Информационное агентство "Светич". Сайт о сельском хозяйстве. 16+

Точное земледелие в вопросах и ответах (продолжение)

Точное земледелие в вопросах и ответах (продолжение)
Рубрике «Точное земледелие», ведущейся на страницах нашего журнала исполняется год. Есть смысл переосмыслить и обобщить некоторые сведения, касающиеся понятия точного земледелия, как наиболее интенсивной формы и уровня современных систем земледелия. Поэтому авторы в виде отдельных вопросов и ответов на основные, злободневные вопросы внедрения и освоения точного земледелия в нашей стране и за рубежом предлагают читателям выявить свою степень компетенции (осведомленности).
 
2. Что означает технологические режимы off-line и on-line?
 
Наметились две концепции реализации технологий дифференцированного внесения удобрений.
 
1. Концепция, основанная на предварительном анализе состояния почвы и посевов в системе глобального позиционирования (GPS). Полученные данные интерпретируются с использованием Геоинформационной системы. Затем по определенной программе с учетом принятых ограничений и допущений разрабатывается план оптимального применения удобрений с целью получения заданной урожайности возделываемой культуры.
 
На основе обработки исходной информации разрабатывается электронная карта выполнения технологического процесса на соответствующем поле в принятой системе позиционирования.
 
В процессе движения машины-удобрителя по полю с помощью бортового компьютера в строгом соответствии с электронной картой контроллер обеспечивает внесение необходимых доз соответствующего вида удобрений на каждый элементарный участок поля с учетом фактической скорости агрегата и быстродействия исполнительных механизмов. Такая концепция реализации технологии дифференцированного внесения удобрений считается «on-line».
 
2. Концепция, основанная на получении информации о поле с помощью датчиков в реальном масштабе времени без использования электронной карты. 
 
Датчики, функционируя в реальном масштабе времени, в процессе движения агрегата измеряют свойства почвы и характеристики растений. Затем посредством контроллера на основе полученной информации от датчиков регулируется доза внесения удобрений или средств защиты растений. Датчики при этом обеспечивают подачу непрерывного потока информации на контроллер, на основании чего осуществляется внесение дифференцированных доз удобрений на каждый элементарный участок поля. Такая технология не требует GPS и считается «off-line».
 
3. Каковы преимущества и недостатки концепции «on-line».
 
Преимущества концепции «on-line»:
- позволяет составлять более точную карту пестроты плодородия поля на основе предварительного  отбора проб в системе позиционирования;
- позволяет более точно дозировать с учетом фактора упреждения;
позволяет заранее установить объем применения удобрений
Недостатки концепции «on-line».:
- технология, базирующаяся на электронной карте, требует системы глобального позиционирования и источника дифференцированного сигнала для точного определения координат агрегата;
- данные о параметрах поля должны обрабатываться и храниться с использованием GIS;
- необходимо сложное математическое обеспечение для разработки программы оптимального применения удобрений;
- электронная карта содержит информацию о непрерывном изменении тех или иных параметров поля в системе позиционирования, в то время как исходная информация, используемая при разработке электронной карты, носит дискретный характер;
- электронная карта не всегда объективно отражает состояние поля в момент выполнения технологической операции, так как исходная информация была получена заблаговременно. За этот промежуток времени могли произойти те или другие изменения в состоянии почвы или посевов.
 
4. Что представляет собой система позиционирования?
 
Одной из основных составляющих технологии  дифференцированного применения удобрений является система позиционирования, а основным элементом ее служит приемник сигналов GPS. Система позиционирования, позволяет с определенной точностью определять координаты при взятии проб во время почвенной диагностики поля, определять координаты агрегата при дифференцированном внесении удобрений и химических средств защиты растений, является неотъемлемой частью технологии дифференцированного применения средств химизации.
 
В настоящее время наиболее перспективными являются Глобальная Система Позиционирования (GPS), применяемая главным образом в США, Канаде и Глобальная Навигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС), применяемая в России. 
 
