|
Вид публикации: Статья Год: 2012 Издательство: СБОРНИК ДОКЛАДОВ 12 МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ (10-12. 09.2012) «МОДЕРНИЗАЦИЯ С/Х ПРОИЗВОДСТВА НА БАЗЕ ИННОВАЦИОННЫХ МАШИННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ», ЧАСТЬ 2.-М.: ВИМ,2012.(Г.УГЛИЧ) Целевое назначение: Научное Автор(ы): ЛИЧМАН А.А. / ЛИЧМАН Г.И. Статус: завершенный Наименование: ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОЧВУ И РАСТЕНИЯ В СИСТЕМЕ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ Объем (п.л.): 0.6 Формат: обычная PDF-файл: http://www.viapi.ru/download/2015/30867.pdf |
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
|
Цель |
Задача |
Информация |
|
Получение максимального урожая |
Внесение необходимого количества удобрений под программируемый урожай |
Модель урожайности (Функции отзывчивости) |
|
Получение максимальной прибыли |
Оптимизация доз внесения удобрений |
Экономическая модель |
|
Возмещение NPK |
Внесение питательных элементов (NPK), пропорционально урожайности предшествующей культуры |
Карты урожайности и рекомендации экспертов |
|
Поддержание баланса питательных элементов |
Повышение уровня лимитирующих факторов |
Данные диагностики почвы и рекомендации экспертов |
|
Органическое вещество |
Традиционная технология |
Данные по истории применения органических удобрений |
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