и приборы для техники точного земледелия. Источник: Phys.org
Важен еще один фактор. Во время опрыскивания при «обычном» вождении механизатор, стараясь работать без огрехов, нередко проходит по соседним полосам с перекрытием, как показывает практика, шириной от 0,5 м до 1,5 м. По разным оценкам, «нахлест» составляет от 5 до 15% площади поля. Это значительно повышает фитологическую токсичность внесенных химикатов и снижает качество продукции. Использование GPS-навигации сводит двойную обработку к минимуму, фактически устраняя данный недостаток.
Возможность выполнять механизированные работы (пахота, культивация, внесение удобрений, посев, уборка) с минимумом «лишних» движений — это не единственное преимущество данной системы. Она позволяет работать ночью так же точно и эффективно, как днем. Это очень важно в годы с неблагоприятными погодными условиями, когда для выезда в поле выпадает несколько подходящих дней и в буквальном смысле слова нельзя терять ни единого часа.
Система параллельного вождения является наиболее популярным элементом точного земледелия по двум причинам. Во-первых, она не требует больших капиталовложений. Окупается за один-два года. Во-вторых, она достаточно простая в технологическом отношении.
Какие технологии применяются в системе точного земледелия?
Описанные выше подробное картографирование и параллельное вождение — это тоже технологии, притом самые распространенные. О прочих можно сказать, что к точному земледелию относятся фактически все технологии, которые основаны на использовании спутниковых и компьютерных систем и применяются для оптимизации расхода ресурсов.
Наиболее популярны следующие:
GPS-мониторинг. При помощи спутниковой навигации можно не только организовать параллельное вождение. Она хорошо подходит для того, чтобы в любой момент определить местоположение сельскохозяйственной машины. Достаточно смонтировать GPS-маяки на весь служебный и технологический транспорт. После этого можно легко контролировать, не расходуют ли водители и трактористы топливо предприятия для поездок по личным делам.
Орошение. Нередко агрофирмы сталкиваются с тем, что в нужное время поливной воды не хватает в достаточном количестве. Благодаря современным технологиям влажность почвы контролируется 24 часа в сутки. Автоматизированная техника дает возможность поливать только критичные участки. В результате вносится столько воды, сколько необходимо. Это более эффективно, чем заливать все поле по графику.
Датчики. Если на полях разместить беспроводные датчики, то контроль важнейших характеристик, таких как влажность почвы, состояние посевов и другие, можно выполнять удаленно в реальном времени. В результате специалисту не нужно каждый день ездить по полям, расходуя топливо и рабочее время. Кроме того, реакция на любые изменения становится более оперативной.
Мобильные гаджеты. В сельском хозяйстве надо широко применять планшеты, смартфоны и прочие девайсы. После инсталляции специальных приложений с их помощью можно, выезжая в поле, сразу отследить состояние грунта и растений, после чего на месте провести первичный анализ.
Ноутбук — помощник агронома. Источник: www.dsnews.ua
Технология SMART («облака»). Правильная постановка «умной» цели позволяет объединить в общую информационную систему все основные объекты, такие как здания, оборудование, техника. После этого их работу и состояние можно не только контролировать из единого центра — таким образом ими можно даже частично управлять.
Роботизация. Чем дальше развиваются технологии, тем больше появляется машин, способных работать самостоятельно, без постоянного контроля со стороны оператора. Подобные системы уже разработаны практически для всех основных этапов растениеводства: посева, уборки, полива, внесения удобрений.
Агродрон обследует состояние поля. Источник: agropolit.com
В чем достоинства точного земледелия?
А недостатки?
Нетрудно заметить, что перечисленные недостатки являются, скорее, не столько базовыми минусами, сколько проблемами роста. Они не становятся непреодолимым препятствием для тех, кто понимает, что за точным земледелием будущее. И кто раньше его освоит, тот получит преимущества в борьбе за рынок сбыта.
