Точное земледелие: геозондирование полей и определения качественных характеристик почв
Пассивная радиолокация с использованием сигнала спутников OneWeb с целью определения влажности, минерального состава почв, а также контроль за биомассой выращиваемой продукции и отслеживание формирования значительных популяций насекомых вредителей
Введение
Природные ресурсы являются основой жизни человечества. Глобальное сельскохозяйственное развитие в большей степени ориентировано на рост производительности, чем на рациональное использование ресурсов, а также обеспечение продовольственной и пищевой безопасности. Однако в настоящее время целостный подход наиболее предпочтителен, поскольку в его рамках можно решать проблемы, связанные со сложностью пищевой цепи.
Население планеты постоянно растет (рисунок 1). Если в 2008 г. оно составляло 6,5 млрд. чел., в 2011 – 7 млрд. чел., то, согласно прогнозу, к 2050 г. оно достигнет 9 млрд. чел., к 2100 г. – 10 млрд. чел. На основании прогнозов сельскохозяйственное производство к 2050 г. должно увеличиться на 70 %.
Природные ресурсы являются основой жизни человечества. Глобальное сельскохозяйственное развитие в большей степени ориентировано на рост производительности, чем на рациональное использование ресурсов, а также обеспечение продовольственной и пищевой безопасности. Однако в настоящее время целостный подход наиболее предпочтителен, поскольку в его рамках можно решать проблемы, связанные со сложностью пищевой цепи.
Население планеты постоянно растет (рисунок 1). Если в 2008 г. оно составляло 6,5 млрд. чел., в 2011 – 7 млрд. чел., то, согласно прогнозу, к 2050 г. оно достигнет 9 млрд. чел., к 2100 г. – 10 млрд. чел. На основании прогнозов сельскохозяйственное производство к 2050 г. должно увеличиться на 70 %.
В последние годы в сельском хозяйстве появился новый термин «точное земледелие» («Precision Farming»).
Один из основоположников методологии точного земледелия доктор П. Роберт в 1994 г. определил ее как «сельскохозяйственную систему менеджмента, основанную на информации и технологиях для идентификации, анализа и управления с учетом дифференцированных пространственных и временных почвенных вариаций на отдельно взятом поле, для оптимизации затрат, повышения устойчивости перед возникающими агроугрозами (сорняками, вредителями и т.п) и экологической стабильности производства».
Главная цель точного земледелия при производстве сельскохозяйственных культур – мак-симизация урожая, финансовых выгод и минимизация вложений капитала, воздействия на окружающую среду.
Основой научной концепции точного земледелия являются представления о существовании неоднородностей в пределах одного поля. Для оценки и детектирования этих неоднородностей используют новейшие технологии, такие как системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС), специальные датчики, аэрофотоснимки и снимки со спутников, геозондирования с помощью беспилотных летательных аппаратов, а также специальные программы, разработанные для агроменеджмента. Полученные данные применяют для планирования посева, расчета норм внесения удобрений и средств защиты растений, более точного предсказания урожайности и финансового планирования.
Точное земледелие – это комплексная высокотехнологичная система сельскохозяйственного менеджмента, включающая в себя технологии глобального позиционирования (GPS), географические информационные системы (GIS), технологии оценки урожайности (Yield Monitor Technologies), переменного нормирования (Variable Rate Technology), дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) и направленная на получение максимального объема качественной и наиболее дешевой сельскохозяйственной продукции с учетом норм экологической безопасности.
Система точного земледелия основывается на детализированной карте полей, где изложены точные характеристики буквально каждого квадратного метра. Владелец земли обладает полной информацией о параметрах поля:
• химический состав почвы;
• влажность грунта;
• глубина залегания грунтовых вод именно в этом месте;
• уровень освещения солнцем в течение дня;
• угол наклона поля относительно горизонта;
• наличие сорняков и сельскохозяйственных вредителей;
• преобладающие направления ветра и т.д.
Все эти сведения внесены в электронные базы данных, их можно анализировать, обрабатывать, сравнивать за разные месяца, годы. Проанализировав подробные электронные карты, специализированное программное обеспечение определяет, сколько удобрений, семян, воды нужно внести на конкретный участок поля. На основе этих данных создаются точные инструкции для сельскохозяйственной техники, выходящей на поле.
Один из основоположников методологии точного земледелия доктор П. Роберт в 1994 г. определил ее как «сельскохозяйственную систему менеджмента, основанную на информации и технологиях для идентификации, анализа и управления с учетом дифференцированных пространственных и временных почвенных вариаций на отдельно взятом поле, для оптимизации затрат, повышения устойчивости перед возникающими агроугрозами (сорняками, вредителями и т.п) и экологической стабильности производства».
Главная цель точного земледелия при производстве сельскохозяйственных культур – мак-симизация урожая, финансовых выгод и минимизация вложений капитала, воздействия на окружающую среду.
Основой научной концепции точного земледелия являются представления о существовании неоднородностей в пределах одного поля. Для оценки и детектирования этих неоднородностей используют новейшие технологии, такие как системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС), специальные датчики, аэрофотоснимки и снимки со спутников, геозондирования с помощью беспилотных летательных аппаратов, а также специальные программы, разработанные для агроменеджмента. Полученные данные применяют для планирования посева, расчета норм внесения удобрений и средств защиты растений, более точного предсказания урожайности и финансового планирования.
