![header](/bitrix/templates/test/images/logo.png)
![]() |
|||||||||||||||||||
Основы проектирования информационной технологии дифференцированного воздействия на почву и растения в системе точного земледелия
Личман Г.И. д.т.н., ГНУ ВИМ Россельхозакадемии Личман А.А. к.э.н., ВИАПИ им.А.А. Никонова Россельхозакадемии
Мы живем в революционное время. Приблизительно до 1984 года, промышленность больше всего инвестировала свой капитал в средства механизации. В середине 80-х количество денег, затрачиваемых на компьютеры и информационные технологии, превысило количество денег затрачиваемых на приобретение средств механизации. Определение для рынка информационных технологий следующее: "бизнес, правительство, простые граждане, образование должны тратить деньги на приобретение компьютеров, математического обеспечения и сервиса компьютерного оборудования". Европейская Обсерватория Информационных Технологий (ЕОИТ) и другие организации к информационным технологиям добавили еще и коммуникацию. Поэтому сейчас вместо информационной технологии (ИТ) широко используется термин Информационные и коммуникационные технологии (ИКТ). Многие ученые считают, что сельское хозяйство является гигантским потребителем ИКТ и электронных технологий. Ожидается, что в ближайшем будущем оно получит огромную выгоду от принятия этой технологии. В настоящее время главной целью сельскохозяйственного производства является совершенствование технологий и технических средств. Целью ближайшего будущего является снижение энергоресурсов и повышение качества выполнения технологических процессов. Решающим фактором для дальнейшего успешного развития сельского хозяйства является: совершенствование законодательства, стандартизации на национальном и международном уровнях, а также использование информационных технологий в сельскохозяйственном производстве и других областях исследований [1]. В точном земледелии для выполнения технологических процессов производства сельскохозяйственной продукции широко применяются информационные технологии, GPS, GIS [2]. Цель точного земледелия повысить эффективность технологических операций, качество сельскохозяйственной продукции посредством компенсации потерь, обусловленных пестротой плодородия почвы. Вопросами оптимального использования ресурсов без учета временной и пространственной изменчивости показателей (животноводство, тепличные хозяйства) или возделывание сельскохозяйственных культур по усредненным показателям ученые занимаются уже более 20 лет. Например, гидропоника позволяет оптимально использовать воду и элементы питания. Поэтому не следует обвинять сельское хозяйство в том, что оно было не "точным" до того момента, когда была изобретена GPS. Правдой является то, что с появлением GPS, электроники и Геоинформационных систем (ГИС) появилась возможность думать о том, как расширить понятие "точное" земледелие на системы с большой временной и пространственной изменчивостью. Поэтому будет более правильным вместо "точное" земледелие (Precision Agriculture) использовать термин "сельскохозяйственное производство, учитывающее временную и пространственную изменчивость параметров плодородия " (site-specific farming). Основными этапами при проектировании информационной технологии дифференцированного воздействия на почву и растения в системе точного земледелия являются: - определение цели; - формулировка задач, которые необходимо решить, чтобы достичь поставленной цели; - определение исходной информации, которая потребуется для решения поставленных задач; - определение инструментария необходимого для получения информации, обработки и ее и интерпретации; - определение требований, необходимых для реализации технологии; - проведение инвентаризации человеческих, физических и информационных ресурсов, имеющихся в наличии; - осуществление соответствующих приготовлений, необходимых для выполнения технологии; - сбор и анализ дополнительных данных, необходимых для реализации проекта; - внесение изменений в план реализации технологии после анализа полученных данных; - реализация измененного плана; повторение процесса. Успешная реализация технологии дифференцированного применения удобрений в системе координатного земледелия возможна при системном подходе к решению проблемы. Первым шагом является определение целей, которые должны быть достигнуты. При формулировке целей необходимо учитывать производственные, экономические и экологические условия. Цели должны быть дифференцированы, реалистичны, и соответствовать возможностям хозяйства и уровню профессионализма его управленческого персонала [3]. При проектировании технологии необходимо принимать во внимание множество факторов, включая рациональное соотношение между ожидаемой прибылью и требованиями к охране окружающей среды, возможные риски. Наиболее типичными среди них являются: 1. Получение максимума урожая, не принимая во внимание существующие ограничения. Такая цель достигается максимизацией урожайности на каждом участке поля с учетом программируемого урожая. 2. Максимизация прибыли. В этом случае проводят оптимизацию доз внесения удобрений с учетом их стоимости и ожидаемой прибыли. Такой подход более разумный, так как учитывает основные причины, вызывающие пестроту распределения питательных элементов в почве и затраты, связанные с их устранением. Рассматриваются проблемы, связанные с наличием участков с низкой урожайностью. При максимизации урожая большее количество удобрений должно быть внесено с целью повышения урожайности. Это может быть эффективно лишь в том случае, когда недостаток питательных элементов является лимитирующим фактором. Если же лимитирующими факторами являются, например, уплотнение почвы, или близость грунтовых вод, то такой подход приведет к бесполезной трате удобрений. При максимизации прибыли дозы внесения удобрений на мало плодородные участки уменьшают. Такой подход повышает эффективность производства и снижает отрицательное воздействие на окружающую среду. 