Точное земледелие: принцип работы и и перспективы
Современный мир, каким мы его знаем, во многом стал возможен благодаря революции в сельском хозяйстве. Технологический прогресс многократно повысил производительность труда в этой отрасли, и теперь достаточно небольшой процент людей занятых в сельском хозяйстве способен прокормить все население планеты. Однако прогресс не стоит на месте, и находятся новые методики повышения эффективности отрасли. Одной из самых актуальных технологий современности явля6ется точное земледелие.
Что такое точное земледелие?
Современное сельское хозяйство работает по тем же принципам, что и любой бизнес — постоянное стремление снижать себестоимость единицы продукции и повышать производительность в расчете на единицу затраченных ресурсов.
На протяжение всего XX века достигать этих целей позволял классический инструментарий — использование все более:
Сегодня эти инструменты по-прежнему актуальны, но их потенциал практически достиг предела, возможного при современном уровне технологий. В то же время появились новые инструменты, недоступные прежде. В частности спутниковые и компьютерные технологии, ставшие общедоступными.
Точное земледелие — это система управления продуктивностью посевов, основанная на использовании комплекса спутниковых и компьютерных технологий. Вместо того, чтобы пахать, сеять, вносить удобрения «на глаз», как это делалось на протяжении всей предыдущей истории сельского хозяйства, сегодня фермеры могут точно рассчитать количество семян, удобрений и других ресурсов для каждого участка поля с точностью до метра.
После того как на основе спутниковых и лабораторных данных составляется точная карта поля с указанием характеристик каждого его участка, фермер получает возможность более рационально распределять ресурсы между ними. Таким образом, удается избежать перерасхода ресурсов там, где они прежде использовались в избытке, и повысить продуктивность тех участков поля, которые ранее недополучали в удобрениях, вспашке или поливе.
При достаточно большом масштабе такой подход позволяет снизить расходы на производство единицы продукции и повысить отдачу с каждого квадратного метра земли. Кроме того, эта технология открывает дополнительные возможности для повышения качества продукции и в глобальном масштабе снижает нагрузку на окружающую среду.
Система точного земледелия — это не строго определенный набор методик и технических средств, а, скорее, общая концепция, основанная на использовании технологий спутникового позиционирования (GPS), геоинформационных систем (GIS), точного картографирования полей и др.
Принцип работы системы точного земледелия
Точное земледелие это множество отдельных технологий, необходимость внедрения которых определяется на усмотрение собственников и руководителей агропредприятия. То есть можно использовать как все технологии сразу, так и лишь некоторые, эффект от которых будет наиболее значительным для данного предприятия.
В основе всей системы точного земледелия лежит использование точных карт полей со всеми их характеристиками. Разумеется, для каждого поля и так существуют кадастровые карты, определяющие его границы на местности. Однако эти карты практически не дают никакой полезной информации в рамках производственного процесса агропредприятия.
Помимо границ участков нужны точные данные о химическом составе почвы, уровне ее влажности (в том числе глубине подземных вод), количестве получаемой солнечной радиации, углу наклона относительно горизонта, преобладающих ветрах, наличии по близости значимых природных и других объектов (лесов, водоемов, промышленных предприятий, жилых домов, дорог и т.п.). Чем больше факторов учтено и чем подробнее карта, тем точнее можно использовать спутниковые и компьютерные технологии точного земледелия, тем адекватнее и оперативнее можно корректировать производственный процесс.
Составление карт осуществляется различными методиками. Это и взятие проб грунта с дальнейшим проведением лабораторных анализов, и получение информации со спутников, и общий научный анализ каждого участка. Разумеется, карты составляются не на бумаге, а в электронном виде с помощью специальных компьютерных программ, которые интегрируют их с остальным оборудованием.
На основе электронных карт создаются точные инструкции по количеству удобрений, семян, воды, которые нужно внести на каждый участок поля. Эти инструкции загружаются в компьютеризированную сельхозтехнику, выходящую в поле. Далее машина обрабатывает поле с минимальным участием человека, который просто контролирует правильность исполнения этих инструкций. Руководствуясь инструкциями и ведомая с помощью спутниковой навигации, машина сама регулирует количество вносимых удобрений и семян на каждом участке поля. При этом исключаются просветы и нахлесты между обработанными участками.