Точное земледелие – это комплексная высокотехнологичная система сельскохозяйственного менеджмента, включающая в себя технологии глобального позиционирования (GPS), географические информационные системы (GIS), технологии оценки урожайности (Yield Monitor Technologies), переменного нормирования (Variable Rate Technology), дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) и направленная на получение максимального объема качественной и наиболее дешевой сельскохозяйственной продукции с учетом норм экологической безопасности.
Система точного земледелия основывается на детализированной карте полей, где изложены точные характеристики буквально каждого квадратного метра. Владелец земли обладает полной информацией о параметрах поля:
• химический состав почвы;
• влажность грунта;
• глубина залегания грунтовых вод именно в этом месте;
• уровень освещения солнцем в течение дня;
• угол наклона поля относительно горизонта;
• наличие сорняков и сельскохозяйственных вредителей;
• преобладающие направления ветра и т.д.
Все эти сведения внесены в электронные базы данных, их можно анализировать, обрабатывать, сравнивать за разные месяца, годы. Проанализировав подробные электронные карты, специализированное программное обеспечение определяет, сколько удобрений, семян, воды нужно внести на конкретный участок поля. На основе этих данных создаются точные инструкции для сельскохозяйственной техники, выходящей на поле.
В зависимости от временного соотношения между сбором информации и применением соответствующих агротехнических мероприятий различают:
- двухэтапные подходы (off-line) или подходы на основе картирования;
- одноэтапные подходы (on-line) или подходы с принятием решений в реальном масштабе времени («real-time») или сенсорные подходы;
- различные комбинации одно- и двухэтапных подходов или сенсорный подход с поддержкой картированием (map overlay).
- точное молочное скотоводство (precision dairy farming),
- точное свиноводство (precision pork farming) и точное птицеводство (precision poultry farming).
Финансовая оценка
Применение точного земледелия требует учета дополнительных затрат, среди которых можно выделить категории:
При внедрении системы технологий точного земледелия необходимо учитывать предпо-лагаемые затраты на каждую из приведённых выше категорий дополнительных затрат и многочисленные факторы, и обстоятельства, которые в итоге обеспечивают эффект.
Применение точного земледелия требует учета дополнительных затрат, среди которых можно выделить категории:
- затраты на сбор данных (составление карт, глобальные системы позиционирования (GPS), сенсоры и датчики);
- затраты на менеджмент данных (техника и программное обеспечение);
- затраты на специальную технику для точного выполнения агроприемов и навигацию (роботизированная техника и оборудование для дифференцированной обработки почвы, посева, внесения удобрений, средств защиты растений и др.).
При внедрении системы технологий точного земледелия необходимо учитывать предпо-лагаемые затраты на каждую из приведённых выше категорий дополнительных затрат и многочисленные факторы, и обстоятельства, которые в итоге обеспечивают эффект.
Одни категории затрат реализуются один раз в 5–10 лет, другие – ежегодно. Привлекательность технологий точного земледелия, как и других технологических инноваций, на практике определяется экономической эффективностью на примере сельскохозяйственного предприятия. При анализе экономической эффективности применения элементов точного земледелия сопоставляют затраты на покупку техники и другие производственные издержки с уровнем снижения затрат или прибавкой урожайности по сравнению с традиционными технологиями.
Большинство современных подходов к экономическому анализу технологии точного земледелия сводится к оценке применяемой техники и соответствующих технологий при выращивании отдельной сельскохозяйственной культуры. Вместе с тем очевидно, что общий агроэкономический эффект от интеграции технологий точного земледелия в масштабах хозяйства с учетом синергетических эффектов будет более высоким по сравнению с применением отдельных технологических комплексов.
Основной целью предлагаемой системы является повышение прибыли. Одновременно с этим растет эффективность и устойчивость сельскохозяйственного предприятия. Достигается все это за счет сочетания высоких технологических разработок и оборудования точного земледелия.
Следует выделить основные факторы, определяющие динамику материальных и трудовых затрат (посевной материал, удобрения, средства защиты растений, горючее, затраты труда и др.) и повышение урожайности сельскохозяйственных культур:
Для небольших хозяйств технологии точного земледелия, как правило, только тогда экономически выгодны, если они не приобретают сами необходимую технику, а используют услуги сервисных фирм.
Если проанализировать отчет, который был сделан Министерством сельского хозяйства Северной Америки по итогам 2021 года, станет известно, что во время выращивания таких востребованных культур, как кукуруза или соя в более чем половине сельскохозяйственных предприятий использовали картографические системы, работающие на базе GPS.
В эту категорию входили, например, мониторы урожайности. В 43% фермерских хозяйств применялись системы автоматизированного управления и навигации. В 36% использовались технологии дифференциального внесения материалов.
Кроме того, на экономическую эффективность технологий точного земледелия оказывают влияние:
Большинство современных подходов к экономическому анализу технологии точного земледелия сводится к оценке применяемой техники и соответствующих технологий при выращивании отдельной сельскохозяйственной культуры. Вместе с тем очевидно, что общий агроэкономический эффект от интеграции технологий точного земледелия в масштабах хозяйства с учетом синергетических эффектов будет более высоким по сравнению с применением отдельных технологических комплексов.
