Комплектация технического и информационного обеспечения реализации агроприемов в системе точного земледелия существенно зависит от режима их выполнения. Поэтому технологии внесения удобрений и агрохимикатов предполагают использование различной информационной и технической базы.
Ниже приведена в общем виде необходимая информационная и техническая база конструирования прецизионных технологий по внесению минеральных удобрений и агрохимикатов, имеющаяся на опытном полигоне Агрофизического НИИ.
Информационная база:
1. Электронные карты полей (здесь и далее имеются в виду пространственно-ориентированные карты, т.е. привязанные к координатам с помощью GPS-приемника) по агрохимическим показателям почв, необходимым для расчета доз агрохимикатов, а также электронные карты полей (посевов), содержащие иную необходимую информацию для данных целей.
2. Методы расчета доз агрохимикатов.
3. Программное обеспечение: позволяющее создавать и экспортировать электронные карты и определяющее элементарные участки поля – минимальные элементы управления; рассчитывающее дозы агрохимикатов для каждого элементарного участка; позволяющее создавать карту-задание на внесение агрохимикатов; позволяющее создавать, обрабатывать и экспортировать карты урожайности обмолачиваемых культур.
4. Таблицы агротребований для каждого сорта, ставящие в соответствие показания датчиков, сканирующих посев в процессе движения, и вносимой дозы агрохимикатов (только для режима on-line).
Техническая база:
1. Мобильный программно-аппаратный комплекс для создания электронных контуров и почвенного обследования полей. Оснащен бортовым компьютером, GPS-приемником, автоматическим почвенным пробоотборником.
2. Распределители жидких и твердых агрохимикатов, способные изменять дозу внесения в ходе движения техники (дифференцированное внесение). Оснащены бортовыми компьютерами, GPS-приемниками.
3. Датчики, сканирующие посевы в процессе движения, необходимые для определения дозы агрохимикатов в реальном режиме времени (только для режима on-line).
4. Зерновые комбайны, оснащенные датчиками урожайности, бортовыми компьютерами и GPS-приемниками.
В ходе работ по направлению «точного земледелия» нами были разработаны пять прецизионных технологий с комплектацией информационно-технической базы по внесению минеральных удобрений и гербицидов:
1. базовая (типовая) прецизионная технология внесения минеральных удобрений (режим реализации off-line);
2. прецизионная технология внесения минеральных удобрений на основании данных агрохимслужбы (off-line);
3. прецизионная технология внесения минеральных удобрений на основании карт урожайности (off-line);
4. прецизионная технология азотных подкормок (on-line);
5. прецизионная технология внесения гербицидов по результатам аэромониторинга (off-line и on-line).
В таблице приведены обобщенные результаты полевой апробации прецизионных технологий внесения минеральных удобрений и гербицидов. Сам процесс апробации прецизионных технологий внесения минеральных удобрений проводился в сравнении с обычной технологией по принципу единственного различия – в технологии внесения минеральных удобрений. Следует учитывать, что экономия удобрений зависит от пестроты агрохимических показателей внутри поля и точности агрохимического обследования. Также может существенно влиять на результат точность калибровочных настроек специальной техники, выполняющей дифференцированное внесение удобрений, и качество калибровочных таблиц для каждого сорта культуры.
Для изучения зависимости продукционного процесса яровой пшеницы от таких факторов, как влияние агротехнологий различной интенсивности на фоне естественной неоднородности сельскохозяйственного поля с 2006 года по 2012 год включительно, на полигоне АФИ проводился сравнительный эксперимент. При его закладке в системе полевого севооборота на первом этапе планировалось изучить влияние сложности и контрастности почвенного покрова на продуктивность и качество яровой пшеницы, оценить сравнительную эффективность агротехнологий трёх уровней интенсивности, включая технологию точного земледелия по дифференцированному внесению минеральных удобрений. Опытное поле было разбито на делянки, соответствующие 3-м вариантам, каждый из которых имел не менее двух повторностей: 1) высокоинтенсивный + точное земледелие (ВИ+ТЗ); 2) высокоинтенсивный (ВИ); 3) экстенсивный — контроль (К).
На приведенной диаграмме средней урожайности яровой пшеницы за 2006-2012 гг. видно, что, независимо от погодно-климатических условий весенне-летних периодов вегетации в годы исследований (ГТК 0,8…3,9) использование только элементов точной технологии (дифференцированное внесение удобрений и азотных подкормок) устойчиво обеспечивает за весь наблюдаемый период увеличение средней урожайности зерна яровой пшеницы по сравнению с другими вариантами.
В левой части рисунка представлены фрагменты карт урожайности за 2009 и 2011 гг., полученных с помощью зерноуборочного комбайна, оборудованного системами автоматического картирования урожайности и глобального позиционирования. Урожайность меняется от самой низкой темно-зеленого цвета (15 ц/га) до высокой красной (60 ц/га).