Система параллельного вождения
Одной из самых доступных и в то же время самых популярных технологий точного земледелия является система параллельного вождения. Она требует гораздо меньше затрат на внедрение, чем другие, а эффект заметен сразу.
Данная система позволяет проводить полевые работы (вспашка, культивация, сев, внесение удобрений, уборка урожая) с максимальной точностью и минимумом «ненужных» движений. Также важным ее преимуществом является возможность обработки поля ночью с той же эффективностью и точностью, что и днем. Значение такой возможности трудно переоценить, когда из-за неблагоприятных погодных условий для проведения полевых работ есть небольшое «окно» в 2-3 дня, из которых нельзя терять буквально ни одного часа.
Система параллельного вождения основана на использовании сигнала спутниковой навигации. При этом, если использовать бесплатный GPS-сигнал, движение сельхозтехники по полю осуществляется с точностью до 30 см. При работе с платным сигналом точность доходит до 2,5 см. Используя платный сигнал, можно радикально сократить площадь пропущенных (необработанных) или дважды обработанных участков поля. Также сокращается длина холостого хода техники и ширина разворотной полосы. В целом сильно снижается (до 20%) удельное количество используемых ресурсов — топлива, семян, удобрений.
Преимуществом системы параллельного вождения является то, что она не требует таких высоких затрат, как другие элементы точного земледелия (например, не нужно составлять подробные карты полей). К тому же она технологически более простая и доступная. При этом система очень быстро окупается — буквально за один-два сезона.
Другие популярные технологии точного земледелия
Как уже было сказано, точное земледелие в сельском хозяйстве — это общая концепция, подход к управлению производственным процессом, а не перечень из нескольких конкретных технологий. По большому счету, к точному земледелию можно отнести все технологии и системы, основанные на компьютерных и спутниковых системах и призванные рационализировать и оптимизировать использование сырья и ресурсов.
Помимо системы параллельного вождения и картографирования полей, о которых мы уже рассказали, стоит упомянуть еще несколько популярных технологий данного направления:
Использовать эти и другие технологии можно как по отдельности, так и в комплексе. Всё зависит от финансовых возможностей предприятия и проблем, которые стоят наиболее остро перед ним.
Преимущества и недостатки точного земледелия
Отчасти мы уже рассказали о том, какие преимущества несет в себе использование технологий точного земледелия. Если резюмировать, то список достоинств данной системы выглядит так:
Однако на пути внедрения данных технологий стоит несколько препятствий, которые с определенной долей условности можно назвать недостатками. Особенно актуальны эти проблемы точного земледелия в России:
И всё же эти недостатки нельзя считать существенной причиной для отказа от использования точного земледелия в принципе. Очевидно, что за ним будущее, и те предприятия, которые раньше освоят данные технологии, получат существенные преимущества в конкурентной борьбе за рынки сбыта своей продукции.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Обзор
Первая волна революции в области точного земледелия пришлась на формы спутниковых и аэрофотоснимков, прогнозов погоды, внесения удобрений с переменной нормой внесения удобрений и показателей здоровья сельскохозяйственных культур. Вторая волна объединяет машинные данные для еще более точных данных о посадке, топографическом картировании и почвенных данных.
Точное земледелие направлено на оптимизацию управления на уровне поля в отношении:
Точное земледелие также предоставляет фермерам обширную информацию для:
Предписательная посадка
Принципы
Геолокация
Геолокация поля позволяет фермеру накладывать информацию, полученную в результате анализа почвы и остаточного азота, и информацию о предыдущих культурах и удельном сопротивлении почвы. Геолокация осуществляется двумя способами
Переменные
Стратегии
Важно понимать, почему технология PA применяется или не применяется: «для того, чтобы произошло внедрение технологии PA, фермер должен воспринимать эту технологию как полезную и простую в использовании. Достаточно иметь положительные внешние данные об экономических преимуществах PA. технологии в восприятии фермеров должны отражать эти экономические соображения ».