Основной целью предлагаемой системы является повышение прибыли. Одновременно с этим растет эффективность и устойчивость сельскохозяйственного предприятия. Достигается все это за счет сочетания высоких технологических разработок и оборудования точного земледелия.
Следует выделить основные факторы, определяющие динамику материальных и трудовых затрат (посевной материал, удобрения, средства защиты растений, горючее, затраты труда и др.) и повышение урожайности сельскохозяйственных культур:
- неоднородность полей по плодородию почв – чем она выше относительно оптимальных условий для роста и развития культурных растений, тем больше возможности для экономии производственных ресурсов и повышения урожайности;
- интенсификация производства – экономическая эффективность точного земледелия повышается при более высоком уровне интенсификации производства за счет снижения затрат средств производства;
- размер хозяйства или площадей, на которых проводятся дифференцированные мероприятия
- с увеличением обрабатываемого участка в системе точного земледелия снижаются затраты на единицу площади, так как при этом постоянные издержки распределяются на большую территорию.
Для небольших хозяйств технологии точного земледелия, как правило, только тогда экономически выгодны, если они не приобретают сами необходимую технику, а используют услуги сервисных фирм.
Если проанализировать отчет, который был сделан Министерством сельского хозяйства Северной Америки по итогам 2021 года, станет известно, что во время выращивания таких востребованных культур, как кукуруза или соя в более чем половине сельскохозяйственных предприятий использовали картографические системы, работающие на базе GPS.
В эту категорию входили, например, мониторы урожайности. В 43% фермерских хозяйств применялись системы автоматизированного управления и навигации. В 36% использовались технологии дифференциального внесения материалов.
Кроме того, на экономическую эффективность технологий точного земледелия оказывают влияние:
- ассортимент выбранной техники, полнота ее технологического использования и уровень интеграции в хозяйстве;
- рациональное использование технологического комплекса в рамках управления предприятием.
Оценка урожайности
Основным источником информации для составления прогнозов урожайности служат результаты полевых обследований состояния посевов сельскохозяйственных культур и определение урожайности на отдельных участках поля с обязательной географической привязкой полученных данных.
Дистанционное зондирование земли
Общей физической основой дистанционного зондирования является функциональная зависимость между зарегистрированными параметрами собственного или отраженного излучения объекта, его биогеофизическими характеристиками и пространственным положением.
Суть метода заключается в интерпретации результатов измерения электромагнитного излучения, которое отражается либо излучается объектом и регистрируется в некоторой удаленной от него точке пространства.
Процесс сбора данных дистанционного зондирования и их использования в географических информационных системах схематически представлен на схеме ниже.
В настоящее время методы дистанционного зондирования основаны на применении сенсоров, которые размещены на космических аппаратах и предназначены для регистрации электромагнитного излучения в форматах, существенно более приспособленных для цифровой обработки, и в более широком диапазоне электромагнитного спектра.
В большинстве таких методов используют инфракрасный диапазон отраженного излучения, тепловой инфракрасный и радиодиапазон электромагнитного спектра.
Основным источником информации для составления прогнозов урожайности служат результаты полевых обследований состояния посевов сельскохозяйственных культур и определение урожайности на отдельных участках поля с обязательной географической привязкой полученных данных.
Дистанционное зондирование земли
Общей физической основой дистанционного зондирования является функциональная зависимость между зарегистрированными параметрами собственного или отраженного излучения объекта, его биогеофизическими характеристиками и пространственным положением.
Суть метода заключается в интерпретации результатов измерения электромагнитного излучения, которое отражается либо излучается объектом и регистрируется в некоторой удаленной от него точке пространства.
Процесс сбора данных дистанционного зондирования и их использования в географических информационных системах схематически представлен на схеме ниже.
В настоящее время методы дистанционного зондирования основаны на применении сенсоров, которые размещены на космических аппаратах и предназначены для регистрации электромагнитного излучения в форматах, существенно более приспособленных для цифровой обработки, и в более широком диапазоне электромагнитного спектра.
В большинстве таких методов используют инфракрасный диапазон отраженного излучения, тепловой инфракрасный и радиодиапазон электромагнитного спектра.
Применение искусственных спутников земли для выполнения задач геозондирования сельскохозяйственных полей для ультралокальных участков вполне очевидно, нецелесообразно и финансово затратно. Это достаточно дорого, не даёт представления информации в реальном масштабе времени, сильно зависит от погодных условий (прозрачности атмосферы) и времени суток.
Но современный мир предлагает достаточно простое решение – использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), несущих в качестве полезной нагрузки различное сенсорное оборудование. БПЛА могут управляться оператором с помощью дистанционного пульта управления, а также в автоматическом и полуавтоматическом режимах. Автоматическое управление обеспечивает возможность полностью автономного полета БПЛА по заданной траектории, на заданной высоте, с заданной скоростью и со стабилизацией углов ориентации. Оно осуществляется с помощью бортовых программных устройств. При полуавтоматическом управлении полет совершается автоматически с помощью автопилота по первоначально заданным параметрам. Однако оператор может вносить изменения в маршрут в интерактивном режиме.
Применение БПЛА, по сравнению с зондированием поверхности, проводимой с помощью самолетов и искусственных спутников земли, имеет следующие преимущества: возможность зондирования с небольших высот и вблизи объектов, многократные проходы по различным азимутам и на любых высотах над проблемными (спорными) зонами, оперативное получение высокодостоверной информации высокого разрешения и степени локализации.