Наибольший интерес представляет сравнение вариантов «ВИ» и «ВИ+ТЗ». Данные варианты абсолютно одинаковы по проведенным на них агротехническим операциям и различаются только методом внесения минеральных удобрений при основном внесении и подкормках (обычный метод и прецизионный метод).
Важно подчеркнуть, что прецизионное применение средств химизации оказало положительный эффект не только на повышение урожайности и гарантированно уменьшило объемы их применения, но и существенно улучшило качество растениеводческой продукции. В частности, отмечено увеличение стекловидности зерна, содержания сырого белка и сырой клейковины, улучшение ее качества, а также увеличение числа падения в зерне.
Оценивая роль сравнительного эксперимента, важно отметить два следующих момента. Во-первых, приведенные данные наглядно свидетельствуют о том, что применение технологий точного земледелия обеспечивает рост урожайности при одновременном снижении затрат на производство растениеводческой продукции и повышении ее качества. Во-вторых, с распространением технологии точного земледелия для хозяйств открываются новые возможности получения дополнительной и достоверной информации в пассивных и активных «собственных опытах» с наименьшими затратами.
Также Агрофизический НИИ активно участвует в создании программно-аппаратных комплексов для точного земледелия с производителями сельскохозяйственной техники и электроники не только в России, но и за рубежом. В качестве примера рассмотрим программно-аппаратный комплекс на базе машины РМУ-8000 для дифференцированного внесения известковых мелиорантов и других агрохимикатов. Основной задачей комплекса является внесение известковых материалов и твердых минеральных удобрений на сельскохозяйственные поля.
Комплекс позволяет проводить работы как в обычном режиме (сплошной, одинаковой дозой), так и в режиме «точного земледелия» — дифференцированно. Для выполнения работ в системе «точного земледелия» необходимо предварительно провести агрохимическое обследование с/х полей с топографической привязкой и создать на основе полученных лабораторных данных «карты-задания», которые будут использоваться бортовыми системами Комплекса в поле.
Комплекс является интеграционной разработкой Агрофизического НИИ (Россия), Щучинского ремонтного завода (Белоруссия) и фирмы Гюстров (Германия). Комплекс изготовлен по новейшим технологиям с применением качественных материалов. Используются новейшие разработки в области электроники, средств управления и мониторинга техники, программного обеспечения.
Комплекс представляет собой полуприцепной распределитель минеральных удобрений РМУ-8000, укомплектованный бортовой электроникой, бортовым и офисным программным обеспечением. Комплекс также может быть изготовлен на базе автомобиля «Камаз» или другой соответствующей техники.
В заключение хотелось бы затронуть тему формализации знаний в агрономии, учитывая наш опыт разработки СППР.
Для получения согласованного набора описаний агротехнологий все артефакты, используемые в описаниях, сведены в глоссарий и только через него используются и добавляются в систему. Так как мы ориентируемся на создание расширяемых информационных интеллектуальных систем, в том числе и за счет сторонних разработчиков программных модулей, математических моделей и собственно описаний агротехнологий, то здесь возникает известная проблема однозначности определений типов и понятий в предметной области и их взаимосвязей. Решить эту проблему полностью не удается пока даже на уровне человеческого общения, не говоря уже о создании единого формализованного понятийного аппарата.
Мы считаем, что специалистам в нашей предметной области необходимо вести работы для создания некоего единого для всех формализованного описания хотя бы основных понятий предметной области. Базы знаний должны не позволять исчезнуть знаниям выбывающих специалистов (уход на пенсию, увольнение и пр.) и хранить большие объемы данных, информации и знаний из различных источников.
Существуют различные подходы, модели и языки описания данных и знаний. Однако все большую популярность последнее время приобретают онтологии. Онтология – по определению Грубера [Gruber,1997] есть спецификация концептуализации, формализованное представление основных понятий и связей между ними. Онтология — это структурная спецификация некоторой предметной области, ее формализованное представление, которое включает словарь (или имена) указателей на термины предметной области и логические выражения, которые описывают, как они соотносятся друг с другом. Таким образом, онтологии обеспечивают словарь для представления и обмена знаниями о некоторой предметной области и множество связей, установленных между терминами в этом словаре.
Проектирование и разработка онтологий, т.е онтологический инжиниринг, не является тривиальной задачей. Он требует от разработчиков профессионального владения технологиями инженерии знаний – от методов извлечения знаний до структурирования и формализации. При явном интересе к онтологическому инжинирингу на сегодня не существует промышленных систем проектирования онтологий. Тем не менее, по нашему мнению разработка онтологии растениеводства может стать существенным шагом вперед в области формализации знаний в области растениеводства.
Якушев В.В., д.с.-х.н., Агрофизический НИИ, Санкт-Петербург
"Нивы Зауралья" №10 (132) НОЯБРЬ 2015
.gif)
.jpg)
Нет комментариев. Ваш будет первым!