Практики внедрения
В точном земледелии используются технологии на сельскохозяйственном оборудовании (например, тракторах, опрыскивателях, комбайнах и т. Д.):
Использование по всему миру
Концепция точного земледелия впервые появилась в США в начале 1980-х годов. В 1985 году исследователи из Миннесотского университета изменили количество извести на полях. Также в это время появилась практика выборки по сетке (применение фиксированной сетки из одной выборки на гектар). К концу 1980-х годов этот метод использовался для создания первых карт рекомендаций по внесению удобрений и поправок на pH. С тех пор использование датчиков урожайности, разработанных на основе новых технологий, в сочетании с появлением GPS-приемников, становится все более популярным. Сегодня такие системы охватывают несколько миллионов гектаров.
На Среднем Западе Америки (США) это связано не с устойчивым сельским хозяйством, а с основными фермерами, которые пытаются максимизировать прибыль, тратя деньги только в тех областях, где требуются удобрения. Эта практика позволяет фермеру изменять норму внесения удобрений по полю в соответствии с потребностями, определенными с помощью сетки или зонального отбора проб с помощью GPS. Удобрение, которое было бы внесено в ненужные участки, можно вносить в нужные участки, тем самым оптимизируя его использование.
Одна треть мирового населения по-прежнему зарабатывает себе на жизнь сельским хозяйством. Хотя более совершенные технологии точного земледелия требуют крупных первоначальных инвестиций, фермеры в развивающихся странах извлекают выгоду из мобильных технологий. Эта услуга помогает фермерам осуществлять мобильные платежи и квитанции для повышения эффективности. Например, 30 000 фермеров в Танзании используют мобильные телефоны для заключения контрактов, платежей, займов и организации бизнеса.
Экономические и экологические преимущества точного земледелия также были подтверждены в Китае, но Китай отстает от таких стран, как Европа и США, потому что китайская сельскохозяйственная система характеризуется небольшими семейными фермами, что делает уровень внедрения точное земледелие ниже, чем в других странах. Поэтому Китай пытается лучше внедрить технологии точного земледелия в своей стране и снизить некоторые риски, прокладывая путь китайским технологиям для развития точного земледелия в будущем.
Экономические и экологические последствия
Точное земледелие, как следует из названия, означает внесение точного и правильного количества материалов, таких как вода, удобрения, пестициды и т. Д., В нужное время для повышения урожайности и увеличения урожайности. Методы точного управления земледелием могут значительно снизить количество используемых питательных веществ и других сельскохозяйственных культур, одновременно повышая урожайность. Таким образом, фермеры окупаются за счет экономии на воде, пестицидах и удобрениях.
В статье 2013 года была сделана попытка показать, что точное земледелие может помочь фермерам в развивающихся странах, таких как Индия.
Точное земледелие снижает нагрузку на окружающую среду в сельском хозяйстве за счет повышения эффективности машин и их ввода в эксплуатацию. Например, использование устройств дистанционного управления, таких как GPS, снижает расход топлива для сельского хозяйства, в то время как внесение питательных веществ или пестицидов с переменной скоростью может потенциально сократить использование этих вводимых ресурсов, тем самым снижая затраты и уменьшая вредный сток в водные пути.
Новые технологии
Роботы
Дроны и спутниковые снимки
Интернет вещей
В качестве другого примера можно использовать технологию мониторинга, чтобы сделать пчеловодство более эффективным. Медоносные пчелы имеют значительную экономическую ценность и обеспечивают жизненно важную услугу для сельского хозяйства, опыляя различные культуры. Мониторинг здоровья пчелиной семьи с помощью беспроводных датчиков температуры, влажности и CO2 помогает повысить продуктивность пчел и считывать ранние предупреждения в данных, которые могут угрожать самому выживанию всего улья.
Приложения для смартфонов
Приложения для смартфонов и планшетов становятся все более популярными в точном земледелии. Смартфоны поставляются с уже установленным множеством полезных приложений, включая камеру, микрофон, GPS и акселерометр. Существуют также приложения, предназначенные для различных сельскохозяйственных приложений, таких как картографирование полей, слежение за животными, получение информации о погоде и урожае и многое другое. Они легко переносимы, доступны по цене и обладают высокой вычислительной мощностью.
Машинное обучение
Конференции
Смотрите также
Примечания
внешние ссылки
СМИ, связанные с точным земледелием, на Викискладе?