Кроме того, в следствии близости БПЛА к контролируемому объекту появляется возможность использования таких методов исследования как использование пассивной радиолокации, ультразвуковых сонаров, лазерных радаров и спектрографов.
Но современный мир предлагает достаточно простое решение – использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), несущих в качестве полезной нагрузки различное сенсорное оборудование. БПЛА могут управляться оператором с помощью дистанционного пульта управления, а также в автоматическом и полуавтоматическом режимах. Автоматическое управление обеспечивает возможность полностью автономного полета БПЛА по заданной траектории, на заданной высоте, с заданной скоростью и со стабилизацией углов ориентации. Оно осуществляется с помощью бортовых программных устройств. При полуавтоматическом управлении полет совершается автоматически с помощью автопилота по первоначально заданным параметрам. Однако оператор может вносить изменения в маршрут в интерактивном режиме.
Применение БПЛА, по сравнению с зондированием поверхности, проводимой с помощью самолетов и искусственных спутников земли, имеет следующие преимущества: возможность зондирования с небольших высот и вблизи объектов, многократные проходы по различным азимутам и на любых высотах над проблемными (спорными) зонами, оперативное получение высокодостоверной информации высокого разрешения и степени локализации.
Кроме того, в следствии близости БПЛА к контролируемому объекту появляется возможность использования таких методов исследования как использование пассивной радиолокации, ультразвуковых сонаров, лазерных радаров и спектрографов.
Локальные метеостанции и автоматические агрономы
Перспективным направлением в области внедрения комплексной системы точного земледелия является развитие сети локальных метеостанций совмещённых с оборудованием автоматических агрономов. Расположенные в характеристических точках сельскохозяйственных угодий, объединённые в единую информационную сеть и получающие информацию различной физической природы от размещённых на них сенсоров, такие автоматические станции мониторинга являются источниками ценной для фермера информации, позволяют принимать оперативные решения в режиме реального времени круглосуточно. Важным обстоятельством на современном этапе развития технологий является относительно невысокая стоимость такого оборудования и возможность объединения его в локальные сети, а затем и подключение к глобальным информационным ресурсам.
Перспективным направлением в области внедрения комплексной системы точного земледелия является развитие сети локальных метеостанций совмещённых с оборудованием автоматических агрономов. Расположенные в характеристических точках сельскохозяйственных угодий, объединённые в единую информационную сеть и получающие информацию различной физической природы от размещённых на них сенсоров, такие автоматические станции мониторинга являются источниками ценной для фермера информации, позволяют принимать оперативные решения в режиме реального времени круглосуточно. Важным обстоятельством на современном этапе развития технологий является относительно невысокая стоимость такого оборудования и возможность объединения его в локальные сети, а затем и подключение к глобальным информационным ресурсам.
Дифференцированное внесение материалов
Технологию дифференцированного внесения материалов необходимо применять при таких технологических операциях, как внесение удобрений и средств защиты растений, а также при опылении ряда сельскохозяйственных культур. Согласно этой технологии, предусматривается корректировка нормы внесения питательных веществ и средств защиты растений в зависимости от ситуации на каждом отдельном участке поля.
Традиционная технология предполагает внесение одной усредненной дозы удобрений для всего обрабатываемого поля, без учета особенностей рельефа, почвенного покрова, показателей освещенности, температуры почвы, необходимого количества влаги, минеральных и органических веществ на каждом участке.
Современные способы внесения удобрений должны удовлетворять требованиям экологической безопасности, обеспечивать точное внесение требуемой дозы удобрения в зависимости от различных агрофизических, агрохимических, фитосанитарных и других показателей, характерных для этого участка. В наибольшей степени этим требованиям отвечает технология дифференцированного внесения удобрений, которая является основным структурным элемен-том точного земледелия.
Работа по данной технологии осуществляется в двух основных режимах: on-line (режим реального времени) и offline (на основе готовой карты поля).
Роботизированные сельскохозяйственные платформы (перспективы).
К 2030 году рынок сельскохозяйственных роботов увеличится с 20,4 млрд. долл. до 50,6 млрд. долл. Об этом говорится в новом отчет "Markets and Markets". Аналитики считают, что в прогнозируемом периоде (2022–2050 гг.) рынок будет развиваться со среднегодовым темпом роста 20,5%.
По мнению исследователей мировой спрос на агророботов подтолкнет снижение доступности квалифицированной рабочей силы, старение фермерских сообществ и повышение доступности технологий IoT и GPS.
«Повышение доступности систем автоматического руления и повышение точности при помощи GPS позволяют тракторам и другим сельскохозяйственным наземным транспортным средствам работать автономно. Более легкие и компактные тракторы заменят тяжелые модели в будущем, чтобы минимизировать повреждения почвы», предполагают аналитики.
Сельскохозяйственные дроны также относятся к фаворитам. Фермеры все чаще обращают внимание на беспилотники из-за их доступности и преимуществ для мониторинга и опрыскивания урожая. Подходят они и для управления животноводческой фермой.
Постепенно сегмент БПЛА или беспилотников, по оценкам различных экспертов, будет занимать наибольшую долю рынка. Поскольку агродроны являются недорогими сельскохозяйственными роботами, которые могут использоваться на фермах разных размеров, особенно на полях менее 50 га, они востребованы. С ростом инвестиций в разработки, можно ожидать удешевления агродронов и появления новых беспилотников с усовершенствованным функционалом.
