Как известно, основными целевыми параметрами растениеводства являются количество и качество урожая, его стоимость и сохранение при этом окружающей среды. Технологии «точного земледелия» (ТЗ) позволяют более эффективно управлять этими параметрами с учётом внутрипольной вариабельности среды обитания растений.
Другими словами, эти технологии позволяют дифференцированно проводить те или иные агротехнические операции на поле, учитывая состояние почвы или растения на каждом элементарном участке поля.
Для реализации технологий точного земледелия требуются современная сельскохозяйственная техника, управляемая бортовой ЭВМ, и технические средства – автоматические пробоотборники, различные сенсоры и измерительные комплексы, уборочные машины с автоматическим учётом урожая, приборы дистанционного зондирования, а также многофункциональное программное обеспечение, позволяющее принимать оптимальные решения при управлении сельскохозяйственным предприятием.
С появлением новых технологий из вспомогательного ресурса информация становится царицей, а информационные технологии – критическим фактором эффективности организации. Руководитель или агроном современного сельскохозяйственного предприятия захлёбывается в информационном море. Компьютер мог бы стать помощником, но зачастую становится дополнительным источником лишней и бесполезной информации.
Интеллектуальные технологии предлагают разумный выход из сложившейся ситуации информационного «беспредела» — переложить в машину часть знаний специалистов-экспертов, помогающих им обрабатывать информацию. Эти знания включают правила, закономерности, опыт, наблюдения, почерпнутые из практического опыта. Интеллектуальные системы (ИС), аккумулирующие и тиражирующие этот опыт, призваны помочь специалистам при принятии решений, анализе и интерпретации данных.
В Агрофизическом НИИ ведется разработка системы, построенной на знаниях, – Система Поддержки Принятия Решений (СППР). Эта компьютерная система для производителя, ядром которой является База Знаний, обладающая всем основным функционалом, присущим современным программным продуктам открытого типа.
Система имеет два интерфейсных уровня – экспертный и пользовательский. На экспертном уровне работают специалисты в области агротехнологий, т.е. эксперты – профессионалы, создающие типовые или базовые агротехнологии, технологические адаптеры, подключающие к СППР программные модули и математические модели. На этом уровне идет заполнение нормативной Базы Данных данными, используемыми в системе для формирования базовых агротехнологий и Базы Знаний – агротехнологические карты и адаптеры, т.е. знания экспертов, формализованные в электронном виде.
Пользовательский уровень предназначен для агрономов или руководителей, которые являются конечными пользователями системы и потребителями тех знаний (агротехнологий, адаптеров, моделей и т.п.), которые были формализованы на экспертном уровне. Ими производится заполнение базы данных актуальными данными для конкретного хозяйства. Например, это данные о технике, имеющейся в хозяйстве, агрофизические и агрохимические характеристики полей, обеспеченность ресурсами и кадрами и т.д. На этом уровне пользователь на основании базовых агротехнологий и технологических адаптеров (созданных экспертами) генерирует адаптивные агротехнологии для своих полей с учетом актуальных данных о хозяйстве.
Полученные адаптивные агротехнологии можно оценивать с экономической и экологической точки зрения и в случае неудовлетворительных оценок менять параметры адаптивных агротехнологий (добавлять или исключать те или иные агротехнические операции, снижать/повышать нормы/дозы внесения и т.д.). То есть еще на этапе планирования пользователь (агроном или руководитель) может смоделировать различные варианты агротехнологий на предстоящий период для каждого поля и оценить результат. Возможность редактирования агротехнологий (изменение параметров) позволяет пользователю выбрать в конечном итоге оптимальный пакет агротехнологий для всех полей хозяйства по экономическим или экологическим параметрам.
Важной особенностью разрабатываемой СППР является поддержка технологий точного земледелия. Система позволяет, при наличии в хозяйстве необходимой техники и оборудования, использовать её для подготовки информационно-технологической базы точного земледелия: создание электронных контуров полей и пространственно-ориентированных картосхем по агрохимическим и агрофизическим показателям, дифференцированное внесение агрохимикатов, работа со спутниковыми и аэрофотоснимками, импорт карт урожайности и снимков в различных спектральных диапазонах.
Нами уже реализована первая очередь СППР, которая обеспечивает работу ГИС-модуля, а также создание карт-заданий на дифференцированное внесение удобрений и СЗР для бортовых компьютеров сельскохозяйственной техники. Программное обеспечение представляет собой десктоп-приложение под управлением ОС Windows. Для своей работы оно использует технологию .NET Framework. Визуальный пользовательский интерфейс приложения построен с применением технологии Windows Presentation Foundation (WPF). Приложение использует два программных ядра. Первое ядро основано на библиотеке .NET DotSpatial, а второе – на использовании Goden Software Surfer®. DotSpatial – это проект с открытым исходным кодом под эгидой Microsoft на портале CodePlex, который объединил в себе ряд разрозненных ранее существовавших проектов ГИС под .NET.
Функциональные возможности приложения АФИ ГИС для применения в точном земледелии:
1. Наличие визуализации пространственных данных
2. Возможность разбивки полигона на прямоугольные участки
3. Программная поддержка математических алгоритмов сглаживания (интерполяции)
4. Возможность импорта и экспорта векторных пространственно-распределённых данных (для вычислений)
5. Работа с атрибутами векторных слоёв
6. Встроенная система плагинов для работы с векторными слоями (для вычислений)
7. Конвертирование данных растра в данные векторных форматов
8. Объединение атрибутов векторных слоёв
9. Поддержка работы с GPS/GLONASS устройствами
10. Поддержка создания контуров полей
11. Импорт и экспорт векторных данных в стандартизованные форматы
12. Возможность хранения пространственных данных в базе данных
Представленное программное обеспечение позволяет, на наш взгляд, реализовать главные необходимые функции геоинформационной системы для обеспечения точного земледелия – создание карт-заданий для дифференцированного проведения агротехнических операций, в первую очередь – внесения удобрений и СЗР.
Специфика применения ТЗ в реальном производстве неизбежно сопровождается формированием информационной базы, позволяющей для каждого поля в отдельности выявлять причины неоднородности и получать количественные соотношения между условиями возделывания с/х культуры и её продуктивностью. Так, например, электронная карта урожайности характеризует продуктивность каждого элементарного участка поля примерно одинаковой площади (5 м на 5 м). Данная карта получается автоматически в момент уборки урожая с одновременным определением для каждого элементарного участка значения глобальных координат – центра элементарного участка. В результате появляется возможность сопоставления продуктивности элементарных участков, определяемых в момент уборки урожая, с более крупными участками, по каждому из которых после агрохимического обследования известны основные факторы (азот, фосфор, калий).
Особенность предлагаемого подхода заключается в автоматическом формировании достоверной и обширной информационной базы в рамках пассивного эксперимента на производственном поле. Получение такого рода сведений позволяет анализировать влияние почвенной неоднородности и других характеристик на урожайность, а также по распределению фактической продуктивности в конкретном году планировать внесение удобрений на следующий сезон. Важно подчеркнуть, что рассматриваемая база данных может быть создана только методами информационной технологии точного земледелия.
Продолжение материала читайте в ноябрьском номере журнала «Нивы Зауралья».
Якушев В.В., д.с.-х.н., Агрофизический НИИ, Санкт-Петербург
.gif)
.jpg)
Нет комментариев. Ваш будет первым!