Применение GPS позволяет товаропроизводителям точно, автоматизировано в реальном масштабе времени определять  координаты при отборе проб, вносить удобрения на отдельные участки поля, составлять карты урожайности, определять границы поля, точное местоположение сорняков, вредителей растений, рельеф местности. 
 
5. Какие системы позиционирования существуют?
 
Существуют две глобальные системы позиционирования - Global Positioning Systems - GPS. Первой в Советском Союзе начала создаваться ГЛОНАСС - Глобальная Навигационная Спутниковая Система. Затем стала создаваться американская NAVSTAR - Navigation System with Timing and Ranging - навигационная система, основанная на измерении времени и дальности. Американская система работает в операционном режиме, то есть она в полной мере технически и коммерчески реализована. Геодезист или навигатор, желающий стать пользователем этой системы, может приобрести аппаратуру и программное обеспечение (soft). Приемники и программное обеспечение ГЛОНАСС пока не столь доступны. Здесь рассмотрим GPS NAVSTAR как систему более доступную пользователю. Для краткости будем далее называть ее, как это делают все, просто GPS (таблица 1).
 
Таблица 1. Характеристики систем позиционирования GPS- NAVSTAR и ГЛОНАСС

 

GPS-NAVSTAR

ГЛОНАСС

Название

Навигационная система для определения времени и расстояния

Глобальная навигационная спутниковая система

Владелец

Министерство обороны США

Министерство обороны России

Количество спутников

24

24

Количество орбит

6

3

Высота (км)

20,183

19,100

Система координат

WGS84

SGS85

Приблизительная точность для гражданских целей

100*

35

 
Термин позиционирование означает не только определение местоположения, то есть координат объекта. Вместе с координатами определяют вектор его скорости. Проще говоря, определяют направление и скорость движения объекта. Координаты и составляющие скорости задают вектор состояния объекта. Таким объектом может быть судно, корабль, самолет, вертолет, спутник, автомобиль, пеший оператор либо другой подвижный носитель. Перед разработчиками системы ставилась определенная задача. Система должна обеспечивать определение вектора состояния пользователя в любое время, в любой точке земной поверхности и с точностью, необходимой пользователю. Опыт показывает, что эта задача решена. Система находится в ведении Офиса Объединенной Программы - Joint Program Offise (JPO). Подразделение находится на базе военно-воздушных сил США - Air Force Base (AFB) - в Лос-Анджелесе. 
 
Спутниковая система дороже системы наземного базирования. Спутники необходимо создавать, запускать, отслеживать, оберегать и по мере выработки ресурса - ликвидировать. На затраты идут потому, что спутниковая система совмещает глобальность с высокой точностью позиционирования. Действительно, существуют глобальные наземные системы, но они, являясь длинноволновыми или сверхдлинноволновыми, определяют местоположение судна в открытом океане с ошибкой около мили. Существуют ультракоротковолновые высокоточные системы наземного базирования, но они определяют координаты объекта лишь в пределах прямой видимости, то есть на расстоянии в 10-20 километров. Спутниковая система является высокоточной, поскольку работает в диапазоне сверхвысоких частот. Одновременно она является глобальной, потому, что в любой точке земной поверхности над горизонтом всегда находятся несколько спутников системы.
 
6. Каков принцип действия систем позиционирования?
 
GPS состоит из трех сегментов (segments): из космического (space), то есть спутникового сегмента, из сегмента управления и контроля и из сегмента пользователя. Здесь и далее использован термин “сегмент”, хотя можно использовать и другой термин, например, “подсистема”. Спутниковый сегмент состоит из созвездия функционирующих в данную эпоху спутников. Сегмент управления и контроля содержит главную станцию управления и контроля, станции слежения за спутниками и станции закладки информации в бортовые компьютеры спутников. Сегмент пользователя - это совокупность спутниковых приемников, находящихся в распоряжении пользователей. Пользователя системы в первую очередь интересует его собственный сегмент, то есть имеющиеся у него приемники, а также спутниковый сегмент, в значительной мере обеспечивающий достоверность результатов. Вместе с тем действия сегмента управления и контроля иногда оказывают критическое влияние на полученные пользователем результаты. Пользователь не может контролировать систему и воздействовать на нее, но он обязан выявлять сбои в ее работе и на этапе обработки отсекать соответствующие результаты. 
 