Роботизированные уборочные машины проходят испытания во Флориде и Калифорнии для сбора яблок, клубники, винограда и других культур. Многие крупные фермерские компании в настоящее время являются стратегическими инвесторами для роботизированных стартап-компаний.
Технологию дифференцированного внесения материалов необходимо применять при таких технологических операциях, как внесение удобрений и средств защиты растений, а также при опылении ряда сельскохозяйственных культур. Согласно этой технологии, предусматривается корректировка нормы внесения питательных веществ и средств защиты растений в зависимости от ситуации на каждом отдельном участке поля.
Традиционная технология предполагает внесение одной усредненной дозы удобрений для всего обрабатываемого поля, без учета особенностей рельефа, почвенного покрова, показателей освещенности, температуры почвы, необходимого количества влаги, минеральных и органических веществ на каждом участке.
Современные способы внесения удобрений должны удовлетворять требованиям экологической безопасности, обеспечивать точное внесение требуемой дозы удобрения в зависимости от различных агрофизических, агрохимических, фитосанитарных и других показателей, характерных для этого участка. В наибольшей степени этим требованиям отвечает технология дифференцированного внесения удобрений, которая является основным структурным элемен-том точного земледелия.
Работа по данной технологии осуществляется в двух основных режимах: on-line (режим реального времени) и offline (на основе готовой карты поля).
Роботизированные сельскохозяйственные платформы (перспективы).
К 2030 году рынок сельскохозяйственных роботов увеличится с 20,4 млрд. долл. до 50,6 млрд. долл. Об этом говорится в новом отчет "Markets and Markets". Аналитики считают, что в прогнозируемом периоде (2022–2050 гг.) рынок будет развиваться со среднегодовым темпом роста 20,5%.
По мнению исследователей мировой спрос на агророботов подтолкнет снижение доступности квалифицированной рабочей силы, старение фермерских сообществ и повышение доступности технологий IoT и GPS.
«Повышение доступности систем автоматического руления и повышение точности при помощи GPS позволяют тракторам и другим сельскохозяйственным наземным транспортным средствам работать автономно. Более легкие и компактные тракторы заменят тяжелые модели в будущем, чтобы минимизировать повреждения почвы», предполагают аналитики.
Сельскохозяйственные дроны также относятся к фаворитам. Фермеры все чаще обращают внимание на беспилотники из-за их доступности и преимуществ для мониторинга и опрыскивания урожая. Подходят они и для управления животноводческой фермой.
Постепенно сегмент БПЛА или беспилотников, по оценкам различных экспертов, будет занимать наибольшую долю рынка. Поскольку агродроны являются недорогими сельскохозяйственными роботами, которые могут использоваться на фермах разных размеров, особенно на полях менее 50 га, они востребованы. С ростом инвестиций в разработки, можно ожидать удешевления агродронов и появления новых беспилотников с усовершенствованным функционалом.
Роботизированные уборочные машины проходят испытания во Флориде и Калифорнии для сбора яблок, клубники, винограда и других культур. Многие крупные фермерские компании в настоящее время являются стратегическими инвесторами для роботизированных стартап-компаний.
Экологические аспекты технологии точного земледелия
Внедрение технологии точного земледелия обеспечивает получение положительных экологических эффектов за счет дифференцированного применения химических средств защиты растений на отдельно взятых полях с учетом их дифференциации по плодородию почв и другим условиям роста и развития растений. При этом достигаются экономия материально-технических ресурсов за счет более рационального их использования и положительный экологический эффект.
В научной литературе экологические эффекты от применения технологий точного земледелия определяют при сравнении дифференцированной обработки отдельно взятого поля с традиционными сплошными обработками без учета различий по плодородию, но при одинаковом уровне прикладываемых усилий.
Снижение интенсивности обработки почвы с учетом дифференциации глубины в пределах отдельно взятого поля обеспечивает прежде всего возможность сокращения расхода горючего.
Дифференцированное внесение удобрений имеет, несомненно, более высокий положительный экологический эффект. При уменьшении расхода удобрений в связи с дифференцированным их внесением можно ожидать снижение совокупного отрицательного влияния на внешнюю среду, как при их производстве, так и при внесении, а также поступление содержащихся в удобрениях тяжелых металлов (ртути, кадмия, и т.д.) в почву. Количественная оценка этих эффектов затруднительна. Кроме того, в ряде случаев применение технологий точного земледелия связано с увеличением доз вносимых удобрений с целью повышения экономической эффективности адаптивно-ландшафтного земледелия.
Эффективное управление популяциями агроценозов (сорняков и вредителей) обеспечивает повышение уровня их саморегулирования. Благодаря этому применение технологии точного земледелия открывает дополнительные возможности для управления резистентностью популяций вредных организмов к средствам защиты растений.
На практике можно реализовать рассмотренные стратегии борьбы с сорняками. Очевидно, что технология точного земледелия является основным инструментом для практической реализации мероприятий охраны ценных агроландшафтов и обеспечения экологической стабильности в пределах отдельно взятого поля и соседних биоценозов в рамках реализации стратегий адаптивно-ландшафтного земледелия. В результате открываются дополнительные возможности для охраны редких видов дикой флоры и фауны.