3. При возмещении питательных элементов удобрения вносят на участки в строгом соответствии с количеством питательных элементов, вынесенных с урожаем предшествующей культуры. Дозы внесения удобрений могут быть рассчитаны на основе карт урожайности. В этом случае карта внесения удобрений будет по виду аналогичной карте урожайности. 4. Стратегия, направленная на поддержание баланса питательных элементов базируется на отборе почвенных проб и оценке по ним содержания питательных элементов в почве. Затем проводится сравнение наличия питательных элементов с рекомендуемыми дозами внесения удобрений для получения программируемого урожая. Эта разница учитывается при дальнейшей корректировке доз дифференцированного внесения удобрений. Такой подход довольно прост. Для его осуществления необходимы данные о распределении питательных элементов в почве и рекомендации по применению удобрений. Тактическое принятие решений относится к соответствующему сектору, оперативное - к конкретному полю. Таблица – Задачи и необходимая информация для достижения цели
В зависимости от поставленной цели и решаемых задач нужен тот или иной набор данных. Основными среди них являются урожайность, характеристики почвы, погода, используемые технологии, история применения удобрений, экономические показатели, данные аэрофотосъемки и т.д. Успешное проектирование информационной технологии дифференцированного применения удобрений возможно лишь при наличии соответствующего информационного обеспечения - данных об урожайности предшествующих культур, содержании элементов питания в почве и неоднородности их распределения, функций отзывчивости с.-х. культур на возрастающие дозы удобрений и др. При проектировании технологии необходимо учитывать три вида неоднородности параметров плодородия и урожайности - пространственную, временную и предсказуемую. Прежде всего, неоднородность должна быть измерена, затем проанализирована и понята и только, тогда могут быть приняты правильные, эффективные управленческие решения. Далее необходимо принять решение о выполнении технологического процесса в системе координатного земледелия, чтобы достичь успеха при его реализации. Для реализации этого процесса необходима точная и своевременная информация о характере и уровне изменчивости параметров плодородия и урожайности [4]. Пространственная изменчивость параметров плодородия и урожайности может быть измерена посредством сбора и анализа данных о соответствующих показателях в принятой системе позиционирования со строгой привязкой к выбранной системе координат. Данные о неоднородности урожайности могут быть получены с помощью комбайнов, оборудованных мониторами урожайности, которые сейчас широко используются в большинстве развитых стран. О временной изменчивости урожайности и параметров плодородия можно судить посредством сравнения, например, карт урожайности, полученных в течение ряда лет (3-х, 5-ти лет). Предсказуемая неоднородность может быть оценена в результате сравнения планируемых, ожидаемых результатов с реально полученными. Этот вид неоднородности, как правило, обусловлен неправильной оценкой плодородия поля, ошибкой в ожидаемой урожайности и качестве урожая. Для реализации технологии необходимы соответствующие ресурсы. От их наличия зависит насколько, и в каком объеме может быть реализована технология. В первую очередь успех зависит от уровня образования, опыта и мотивации персонала. Большую помощь в принятии решений могут оказать консультанты, поставщики удобрений и техники. Для успешного внедрения новой технологии целесообразно создать группу (команду) в которой каждый отвечал бы за решение конкретных задач. На принятие решений и эффективность их выполнения большое влияние оказывает техника, которая имеется в наличии. Поэтому необходимо составить план приобретения необходимой техники с учетом финансовых возможностей хозяйства. При упоминании о точном земледелии, дифференцированном внесении удобрений первое, о чем думает человек это о глобальной системе позиционирования (GPS, GLONASS), геоинформационных системах (GIS), бортовых компьютерах и сверхсложных машинах для дифференцированного внесения удобрений. Необходимо начать с приобретения хорошего компьютера с памятью и математическим обеспечением достаточными для хранения и обработки больших объемов информации. В реализации технологии дифференцированного применения удобрений накопление и хранение информации о поле, урожайности с.-х. культур является одним из важнейших факторов. Затем следует приобрести надежную систему позиционирования DGPS и научиться работать с системой GIS.
Литература 1. Измайлов А.Ю., Личман Г.И., Марченко Н.М., Точное земледелие – проблемы и пути решения. Журнал «Сельскохозяйственные машины и технологии» №5, 2010, стр.9-14. 2. Личман Г.И.. Марченко Н.М. Космический мониторинг в системе точного земледелия. Сельскохозяйственные машины и технологии, №1, 29-31, 2010 г. 3. Личман Г.И., Нукешев С.О. К разработке экономико-математической модели технологии дифференцированного внесения удобрений. Perspectives of Innovations, Economics & Business, Volume 2, 2009. www.pieb.cz 4. Сычев В.Г., Байбеков Р.Ф., Афанасьев Р.А., ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, Измайлов А.Ю., Г.И. Личман, П.М Пугачев ВНИИ механизации сельского хозяйства. Информационно-технологическое обеспечение точного земледелия. Плодородие, 2011;№3.-с.44-46
Назад в раздел |
|||||||||||||||||||
|