7. Какова точность систем позиционирования?
 
Точность зависит от влияния следующих факторов: 
 
а) от аппаратурных ошибок;
б) от ошибок в учете влияния внешней среды: задержки в различных слоях атмосферы, отражения радиоволн от подстилающей поверхности и окружающих объектов;
в) от ошибок в эфемеридах (координатах) спутников;
г) от геометрии наблюдений;
д) от точности моделей, используемых при обработке результатов: математических, физических, геофизических.
 
На ранних стадиях разработки системы позиционирования характеризовались низкой надежностью для динамического позиционирования объектов в пределах поля. Разрешающая способность позиционирования мобильных агрегатов составляла 5 м и была явно недостаточной. Ошибка распределения Гаусса превышала 10 м. Малое количество спутников усугубляло эту проблему, при этом на точность позиционирования оказывали влияние деревья и здания. Существенно уменьшали точность позиционирования многократные отражения сигналов от самих объектов позиционирования. В 2000 г. GPS значительно повысила свою точность, а стоимость приёмников  существенно снизилась. В настоящее время 12-канальный приемник GPS  можно приобрести менее чем за 100$ США. Приемники GPS получают сигналы от 8 до 12 спутников, находящихся над горизонтом (таблица 2). 
 
Таблица 2. Требования к точности систем позиционирования
 

Требуемая точность

Задача

Пример

±10 м

·        навигация

·        определение координат полей

±1 м

·        выполнение операций

·        информация

·        мониторинг урожайности

·        внесение удобрений

·        автоматический сбор информации

±10 см

·        управление агрегатами

·        контроль перекрытия смежных проходов при внесении удобрений и комбайновой уборке с.-х. культур

±1 см

·        контроль за выполнение точных операций

·        механический способ борьбы с сорняками

 
Г. И. Личман, д. т. н., зав. лаб., (Всероссийский институт механизации)
А.И. Беленков д. с. - х. н, профессор, (РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)
 
Список литературы в помощь читателям
 
1. Анискин В.И., Марченко Н.М., Личман Г. И. Проблемы управления качеством механизированного процесса дифференцированного применения удобрений// Тезисы докладов Международной конференции "Автоматизация с.-х. производства", т. 1.- М., 1997.
2. Афанасьев Р.А. Дифференцированное  применение удобрений - настоящее и будущее// Плодородие, № 4(7), 2002, с. 9-11.
3. Дринча В.М. Развитие агроинженерной науки и перспективы агротехнологий.- М.: ВИМ, 2002.- 188 с. 
4. Личман Г.И., Марченко Н.М. Итоги и направления дальнейших исследований по механизации применения удобрений// Сб. научных трудов ВИМ, том131.- М 2000, с.179-188.
5. Личман Г.И., Белых С.А. Стратегия принятия оптимальных управленческих решений в системе информационных технологий дифференцированного применения удобрений// Научные труды ВИМ, том 145.- М.: 2003.
6. Марченко Н.М., Личман Г.И. Дифференцированное воздействие на почву и растение// Техника и оборудование для села, № 10 (64), 2002 с. 6-8.
7. Марченко Н.М., Личман Г.И. Механико-технологические основы компьютеризированного проектирования машинных технологий дифференцированного применения удобрений в системе точного земледелия// Труды ВИМ, том 129.-М., 1997.
8. Якушев В.П. На пути к точному земледелию. - С.- Петербург, 2002.- 458 с.
 
Фото: Depositphotos
Журнал "Нивы Зауралья" №3 (114), апрель 2014
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!

Яндекс Директ