Внедрение технологии точного земледелия обеспечивает получение положительных экологических эффектов за счет дифференцированного применения химических средств защиты растений на отдельно взятых полях с учетом их дифференциации по плодородию почв и другим условиям роста и развития растений. При этом достигаются экономия материально-технических ресурсов за счет более рационального их использования и положительный экологический эффект.
В научной литературе экологические эффекты от применения технологий точного земледелия определяют при сравнении дифференцированной обработки отдельно взятого поля с традиционными сплошными обработками без учета различий по плодородию, но при одинаковом уровне прикладываемых усилий.
Снижение интенсивности обработки почвы с учетом дифференциации глубины в пределах отдельно взятого поля обеспечивает прежде всего возможность сокращения расхода горючего.
Дифференцированное внесение удобрений имеет, несомненно, более высокий положительный экологический эффект. При уменьшении расхода удобрений в связи с дифференцированным их внесением можно ожидать снижение совокупного отрицательного влияния на внешнюю среду, как при их производстве, так и при внесении, а также поступление содержащихся в удобрениях тяжелых металлов (ртути, кадмия, и т.д.) в почву. Количественная оценка этих эффектов затруднительна. Кроме того, в ряде случаев применение технологий точного земледелия связано с увеличением доз вносимых удобрений с целью повышения экономической эффективности адаптивно-ландшафтного земледелия.
Эффективное управление популяциями агроценозов (сорняков и вредителей) обеспечивает повышение уровня их саморегулирования. Благодаря этому применение технологии точного земледелия открывает дополнительные возможности для управления резистентностью популяций вредных организмов к средствам защиты растений.
На практике можно реализовать рассмотренные стратегии борьбы с сорняками. Очевидно, что технология точного земледелия является основным инструментом для практической реализации мероприятий охраны ценных агроландшафтов и обеспечения экологической стабильности в пределах отдельно взятого поля и соседних биоценозов в рамках реализации стратегий адаптивно-ландшафтного земледелия. В результате открываются дополнительные возможности для охраны редких видов дикой флоры и фауны.
Резюме проекта ТОО "ИТЦ Болат"
В состав оборудования комплекса точного земледелия кроме исполнительных механизмов (роботизированных сельскохозяйственных платформ) входят:
После компьютерной обработки данных создается детальная пространственно ориентированная карта урожайности поля с выделенными определенным цветом участками, отличающимися по урожайности, подготавливаются варианты решения (иногда немедленного реагирования) для каждого из ультралокального сегмента поля. Полученная карта содержит информацию о наличии проблемных зон и неравномерности распределения урожая в пределах поля, определения необходимого количества почвенных проб при агрохимическом обследовании, исследования причин снижения урожайности (дефицит питательных веществ, уплотнение почвы, зараженность сорняками и др.), принятия агрономических и управленческих решений, экономической оценки.
Погрешность при определении показателей, влияющих на урожайность должна составлять по расчётным данным менее 2%, это повлечёт за собой валовое повышение урожайности (по уже существующим оценкам) на 20% и более, что в глобальном пересчёте составляет десятки миллиардов долларов экономической эффективности в год.
В состав оборудования комплекса точного земледелия кроме исполнительных механизмов (роботизированных сельскохозяйственных платформ) входят:
- различного вида датчики и сенсоры (например, датчик влажности зерна, датчики (сенсоры) состояния почвы, сенсоры наличия биомассы и т.д.)
- дата центр с алгоритмами обработки большого потока разнородных данных и модулем определения урожайности, и выходом в глобальную информационную систему;
- бортовые информационные системы роботизированных сельскохозяйственных платформ, объединённые в локальные информационные сети
- система связи (широкополосный мобильный интернет).
После компьютерной обработки данных создается детальная пространственно ориентированная карта урожайности поля с выделенными определенным цветом участками, отличающимися по урожайности, подготавливаются варианты решения (иногда немедленного реагирования) для каждого из ультралокального сегмента поля. Полученная карта содержит информацию о наличии проблемных зон и неравномерности распределения урожая в пределах поля, определения необходимого количества почвенных проб при агрохимическом обследовании, исследования причин снижения урожайности (дефицит питательных веществ, уплотнение почвы, зараженность сорняками и др.), принятия агрономических и управленческих решений, экономической оценки.
Погрешность при определении показателей, влияющих на урожайность должна составлять по расчётным данным менее 2%, это повлечёт за собой валовое повышение урожайности (по уже существующим оценкам) на 20% и более, что в глобальном пересчёте составляет десятки миллиардов долларов экономической эффективности в год.
Использование спутников связи для целей точного земледелия
Последние несколько лет на рынке спутниковой связи особое внимание уделяется системам, реализуемым на основе многолучевых спутников. Дальнейшее развитие этого направления связывают с новыми проектами, которые предусматривают использование многоспутниковых группировок на низких и средних круговых орбитах. Такие системы получили обозначение LEO-HTS и MEO-HTS.
Для обеспечения высокого уровня связи в режиме реального времени между отдельными компонентами системы точного земледелия и получения информации от единого информационного центра (с использованием искусственного интеллекта и нейросетей) необходима устойчивая высокоскоростная платформа.
Система OneWeb заявлена как система, предоставляющая услуги на глобальной основе. В техническом плане это означает, что в любой момент времени в любой точке поверхности Земли для наземного абонента должен быть доступен хотя бы один спутник системы, который, в свою очередь, имеет доступ к наземной станции сопряжения.
Прежде всего OneWeb интересен как поставщик решений B2B (бизнес для бизнеса). По словам Нила Мастерсона, один терминал способен полностью обеспечить доступом в интернет удаленный завод или офис.
Для обычных пользователей, в OneWeb существует другое решение. Мастерсон говорит, что терминал могут установить в любом отдаленном поселке. А уже с него раздавать интернет местным жителям. Которым, по словам руководителя OneWeb: "Будет достаточно приобрести устройства, которые будут стоить не дороже iPhone", − (около $1000).
Последние несколько лет на рынке спутниковой связи особое внимание уделяется системам, реализуемым на основе многолучевых спутников. Дальнейшее развитие этого направления связывают с новыми проектами, которые предусматривают использование многоспутниковых группировок на низких и средних круговых орбитах. Такие системы получили обозначение LEO-HTS и MEO-HTS.
Для обеспечения высокого уровня связи в режиме реального времени между отдельными компонентами системы точного земледелия и получения информации от единого информационного центра (с использованием искусственного интеллекта и нейросетей) необходима устойчивая высокоскоростная платформа.
Система OneWeb заявлена как система, предоставляющая услуги на глобальной основе. В техническом плане это означает, что в любой момент времени в любой точке поверхности Земли для наземного абонента должен быть доступен хотя бы один спутник системы, который, в свою очередь, имеет доступ к наземной станции сопряжения.
Прежде всего OneWeb интересен как поставщик решений B2B (бизнес для бизнеса). По словам Нила Мастерсона, один терминал способен полностью обеспечить доступом в интернет удаленный завод или офис.
Для обычных пользователей, в OneWeb существует другое решение. Мастерсон говорит, что терминал могут установить в любом отдаленном поселке. А уже с него раздавать интернет местным жителям. Которым, по словам руководителя OneWeb: "Будет достаточно приобрести устройства, которые будут стоить не дороже iPhone", − (около $1000).
Кроме того, нами будет рассматриваться возможность интеграции решений OneWeb расположенных на мобильных платформах (автомобиль или трактор) позволяющее обеспечивать высокоскоростным устойчивым интернетом те области интереса, в которых на данный момент времени будут проводится сезонные агротехнические работы.
В свете этих замыслов необходима имитация сигналов (восходящих в первую очередь) OneWeb на физическом уровне в первую очередь для исследований проблем электромагнитной совместимости оборудования и взаимного влияния при взаимодействии различных подсистем системы точного земледелия.
Вторым немаловажным фактором необходимости использования OneWeb является предполагаемая возможность использования сигналов спутников при проведении геозондирования полей и определения качественных характеристик почв (влажности, минерального состава) а также контроль за биомассой выращиваемой продукции и отслеживания формирования значительных популяций насекомых вредителей.
Пассивный радар – это устройство, которое работает только на прием отраженного сигнала внешнего источника излучения, однако нужно облучение каким-то другим излучателем.
Для этого используются технологии пассивной радиолокации, когда сигналы спутников OneWeb (нисходящие) используются как сигналы облучения, а приёмник отражённого сигнала располагается на низколетящем дроне. В силу своих характеристик (мощностных и спектральных) сигнал спутника является применимым для нужд пассивной широкополосной локации.
В свете этих замыслов необходима имитация сигналов (восходящих в первую очередь) OneWeb на физическом уровне в первую очередь для исследований проблем электромагнитной совместимости оборудования и взаимного влияния при взаимодействии различных подсистем системы точного земледелия.
Вторым немаловажным фактором необходимости использования OneWeb является предполагаемая возможность использования сигналов спутников при проведении геозондирования полей и определения качественных характеристик почв (влажности, минерального состава) а также контроль за биомассой выращиваемой продукции и отслеживания формирования значительных популяций насекомых вредителей.
Пассивный радар – это устройство, которое работает только на прием отраженного сигнала внешнего источника излучения, однако нужно облучение каким-то другим излучателем.
Для этого используются технологии пассивной радиолокации, когда сигналы спутников OneWeb (нисходящие) используются как сигналы облучения, а приёмник отражённого сигнала располагается на низколетящем дроне. В силу своих характеристик (мощностных и спектральных) сигнал спутника является применимым для нужд пассивной широкополосной локации.
Корреляционная обработка зондирующего и отражённого сигнала, а также многократные пролёты в различных азимутальных направлениях на разных высотах и с разными скоростями, и последующая обработка полученных цифровых данных с использованием технологий Big Data позволяет делать однозначный вывод о качественных характеристиках исследуемых полей.
В данном случае нас устраивает формирования рабочей зоны и моделирования многолучевой рабочей зоны отдельных спутников и спутниковой группировки OneWeb, что играет самую значимую роль при выборе OneWeb для целей пассивной локации.
В процессе движения спутников OneWeb по орбитам наблюдется сложная изменяющаяся картина пересечения рабочих зон спутников на поверхности Земли.
На тех широтах, где расположены подавляющее число сельскохозяйственных (коммерчески значимых) угодий проявляется избыточность спутниковой группировки OneWeb, что играет положительное значение при реализации систем пассивной радиолокации. Кроме того, спутники OneWeb расположены на более высокой орбите по сравнению с конкурентами, что обеспечивает возможность использования тех спутников, чей угол места (высота над горизонтом) в данный момент времени наиболее подходит для нужд пассивного радара.
Предварительная оценка позволяет уверенно судить о том, что на дальностях локации до 200 метров мы будем получать достаточно уверенный отражённый от земли сигнал при использовании достаточно дешёвого и компактного оборудования, не требующего значительных энергетических затрат.
Кроме того, в развитии находится идея реализации системы машинного зрения в радиодиапазоне тех же частот, которые используются для геозондирования, для размещения этой системы на беспилотной сельскохозяйственной технике. Значимыми результатами будут является возможность обнаружения посторонних предметов в растительном покрове на расстояниях даже не более 50 метров, что представляется нам легко достижимой и малозатратной задачей.
Идея состоит в использовании существующих радиоисточников для обнаружения препятствий благодаря отражённым сигналам. Сигналы спутников OneWeb можно рассматривать как «сигналы возможности», которые можно использовать для обнаружения препятствий. Это возможно благодаря спутникам, которые ведут себя как несколько источников радиолокационных сигналов и широко доступны, оставаясь дискретными.
Проект направлен на демонстрацию концепции интегрированного пассивного радара на основе глобальной навигационной системы спутниковой связи для обнаружения и первой локализации препятствий.
В данном случае нас устраивает формирования рабочей зоны и моделирования многолучевой рабочей зоны отдельных спутников и спутниковой группировки OneWeb, что играет самую значимую роль при выборе OneWeb для целей пассивной локации.
В процессе движения спутников OneWeb по орбитам наблюдется сложная изменяющаяся картина пересечения рабочих зон спутников на поверхности Земли.
На тех широтах, где расположены подавляющее число сельскохозяйственных (коммерчески значимых) угодий проявляется избыточность спутниковой группировки OneWeb, что играет положительное значение при реализации систем пассивной радиолокации. Кроме того, спутники OneWeb расположены на более высокой орбите по сравнению с конкурентами, что обеспечивает возможность использования тех спутников, чей угол места (высота над горизонтом) в данный момент времени наиболее подходит для нужд пассивного радара.
Предварительная оценка позволяет уверенно судить о том, что на дальностях локации до 200 метров мы будем получать достаточно уверенный отражённый от земли сигнал при использовании достаточно дешёвого и компактного оборудования, не требующего значительных энергетических затрат.
Кроме того, в развитии находится идея реализации системы машинного зрения в радиодиапазоне тех же частот, которые используются для геозондирования, для размещения этой системы на беспилотной сельскохозяйственной технике. Значимыми результатами будут является возможность обнаружения посторонних предметов в растительном покрове на расстояниях даже не более 50 метров, что представляется нам легко достижимой и малозатратной задачей.
Идея состоит в использовании существующих радиоисточников для обнаружения препятствий благодаря отражённым сигналам. Сигналы спутников OneWeb можно рассматривать как «сигналы возможности», которые можно использовать для обнаружения препятствий. Это возможно благодаря спутникам, которые ведут себя как несколько источников радиолокационных сигналов и широко доступны, оставаясь дискретными.
Проект направлен на демонстрацию концепции интегрированного пассивного радара на основе глобальной навигационной системы спутниковой связи для обнаружения и первой локализации препятствий.
Инженерам требуется гибкое, быстрое и простое решение для конфигурации и генерации сигналов, соответствующих стандарту OneWeb, в диапазоне СВЧ. Обычно для этого они используют тестовые приемники и такое ВЧ-оборудование, как преобразователи, усилители мощности и входные ВЧ-каскады в наземных станциях, пользовательских терминалах и полезной нагрузке спутников.
Для выполнения этой разработки выбрано контрольно-измерительное решение от компании Rohde & Schwarz которое предлагает опции для генерации сигналов, соответствующих стандарту OneWeb, с помощью векторного генератора сигналов R&S®SMW200A.
Это превосходное решение, если проводятся только испытания физического уровня с соответствующими форматом модуляции и формой сигнала, например, для тестирования компонентов усилителей мощности и первичной исследовательской задачи по анализу поглощения (отражения) радиоволн с заданными спектральными характеристиками от испытуемых образцов почвы (или препятствий) для набора статистически значимых данных. Конфигурация прибора допускает гибкую и быструю генерацию сигналов для окончательных испытаний приемников и обеспечивает как интуитивно понятный обзор группировки линий связи, так и доступ ко всем соответствующим параметрам линии связи.
Для выполнения этой разработки выбрано контрольно-измерительное решение от компании Rohde & Schwarz которое предлагает опции для генерации сигналов, соответствующих стандарту OneWeb, с помощью векторного генератора сигналов R&S®SMW200A.
Это превосходное решение, если проводятся только испытания физического уровня с соответствующими форматом модуляции и формой сигнала, например, для тестирования компонентов усилителей мощности и первичной исследовательской задачи по анализу поглощения (отражения) радиоволн с заданными спектральными характеристиками от испытуемых образцов почвы (или препятствий) для набора статистически значимых данных. Конфигурация прибора допускает гибкую и быструю генерацию сигналов для окончательных испытаний приемников и обеспечивает как интуитивно понятный обзор группировки линий связи, так и доступ ко всем соответствующим параметрам линии связи.
25 ЯНВАРЯ / 2024
© All Right Reserved. ITC Bolat Ltd.
e-mail us: info@itc-bolat.kz
